[发明专利]一种高稳定超窄线宽单频光纤激光器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤激光器，特别是涉及一种高稳定超窄线宽的单频光纤激光器。

背景技术

百赫兹量级线宽的单频激光器在相干光通信、光原子钟、高分辨率激光光谱仪、基础物理量的测量、量子保密通信等超高精尖端领域有着广阔的应用前景。满足该要求的单频激光器有许多种不同的类型，如加入复杂的外腔稳频结构的半导体激光器等，然而，短直腔结构的单频光纤激光器一直被认为是最有发展前景的类型。和其它类型的激光器相比，短直腔结构的单频光纤激光器噪声低、线宽窄、结构紧凑、易于集成。但是，受限于腔内的空间烧孔效应等引起的技术噪声，短直腔单频光纤激光器的线宽一般都在千赫兹量级。另外，空间烧孔效应等也使得增益介质内的热量分布不均匀，最后影响激光器自由运转时的功率和频率稳定性。

因此，设计新颖的短直腔结构，巧妙地利用相向传播的圆偏振光的耦合，实现激光谐振腔内的能量分布均匀化，是消除短直腔单频光纤激光器内的空间烧孔的有效手段。Evtuhov等在固体激光器中利用两个四分之一波片实现了腔内线偏振光到圆偏振光的变换，两列相向的圆偏振光耦合之后实现了腔内能量分布的均匀化，消除了腔内的空间烧孔效应。然而，Evtuhov等的方案采中的两个四分之一波片需要将波片的光轴以90°的偏置角进行对准，结构复杂而且难以对准。

本发明提出了一种新型的谐振腔型结构，利用全光纤波片，通过偏振旋转技术解决增益光纤中的空间烧孔效应，保偏窄带光纤滤波器加上全反射镜构成腔内滤波器，利用偏振旋转耦合，形成折叠型谐振腔，将有效腔长变为物理腔长的两到三倍，有利于提高谐振腔的腔内寿命，从而达到减小激光线宽（达百Hz量级）的目的，同时，消除空间烧孔效应后的激光器的功率及频率稳定性也得到了改善。

 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种高稳定超窄线宽单频光纤激光器，即在短直腔结构中偏振旋转的折叠腔结构，产生相向的圆偏振光，利用不同偏振态的耦合达到消除空间烧孔效应的目的，同时，利用折叠腔结构延长光子寿命，产生百赫兹量级的高稳定信号激光。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种高稳定超窄线宽单频光纤激光器，包括一个单模半导体泵浦激光器、保偏波分复用器、保偏窄带光纤滤波器、全光纤波片、高增益光纤、二色镜和保偏光隔离器以及热沉，各部件的结构关系是：高增益光纤作为激光增益介质，保偏窄带光纤滤波器和二色镜组成激光腔前后腔镜，单模半导体激光泵浦源与保偏波分复用器的泵浦输入端连接，保偏波分复用器的公共端与保偏窄带光纤滤波器的输出端连接，保偏窄带光纤滤波器另一端与全光纤波片的一端连接，全光纤波片的另一端紧贴高增益光纤的一端，高增益光纤的另一端紧贴二色镜；保偏窄带光纤滤波器、全光纤波片、高增益光纤和二色镜组成所述高稳定超窄线宽单频光纤激光器的谐振腔；所述谐振腔放置在热沉（例如高精度的自动温度控制的热沉）上，谐振腔输出的保偏激光信号经由保偏波分复用器的信号端进入保偏光隔离器，从保偏光隔离器的输出端输出。

所述高增益光纤为稀土掺杂磷酸盐单模玻璃光纤，纤芯成分为磷酸盐玻璃，组成为70P₂O₅-8Al₂O₃-15BaO-4La₂O₃-3Nd₂O₃，所述高增益光纤的纤芯掺杂高浓度的发光离子，所述发光离子为镧系离子（如Er³⁺, Yb³⁺, Tm³⁺,Gd³⁺,Tb³⁺,Dy³⁺,Ho³⁺, Lu³⁺等）、过渡金属离子（如Cu²⁺,Co²⁺,Cr³⁺,Fe²⁺,Mn²⁺等）中一种或多种的组合体,所述发光离子掺杂浓度大于1×10¹⁹ions/cm³,且在纤芯中是均匀掺杂。