[实用新型]一种用于激光雷达的低重频纳秒级全光纤激光器

说明书

技术领域

本实用新型属于激光技术和光学领域，尤其涉及一种用于激光雷达的低重频纳秒级全光纤激光器。

背景技术

激光雷达系统结合了光探测技术和距离测量技术，能够同时获得方位、俯仰、距离、强度等信息，在森林结构估计、城市建设、智能制造、无人驾驶、农业、航空航天等领域有广泛的应用。作为激光雷达的重要组成部分，激光器系统的参数在很大程度上决定了激光雷达系统的整体性能。目前，普遍采用的光源有脉冲半导体激光器，它具有重量轻、低成本、高重复频率、高效率等特点,但它需要脉冲发生器对脉冲进行调制，使脉宽尽量窄，上升沿尽量陡来满足较高的探测精度要求。另外半导体激光器的峰值功率一般在百瓦量级以下，只能进行近程探测。固体激光器可以产生高峰值功率和短脉冲激光输出，但固体激光器很难获得较高的重复频率，且输出激光的光束质量也不是很理想，一般在高峰值功率下较难获得单模激光输出。

全光纤脉冲激光器具有如下优点：(1)光束质量高。光纤的纤芯直径在几个微米的量级，能大大地提高激光器的光束质量，极大地提升了激光雷达系统的测量范围、测距精度和分辨率等性能。(2)散热好。光纤激光器的体积很小，高功率运转时也只需要风冷。(3)体积小。光纤具有良好的柔性，使得激光器可以设计得相当小巧、结构紧凑、易于集成，并且在高冲击、强震动、高温度、大灰尘等相对恶劣的环境中也能工作。(4)良好的光谱特性。通过改变不同掺杂的增益光纤和与之相匹配的光纤元器件，可以实现不同波长的激光输出。因此，将全光纤激光器应用于激光雷达上具有很大的优势。调Q光纤激光器作为备选光源，往往需要结构较复杂的声光调制器实现光源脉宽参数要求，且重频一般为10-200KHz，脉宽为数十纳秒，难以保证较高的测量精度；以半导体激光器为种子源的MOPA结构光纤激光器作为备选光源，由于一般种子源的功率为微瓦量级，需要多级光纤放大器对种子光进行功率放大才能达到光源参数要求，成本相对较高。

实用新型内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本实用新型提供一种低重频高峰值功率、结构紧凑、散热效果好的用于激光雷达的低重频纳秒级全光纤激光器。

为了解决上述技术问题，本实用新型采取了如下技术方案。

一种用于激光雷达的低重频纳秒级全光纤激光器，包括：主振荡级光纤种子源系统和光纤放大器系统，所述主振荡级光纤种子源系统，用于输出特定脉宽和重频的纳秒级脉冲信号，光纤放大器系统器，用于将所述纳秒级脉冲信号放大后输出。

主振荡级光纤种子源系统包括：第一泵浦源和谐振腔，其中，所述谐振腔包含：第一波分复用器、第一增益光纤、光耦合器、激光锁模装置、单模传输光纤，第一波分复用器、第一增益光纤、光耦合器、激光锁模装置、单模传输光纤依次光学连接形成闭合环形腔。

第一泵浦源连接第一波分复用器的泵浦光输入端，第一波分复用器的公共输出端连接第一增益光纤的一端，第一增益光纤的另一端连接光耦合器的输入端，光耦合器的第一输出端连接激光锁模装置的输入端，光耦合器的第二输出端连接光纤放大系统，激光锁模装置的输出端连接单模传输光纤的一端，单模传输光纤的另一端连接第一波分复用器的信号光输入端。

第一泵浦源提供的第一泵浦光经过第一波分复用器被耦合传输至第一增益光纤，经过增益放大后通过光耦合器传输至激光锁模装置，产生特定脉宽和重复频率的纳秒级脉冲信号，所述纳秒级脉冲信号依次经过单模传输光纤、第一波分复用器、第一增益光纤，经过增益放大后，一部分纳秒级脉冲信号由光耦合器的第二输出端输出腔外，一部分纳秒级脉冲信号由光耦合器的第一输出端输出在谐振腔内继续振荡。

光纤放大器系统包括：第一光隔离器、第二光隔离器、第一级光纤预放大器、第二级主放大器以及脉冲输出装置，第一级光纤预放大器包含：第二泵浦源、第二波分复用器和第二增益光纤，第二级主放大器包含：第三泵浦源、光合束器和第三增益光纤，

第二泵浦源连接第二波分复用器的泵浦光输入端，第二波分复用器的信号光输入端连接第一光隔离器的输出端，第一光隔离器的输入端连接光耦合器的第二输出端，第二波分复用器的公共输出端连接第二增益光纤的一端，第二增益光纤的另一端连接第二光隔离器的输入端，第二光隔离器的输出端连接光合束器的信号光输入端，第三泵浦源连接光合束器的泵浦光输入端，光合束器的公共输出端连接第三增益光纤的一端，第三增益光纤的另一端连接脉冲输出装置。