[发明专利]一种单频光源

说明书

本发明适用于光学技术领域，提供了一种单频光源，包括泵浦单元；谐振腔，用于吸收泵浦光并获得单频激光；谐振腔包括第一反射滤波单元，用于对谐振腔内的激光进行滤波和反射；第二反射滤波单元，用于对谐振腔内的激光进行滤波和反射；增益介质用于获得激发光；第一反射滤波单元与第二反射滤波单元至少构成谐振腔的两端，第一反射滤波单元和第二反射滤波单元的滤波范围部分重叠，激光经过第一反射滤波单元和第二反射滤波单元的滤波后实现单纵模输出，获得单频激光。该单频光源不受单个窄带滤波光栅的极窄滤波范围要求所限，降低了工艺难度，还可以避免滤波带宽性能和输出功率相互制约，使滤波单元的选择更加灵活。

技术领域

本发明属于光学技术领域，特别涉及一种单频光源。

背景技术

在现代激光技术的发展基础上，精密干涉测量、激光传感技术和光通信技术等领域得到了飞速的发展。精密干涉测量主要以激光波长作为“尺子”，利用干涉原理来测定各种参量，如加速度、位移、角位移等等。由于光波长为nm数量级，因此其分辨精度是电学、磁学元件无法比拟的。激光干涉仪以其特有的大测量范围、高分辨率和高测量精度等优点，在精密和超精密测长领域获得了广泛的应用。而精密干涉测量的距离和干涉质量与激光的线宽紧密相关。实际设计中为了进一步增加测量精度，要求激光线宽要小于lkHz。

在激光传感技术中，由于深海油气开发和国防发展的需要，水声探测装备越来越得到了世界各国的重视。由光纤激光水听器阵列构成的声呐脉冲测距系统，己进入工程试验阶段，光纤激光水听器是水声探测装备的核心设备，其最小可分辨纵向应变量由光纤激光器的线宽决定，激光器线宽越窄，水听器的声压分辨率就越高，就更能满足对微弱信号的探测。

而对于光通信，随着互联网的普及，如何提高系统传输速率成为了光通信领域的重要研究目标。在高速传输速率的光通信系统中，为了满足误码的要求，调制格式下，激光线宽需要进一步缩窄。

从以上的分析可知，高单色性、高相干性的激光光源拥有极大的需求，这也要求激光器输出的单模光谱线宽要窄，而且必须工作在稳定的单纵模状态。而这也使得光纤激光器通过必要模式选择和控制措施，如谐振腔结构改进或利用非线性二波混频等，使谐振腔内只存在一个纵模振荡，即工作在单纵模或单频运转状态。

由于光纤激光器谐振腔长通常会达到几十厘米甚至米的量级，加入激光器工作在单频运转状态，光纤激光器就能获得良好单色性、相干性，使光电系统的性能得到极大改善和提升，获得极大的经济效益和社会效益。因此单频窄线宽光纤激光器具有非常高的实用价值。

目前使用的主流单频激光器之一是短直腔单频光纤激光器。长线形腔由于驻波效应在增益介质中形成的空间烧孔，将导致激光器产生多模振荡，输出光谱线宽展宽。在腔内激光传播过程中，腔长同纵模间隔成反比，随着谐振腔长变短，腔内纵模间隔加大，如图1所示，当相邻纵模间隔L1大于腔镜的反射光谱带宽L2或有源光纤的增益谱宽时，激光器就可获得单频运转，实现单频窄线宽激光输出。纵模间隔与腔长成反比，对于确定增益光谱带宽和光纤光栅反射光谱带宽的情况下，腔长越小，纵模间隔越大，越容易实现单模运转。通过缩短谐振腔长使纵模间隔超过增益谱宽的方案，通常带宽可控制在几十纳米，通过缩短谐振腔长使纵模间隔超过光纤光栅反射光谱带宽的方案，由于工艺所限，通常带宽可控制在几百皮米，因此通常通过后者方案实现窄带宽单频光源。

如图2，现有一种窄线宽的单频光源，将窄带光纤光栅01和宽带光纤光栅02作为腔镜，整体腔镜反射光谱带宽主要取决于窄带光纤光栅01，此时的谐振腔的腔长只有几个厘米长才能保证纵模间隔超过窄带光纤光栅01的反射光谱带宽L3。当窄带光纤光栅反射光谱带宽L3越大，腔长就需要越短，然而腔长缩短对输出功率有极大限制。若要保证较高的输出功率，就要提高对窄带光纤光栅01的要求，即要求其反射光谱带宽L3更窄，工艺难度就更大。因此，对于短直腔单频光纤激光光源，窄带光纤光栅和输出功率之间的相互制约成为难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单频光源，旨在解决传统单频光源对光纤光栅的要求较高以及输出功率受限的技术问题。