[发明专利]基于葫芦形辅腔的单纵模掺铒光纤激光器

说明书

本发明公开的基于葫芦形辅腔的单纵模掺铒光纤激光器，属于激光技术领域。包括：980nm半导体激光器、980/1550nm波分复用器、掺铒光纤A和B、光耦合器、光纤布拉格光栅、偏振控制器、偏振分束器、葫芦形辅腔、隔离器A、B和C。980nm半导体激光器通过980/1550nm波分复用器对掺铒光纤A进行泵浦，产生受激辐射光；在隔离器A和B的作用下，受激辐射光沿逆时针方向传输；在掺铒光纤B、光纤布拉格光栅、偏振控制器、偏振分束器、葫芦形辅腔的作用下，受激辐射光最终在腔内只有一个稳定模式传输；经光耦合器、隔离器C输出该稳定传输的模式。本发明构思新颖，结构简单，能够解决环形腔掺铒光纤激光器中多纵模振荡问题，压窄光纤激光器的线宽，具有广泛的应用场景。

技术领域

本发明涉及基于葫芦形辅腔的单纵模掺铒光纤激光器，属于激光技术领域。

背景技术

与半导体激光器相比，光纤激光器有着显著的优点：具有高的表面积/体积比，散热效果好；可以使用长的增益介质，获得高功率输出；与光纤元件的天然兼容性，耦合效率高；输出光束质量好；噪声低；激光阈值低等。随着相关技术的发展，光纤激光器得到广泛的应用，展现出广阔的市场前景。通过有效的纵模选择和控制机制，光纤激光器能工作在稳定的单纵模状态，通常将此时的光纤激光器称为单纵模光纤激光器。工作在单纵模状态的光纤激光器输出光谱线宽非常窄，相关的实验报道证明了单纵模光纤激光器的输出光谱线宽可以达到kHz或Hz量级。单纵模光纤激光器凭借其高单色性、高相干性等显著的激光特性，逐渐成为DWDM光通信系统、相干光通信系统、光纤传感器、相干激光雷达、光纤时频传递等领域的重要激光光源，而且在微波光子学如光控微波产生，以及太赫兹等新兴技术中也展现出非常广泛的应用前景。

根据激光器所采用的腔形结构，单纵模光纤激光器可分为：线形腔光纤激光器和环形腔光纤激光器两种。其中，线形腔光纤激光器又分为：超短线形腔光纤激光器和普通线形腔光纤激光器。线形腔光纤激光器会出现空间烧孔效应，导致激光器产生多纵模振荡，产生模式竞争，不利于实现单纵模。而且，超短线形腔光纤激光器需要使用高增益掺杂光纤，制作工艺复杂，成本高。相比之下，环形腔光纤激光器更受欢迎，因为可以在腔内加入隔离器或者光环形器，保证腔内光的单向运行，避免空间烧孔效应。此外，环形腔光纤激光器可以通过使用长的增益光纤来获得高功率输出。但是，在环形腔光纤激光器中，腔长通常都会达到数十米，过长的腔长会导致小的纵模间隔。使用的光纤布拉格光栅的反射带宽通常约几十GHz，在它的反射带宽下会有成千上万根纵模。由于掺铒光纤固有的增益不平坦性，在光纤激光器中会出现严重的模式竞争，激光器处于多纵模状态，激光器频谱展宽，输出功率不稳定。本发明的目的是解决环形腔掺铒光纤激光器多纵模振荡问题，设计了一种新的激光器结构，提出基于葫芦形辅腔的单纵模掺铒光纤激光器。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提出基于葫芦形辅腔的单纵模掺铒光纤激光器，其目的是解决环形腔掺铒光纤激光器中多纵模振荡问题，压窄激光器的线宽。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提出基于葫芦形辅腔的单纵模掺铒光纤激光器，包括：

采用980nm半导体激光器对掺铒光纤进行泵浦，产生受激辐射光；

采用双隔离器结构，使得受激辐射光单向传输；

采用光纤布拉格光栅进行粗滤波；

采用偏振控制器和偏振分束器组合，控制受激辐射光的偏振态，并进行偏振滤波；

采用葫芦形辅腔，扩大激光器的纵模间隔(也称自由光谱范围)，抑制模式起振；

采用未泵浦的掺铒光纤作为饱和吸收体，进一步抑制模式起振并稳定输出模式；

采用光耦合器及隔离器，将最终稳定振荡的单纵模激光输出。

(三)有益效果