[发明专利]一种低噪声保偏虚拟环形腔单频光纤激光器

说明书

本发明公开了一种低噪声保偏虚拟环形腔单频光纤激光器，包括：单模半导体激光泵浦源、保偏光纤隔离器、保偏波分复用器、低反射输出保偏光纤光栅、窄线宽保偏光纤光栅、光纤发射准直器、法拉第旋光器、光纤接收准直器、高增益保偏光纤和光纤端面高反膜。本发明在短直腔结构中利用非互易的磁致旋光技术构建虚拟环形腔，既保持了激光在腔内环境稳定的线偏振工作方式，又消除了空间烧孔噪声，因而能产生超窄线宽且保偏输出的单频光纤激光；消除激光在光纤中的偏振旋转，使得激光在腔内光纤中一直保持线偏振态，从而提高激光器的环境稳定性，同时又可消除驻波腔的空间烧孔引入的噪声，实现环境稳定的低噪声单频激光输出。

技术领域

本发明涉及光纤激光器技术领域，尤其是一种低噪声保偏虚拟环形腔单频光纤激光器。

背景技术

低噪声单频激光因线宽窄、相干性好等优势而在激光雷达、原子钟、引力波探测等精密测量领域有着广阔的应用前景。随着精密测量领域的测量精度要求不断提高，人们不断追求更低噪声，环境稳定性更好的单频激光。

短腔型光纤激光器是实现低噪声单频激光输出的主要方案之一，已经在工程实践中得到了大量的应用。早在1991年，美国联合技术研究中心的G.A.Ball等人就首次报道了单频短腔光纤激光器的实现方法并公开了一种腔结构方案[IEEE Photonics TechnologyLetters,1991.3(7):p.613-615.]，但是受限于此时的关键器件特别是高增益光纤的制作工艺水平，激光器的稳定性、噪声和功率均处在较低水平。随着光纤激光技术的发展，2004年，美国亚历山大大学和NP光子公司在超窄线宽单频光纤激光研究方面申请了稀土掺杂磷酸盐玻璃单模光纤激光器[专利号：US 6816514B2]和高功率窄线宽单频光纤激光器[公开号：US 2004/0240508A1]两个专利，对几种稀土掺杂磷酸盐玻璃单模光纤，并对部分腔型结构进行了权利要求。2008年，华南理工大学在超窄线宽单频光纤激光研究方面申请了一种低噪声窄线宽高功率的单纵模光纤激光器[专利号：200810220661.X]专利，对其腔型结构及保偏的稀土掺杂磷酸盐玻璃单模光纤进行了权利要求。以上文献及发明专利提供的窄线宽单频光纤激光器，其增益光纤均存在空间烧孔效应，且只能实现kHz量级的线宽输出。2011年，华南理工大学申请了一种超窄线宽低噪声高功率单频光纤激光器[公布号：CN102306897A]，对其腔型结构进行了权力要求，该专利提出了采用偏振旋转技术在短直腔结构中构建折叠复合腔及双虚拟环形腔以消除空间烧孔效应引入的噪声，通过在腔内引入1/4波片使得线偏振激光在通过后变为圆偏振光，从而消除腔内光纤中对向传输光发生干涉相长所形成的驻波。

然而，由于圆偏振光在光纤中传输时的偏振态在旋转演化，所以激光状态对光纤长度的变化十分敏感，环境的振动和热噪声均会对激光的稳定性造成不利影响，破环了保偏光纤型激光器的环境稳定性和高偏振对比度优势。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种低噪声保偏虚拟环形腔单频光纤激光器，能够消除激光在光纤中的偏振旋转，使得激光在腔内光纤中一直保持线偏振态，从而提高激光器的环境稳定性，同时又可消除驻波腔的空间烧孔引入的噪声，实现环境稳定的低噪声单频激光输出。

为解决上述技术问题，本发明提供一种低噪声保偏虚拟环形腔单频光纤激光器，包括：单模半导体激光泵浦源1、保偏光纤隔离器2、保偏波分复用器3、低反射输出保偏光纤光栅4、窄线宽保偏光纤光栅5、光纤发射准直器6、法拉第旋光器7、光纤接收准直器8、高增益保偏光纤9和光纤端面高反膜10；单模半导体激光泵浦源1与保偏波分复用器3的泵浦输入端连接，保偏光纤隔离器2与保偏波分复用器3通过端相连输出单频激光，低反射输出保偏光纤光栅4和窄线宽保偏光纤光栅5分别有效刻写在同一条保偏光纤的慢/快轴上，窄线宽保偏光纤光栅5的另一端与光纤发射准直器6相连，光纤发射准直器6的发射光经过法拉第旋光器7后由光纤接收准直器8接收，光纤接收准直器8与高增益保偏光纤9相连，所述光纤端面高反膜10镀在高增益光纤端面上。