[发明专利]基于三环型无源谐振腔的超窄线宽单频光纤激光器

说明书

本发明的一种基于三环型无源谐振腔的超窄线宽单频光纤激光器属于光纤激光器领域，其实验结构由泵浦源(1)、波分复用器(2)、增益光纤(3)、三环型无源谐振腔(4)、1×2光耦合器(5)、光隔离器(6)、偏振分束器(7)、偏振控制器器(8)、光环形器(9)、光纤布拉格光栅(10)、第一2×2光耦合器(11)、第二2×2光耦合器(12)和第三2×2光耦合器(13)组成。本发明中的三环型无源谐振腔可以作为一种高性能模式滤波器来抑制谐振腔内的多模振荡并确保光纤激光器最终可以实现单纵模输出。本发明可以实现高稳定度、高信噪比的超窄线宽单频激光输出，可应用于光纤通信、光学测量以及高精度时间频率传输等领域中。

技术领域

本发明涉及单频光纤激光器，具体为一种基于三环型无源谐振腔的超窄线宽单频光纤激光器。

背景技术

单频光纤激光器具有输出光束质量好、噪声低以及线宽窄等显著优点，而掺铒光纤单频光纤激光器具有输出线宽非常窄、稳定性非常高、光信噪比值高以及易于制作等优点。因此，高性能的掺铒光纤单频光纤激光器在光学通信、微波光子学、光纤探测器、高精度光谱学以及高精度时间频率传输等领域中具有非常出色的应用前景。

采用多谐振腔结构的环形腔激光器可以避免由于空间烧孔效应所引起的多模振荡，同时不需要使用类似于超窄线宽光滤波器这样的昂贵器件或者采用如光注入反馈方案这样复杂的结构，因此，采用多谐振腔结构来获得窄线宽单频激光输出是一种有效的方案。但是，之前已经报道过的采用多谐振腔结构的光纤激光器不能同时具有超窄线宽输出、超高稳定度、高光信噪比以及低复杂度的激光器性能，因此，研究设计更加高效的谐振腔结构方案对于进一步提升单频激光器的输出性能具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于三环型无源谐振腔的超窄线宽单频光纤激光器，解决现有技术存在的问题。本发明结构紧凑，在仅使用三个普通单模耦合器的情况下所获得的三环型无源谐振腔具有超大自由光谱范围以及小于10MHz的通带带宽，可以有效抑制谐振腔内的多模振荡并确保实现光纤激光器的单频运转。

本发明的目的通过以下技术方案实现：一种基于三环型无源谐振腔的超窄线宽单频光纤激光器，其特征在于所述单频光纤激光器由泵浦源、波分复用器、增益光纤、三环型无源谐振腔、1×2光耦合器、光隔离器、偏振分束器、偏振控制器器、光环形器、光纤布拉格光栅、第一2×2光耦合器、第二2×2光耦合器和第三2×2光耦合器采用光纤熔接的方式连接组成。

泵浦源的输出端与波分复用器的980nm端口进行光纤熔接，波分复用器的1550nm端口与光环形器的1端口进行光纤熔接，光环形器的2端口与光纤布拉格光栅进行光纤熔接，光环形器的3端口与偏振控制器的输入端进行光纤熔接，偏振控制器的输出端与偏振分束器的输入端进行光纤熔接，偏振分束器的输出端与1×2光耦合器的1端口进行光纤熔接，1×2光耦合器的2端口与三环型无源谐振腔的输入端进行光纤熔接，三环型无源谐振腔的输出端与增益光纤的一端进行光纤熔接，增益光纤的另一端与波分复用器的公共端进行光纤熔接。1×2光耦合器的3端口与光隔离器的输入端进行光纤熔接，光隔离器的输出端作为所述单频光纤激光器的输出端口。

本发明所述的一种基于三环型无源谐振腔的超窄线宽单频光纤激光器的工作原理是：

一种基于三环型无源谐振腔的超窄线宽单频光纤激光器采用反向泵浦结构，增益光纤由泵浦源发出的980nm泵浦光通过波分复用器来泵浦，增益光纤为一段高掺杂浓度的掺铒光纤。光环形器可以用来保证谐振腔内激光信号单方向运转，光隔离器可以用来抑制不必要的反射。光纤布拉格光栅可以作为反射镜以及一种模式粗滤波器来降低腔内的纵模密度。通过使用偏振控制器可以获得最优的激光器输出。偏振分束器可以使腔内的偏振模式变得单一，具有偏振模锁定的功能，可以作为腔内的一个模式滤波器同时可以将入射光束分成两个正交的线偏振光。三环型无源谐振腔作为一种高质量的模式滤波器，可以有效降低腔内的模式数目，抑制多模振荡，并保证激光器的单频输出。