[发明专利]一种短直腔自调Q单频脉冲光纤激光器

说明书

本发明公开了一种短直腔自调Q单频脉冲光纤激光器。所述激光器包括单模半导体泵浦激光器、单频激光谐振腔、保偏波分复用器、保偏光隔离器。该光纤激光器以单模半导体泵浦激光器作为泵浦源，单频激光谐振腔中高掺杂浓度增益光纤同时作为激光工作介质和调Q元件，其短腔长能实现谐振腔内激光单纵模运转，同时利用纤芯掺杂离子的可饱和吸收作用，实现腔内自调Q，输出线偏振单频脉冲光纤激光。本发明具有结构简单紧凑、系统稳定性高等特点，可广泛应用在二次谐波产生、光时域反射计、激光测距仪、光纤分布式传感系统、激光雷达等领域。

技术领域

本发明属于光纤激光器技术领域，具体涉及一种短直腔自调Q单频脉冲光纤激光器。

背景技术

单频光纤激光器凭借着紧凑的全光纤结构、良好的光束质量、kHz量级的激光线宽等优势，在光纤通讯、光纤传感、多普勒激光雷达、相干光束合成、非线性频率转换和高精度光谱测量等研究领域具有重要的使用价值和广阔的应用前景。作为在单频光纤激光器中实现脉冲输出的主要方法之一，调Q脉冲单频光纤激光器具有结构简单紧凑、系统稳定性高等特点，目前主要应用在二次谐波产生、光时域反射计、激光测距仪、光纤分布式传感系统、激光雷达等领域。

根据对谐振腔损耗的影响方式，可以将调Q方法分为主动调Q和被动调Q。主动调Q是通过外部驱动源控制谐振腔损耗，常见的方法有声光调Q、电光调Q等。主动调Q的优点是可以通过调节外部驱动源来控制需要的脉冲参数，缺点是结构相对复杂，价格昂贵，调Q器件的插入损耗相对较大。被动调Q中的谐振腔损耗则取决于腔内激光光强，常见的有可饱和吸收体调Q和利用受激拉曼散射、受激布里渊散射等其它非线性效应进行调Q。被动调Q的优点是结构简单可靠，不需要外置的驱动源以及昂贵的有源光器件，缺点是对脉冲参数的控制具有局限性，输出脉冲稳定性较差，振幅抖动和时间抖动较大，输出功率较低。

利用某些具有对强度较弱的光吸收系数大，对强度较大的光吸收系数小，甚至不吸收的可饱和吸收体(SA)可以对激光器的谐振腔进行调制，产生脉冲激光。目前可供选择的可饱和吸收体材料众多、种类广泛，包括半导体可饱和吸收镜、掺杂离子晶体、碳纳米管、石墨烯、拓扑绝缘体、过渡金属硫化物、黑磷等。但是这些可饱和吸收体材料具有本身制备工艺复杂，价格昂贵，使用寿命短等缺点，这些缺点限制了SA的大规模应用。

自调Q作为一种独特的被动调Q方式，使用增益光纤同时作为激光工作介质和可饱和吸收体，无需在腔内插入额外的可饱和吸收体器件，可以实现全光纤化结构，且结构更加简单紧凑，系统稳定性较高。

相关的专利有：(1)2013年，中国科学院上海光学精密机械研究所申请了连续/自调Q运转的全光纤激光器的专利[公开号：CN 104092093A]，该专利通过调节低反射率光纤布拉格光栅的中心波长，从而使全光纤激光器实现连续运转或者自调Q运转；但该专利通过一个外部装置改变低反射率光纤布拉格光栅的中心波长来实现调Q，整体结构较为复杂，系统稳定性较差，无法实现单频激光输出。(2)2017年，山东大学申请了一种全光纤被动调Q脉冲光纤激光器的专利[公开号：CN 207038915U]，该专利利用第一谐振腔的辐射激光泵浦第二谐振腔，通过耦合腔实现被动调Q脉冲激光输出；但该专利使用双谐振腔结构，结构较复杂，且无法实现单频激光输出。(3)2019年，华南理工大学申请了一种多波长单频调Q光纤激光器的专利[公开号：CN 109659802A]，该专利通过可饱和吸收体和保偏多波长窄带光纤光栅实现重复频率可调的多波长脉冲光纤激光输出；但该专利在谐振腔插入额外的可饱和吸收体作为被动调Q器件，结构较为复杂。

发明内容