[发明专利]用于测风雷达系统的单频脉冲光纤激光器

说明书

本发明公开了一种用于测风雷达系统的单频脉冲光纤激光器，包括依次连接的环形腔单频全保偏光纤激光器种子源、声光调制器、多级掺铒光纤放大器；多级掺铒光纤放大器包括第一级掺铒光纤放大器、第二级掺铒放大器。所述环形腔单频全保偏光纤激光器种子源，用于产生单频线偏种子光；所述声光调制器，用于产生脉冲激光；所述第一级掺铒光纤放大器，用于将脉冲激光放大；所述第二级掺铒光纤放大器，用于将所述第一级掺铒光纤放大器输出的激光放大至更高功率。本发明采用了三种线宽窄化技术相结合，实现了超窄线宽的线偏种子光输出，并通过声光调制器和两级掺铒放大器实现了高脉冲能量的激光输出，可应用于测风雷达等领域。

技术领域

本发明涉及光纤激光器领域，特别是涉及一种用于测风雷达系统的单频脉冲光纤激光器。

背景技术

测风激光雷达作为一种非接触式遥感探测技术，采用相干性和准直性出色的激光作为载波信号，通过被大气中的分子和气溶胶颗粒等散射的回波信号，来实现全天候高精度的风场探测。相比于传统的多普勒声光雷达和微波雷达，激光雷达具有测量精度高、测量距离远、测量速度快等优势，并且可以通过多束激光同时探测获得风场的三维风速及风向分布。

目前测风激光雷达的工作波长主要在1.5μm波段，这是因为1.5μm处于人眼安全波段，具有较高的安全系数。激光雷达的线宽宽度决定了其相干程度和相干距离，因此测风激光雷达一般采用窄线宽激光器作为光源。

目前在光纤激光器中产生窄线宽激光主要有两种方式：1.采用法布里-珀罗腔通过减少腔长来实现单纵模输出，但是直腔结构由于存在空间烧孔效应，容易导致多纵模振荡，不利于产生稳定的单纵模输出，并且腔长较短，制作工艺较为复杂；2.采用具有复合腔结构的环腔来实现单纵模输出，通过在环形腔中加入可饱和吸收体及布拉格光栅等，来降低线宽。环腔由于是行波腔，因此不存在空间烧孔效应，同时环腔的长度越长，激光器的整体噪声强度越低。

而产生脉冲光主要有三种技术：调Q技术、锁模技术和腔外脉冲调制技术。1.调Q技术是通过在激光腔内插入Q开关器件，通过改变腔内损耗来实现脉冲激光输出，其重复频率和脉宽与泵浦功率有关，对于重频频率和脉宽的调节具有一定的局限性；2.锁模技术是利用可饱和吸收体效应将腔内的纵模相位锁定，实现超短脉冲激光输出，但其单脉冲能量一般较低，且重复频率和脉宽难以调节；3.腔外脉冲调制计数是采用声光调制器等器件将连续激光调制为脉冲光，其重复频率和脉宽可以灵活调节，更能满足实际应用的需求。而获得高峰值功率的脉冲光一般采用MOPA结构，通过多级放大器级联的方式将种子脉冲光放大至高峰值功率的脉冲光。

因而亟需提供一种能够输出线宽低、噪声低、功率高的单频脉冲光的光纤激光器来提高测风雷达系统的测量精度和范围。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于测风雷达系统的单频脉冲光纤激光器，能够实现800Hz以下线宽的单频脉冲激光输出，且具有极低的噪声强度，通过两级掺铒光纤放大器实现高峰值功率的脉冲激光输出。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种用于测风雷达系统的单频脉冲光纤激光器，包括依次连接的环形腔单频全保偏光纤激光器种子源、声光调制器、多级掺铒光纤放大器；

所述环形腔单频全保偏光纤激光器种子源，用于产生单频线偏种子光；

所述声光调制器，用于产生脉冲激光；

多级掺铒光纤放大器包括第一级掺铒光纤放大器、第二级掺铒放大器；

所述第一级掺铒光纤放大器，用于将脉冲激光放大；

所述第二级掺铒光纤放大器，用于将所述第一级掺铒光纤放大器输出的激光放大至更高功率。

在本发明一个较佳实施例中，所述环形腔单频全保偏光纤激光器种子源包括单模泵浦源、波分复用器、被泵浦的掺铒光纤、环形器、未被泵浦的环形光纤、窄带布拉格光栅、法布里-珀罗腔布拉格光栅、耦合器；