[发明专利]基于分布式外反馈的超窄线宽集成式光纤激光器

说明书

本发明提供一种基于分布式外反馈的超窄线宽集成式光纤激光器，包括光纤激光器主腔和分布式外反馈结构，光纤激光器主腔在泵浦源的激励下，产生主腔激光并将主腔激光提供给分布式外反馈结构，分布式外反馈结构根据主腔激光产生分布反馈信号并将分布反馈信号反向传输回光纤激光器主腔；分布反馈信号对主腔激光的性能参数进行极致调控，以使光纤激光器主腔输出单纵模超窄线宽激光。本发明中单纵模激光的输出以及线宽的压缩，均不再依赖于调节腔长，利用分布反馈信号对主腔激光进行性能参数调控，不仅可以实现单纵模激光输出，而且可以使线宽得到极致压缩，且本发明激光器结构简单，便于激光器朝着集成式小型化发展。

技术领域

本发明属于激光器领域，具体涉及一种基于分布式外反馈的超窄线宽集成式光纤激光器。

背景技术

窄线宽激光器具有光束质量高、频率稳定性好等特点，在各种先进的激光应用中具有很大的吸引力。例如光通信、光学精密测量和医疗诊断等领域，都需要高相干可调激光器来优化其参数性能。在大多数情况下，人们会使用具有优良单色性的激光器来满足这些需求。然而，目前激光器的增益谱中会产生大量密集的纵模振荡，原因在于纵模间隔较窄，模间增益和损耗差很小，因而大量的纵向模式被激活，模式竞争使激光器难以实现单纵模运行。当前为实现单纵模激光输出，最常用的一个方法是缩短激光器主腔(即谐振腔)的腔长，增大激光的自由光谱区以抑制均匀增益展宽效应所产生的模态竞争。

此外，光谱线宽作为表征光源相干性的关键参数之一，已经引起了学术界和工业界的广泛关注。为了获得高相干光源，已经提出了许多激光配置方式，主要有两种类型，即外部电路控制和光反馈。对于外部电路控制，相干性的提高主要依赖于电反馈的激光稳频技术，但受到外部控制元件和光源运行环境的限制，这种激光稳频技术结构复杂，成本高，不利于激光的大规模集成开发。单腔光反馈方法基于固定的外腔，主要依靠增加腔长来提高激光源的相干性。但是，增加腔长会引入新的共振纵向模式，也容易受到环境因素、热动力学噪声等干扰，这些干扰可能会限制激光相干性的进一步提高。

由上述可知，为实现单纵模激光输出，需要缩短激光器主腔的腔长，而利用单腔光反馈来压缩线宽，提高输出激光相干性时，需要增加腔长且腔长的增加会引入其他干扰因素，使线宽不能得到极致压缩。可见，目前激光器采用光反馈来压缩线宽的方法，与实现单纵模激光输出的方法存在不可调和的矛盾，在实现单纵模输出的同时，采用单腔光反馈线宽压缩方式难以实现线宽极致压缩。

发明内容

本发明提供一种基于分布式外反馈的超窄线宽集成式光纤激光器，以解决目前激光器在实现单纵模输出的同时，采用单腔光反馈线宽压缩方式难以实现线宽极致压缩的问题。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种基于分布式外反馈的超窄线宽集成式光纤激光器，包括光纤激光器主腔和分布式外反馈结构，所述光纤激光器主腔在泵浦源的激励下，产生主腔激光并将所述主腔激光提供给所述分布式外反馈结构，所述分布式外反馈结构根据所述主腔激光产生分布反馈信号并将所述分布反馈信号反向传输回所述光纤激光器主腔；所述分布反馈信号对所述主腔激光的性能参数进行极致调控，以使所述光纤激光器主腔输出超窄线宽单纵模激光。

在一种可选的实现方式中，所述分布反馈信号为具有连续相位变化特征的分布式弱散射信号。

在另一种可选的实现方式中，所述分布反馈信号实时自动匹配所述光纤激光器主腔内的共振模式，抑制所述光纤激光器主腔内的自发辐射，增强所述光纤激光器主腔内的受激辐射，以对所述光纤激光器主腔内产生的主腔激光的模式进行选择。

在另一种可选的实现方式中，所述分布反馈信号对所述光纤激光器主腔内产生的主腔激光进行微扰，使输出的单纵模激光的线宽得以压缩。

在另一种可选的实现方式中，所述分布反馈信号对所述光纤激光器主腔内产生的主腔激光进行微扰，使输出的单纵模激光的相位噪声和强度噪声得以降低。