專利名稱：基于相移光纖光柵的分布式布拉格反射型單頻光纖激光器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及大功率單頻光纖激光器，特別是一種基于相移光纖光柵的分 布式布拉格反射型大功率單頻光纖激光器，主要應用于高分辨激光光譜，激 光雷達激光種子源以及大功率激光器系統(tǒng)的優(yōu)良種子源等領域。
背景技術：
隨著科技的發(fā)展，高分辨激光光譜、相干通信、光纖傳感、激光雷達以 及大功率激光器系統(tǒng)等領域對激光源都提出了大功率和單頻的指標。大功率
單頻光纖激光器具有泵浦閾值低、線寬窄、轉換效率高、光束質量好、全光 纖集成和環(huán)境適應性好等優(yōu)點，能夠滿足實際應用的需求。
光纖激光器是在光放大器的技術基礎上發(fā)展而來的，采用具有不同成分的 摻雜光纖作為增益介質和相應的器件組合成一個有源諧振腔，由半導體激光 器泵浦實現(xiàn)不同波段激光的輸出。摻雜光纖的種類決定了輸出激光的信號波 長。
光纖激光器由于典型腔長都達到十幾米，所以縱模間隔非常窄，而摻雜 光纖的整個增益譜又很寬，這給選模帶來了很大的困難.。 一種解決方案是縮 短腔長并采用光纖光柵選模。同時使用高濃度摻雜磷酸鹽玻璃光纖作為增益 介質，可以獲得較大功率的單頻激光輸出。
在先技術之一Christine R Spiegelberg ,J.Geng,Y.Hu,et al. Compact lOOmW fiber laser with2kHzlinewidth，[C]，Optical Fiber Communications
Conference，2003，以高濃度磷酸鹽玻璃光纖為增益介質，在磷酸鹽玻璃光纖的
兩端分別熔上光纖光柵，構成直線腔分布式布拉格反射型激光器。激光器的 腔長為2cm，獲得波長為1535nm，功率100mW的單頻激光輸出。激光雷達 激光種子源以及大功率激光器系統(tǒng)應用要求激光功率輸出達瓦級，該方案的 激光器輸出功率還有待提高。在先技術之二潘政清等，"鉺鐿共摻磷酸鹽玻璃光纖激光器實現(xiàn)
100mW單頻輸出"，中國激光，12期，35巻(2008)，提出以鉺鐿共摻磷酸
鹽玻璃光纖為增益介質構造直線腔激光器。在磷酸鹽玻璃光纖的一端熔接光
纖光柵，另一端的腔鏡由一高反射鏡構成，反射鏡對1535nm波長的反射率
高于99.5%，對976nm波長的光透過率大于90。/。。該激光器實現(xiàn)了 100mW
單頻激光輸出。該結構包含體光學元件，不易調試，而且該激光功率輸出不
能滿足實際應用的需要。
以上現(xiàn)有技術的缺點在于無法獲得大功率單頻激光輸出。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的不足，提出一種基于相移光纖光柵的 分布式布拉格反射型單頻光纖激光器。這種光纖激光器可以輸出大功率單頻激光。
本發(fā)明的技術解決方案如下
一種基于相移光纖光柵的分布式布拉格反射型單頻光纖激光器，以高濃 度摻雜光纖為增益介質，采用相移光纖光柵和光纖光柵形成的等效法布里-珀 羅腔(以下簡稱為等效FP腔)為濾波器選模，其具體技術方案如下
一種基于相移光纖光柵的分布式布拉格反射型單頻光纖激光器，其 特點在于以高濃度摻雜光纖作為激光增益介質，在該高濃度摻雜光纖的一 端熔接一個光纖光柵，另一端熔接由一個相移光纖光柵和一個光纖光柵組成 的等效FP腔的相移光纖光柵；泵浦源接波分復用器的A端口，該波分復用 器的混合端口與所述的FP腔的光纖光柵相連，所述的波分復用器的A 2端口 為激光輸出端。
一種基于相移光纖光柵的分布式布拉格反射型單頻光纖激光器，其 特點在于以高濃度摻雜光纖作為激光增益介質，在該高濃度摻雜光纖的一端熔接一個光纖光柵，另一端熔接由一個相移光纖光柵和一個光纖光柵組成 的等效FP腔的相移光纖光柵；泵浦源接波分復用器的^端口，該波分復用
器的混合端口與所述的光纖光柵的另一端相連，所述的波分復用器的;i2端口
為激光輸出端。
所述的相移光纖光柵和光纖光柵組成的等效的FP腔滿足下列關系式
/ =附-
式中/為FP腔的腔長，腔長/即所述的相移光纖光柵和光纖光柵兩靠近端
面之間的距離，"^為FP腔的折射率，A為單頻激光器的工作波長，m為任
意選取的1以上的正整數(shù)。
所述的泵浦源為半導體激光器或半導體激光器組件。
本發(fā)明的特點和優(yōu)點是
1、 本發(fā)明主要是基于相移光纖光柵和光纖光柵形成的等效FP腔濾波選 模。相移光纖光柵和光纖光柵構成具有反射率尖峰的FP腔。該反射率尖峰 的帶寬比光纖光柵的帶寬小，是一種濾波性能優(yōu)良的反射型濾波器。
2、 本發(fā)明利用相移光纖光柵和光纖光柵形成的等效FP腔作為反射型濾 波器和光纖光柵組成腔長較長的直線腔激光器諧振腔的兩個腔鏡，可以輸出 大功率單頻激光，線寬窄，可廣泛應用于相干通信、高分辨激光光譜、光纖 傳感、激光雷達的激光種子源以及大功率激光器系統(tǒng)的優(yōu)良種子源等領域。
3、 本發(fā)明為全光纖結構，無需裝調環(huán)境適應性好；均為無源器件，功 耗低；結構簡單，成本低。
圖1為本發(fā)明基于相移光纖光柵的分布式布拉格反射型單頻光纖激光器 實施例1的結構示意圖
圖2為本發(fā)明基于相移光纖光柵的分布式布拉格反射型單頻光纖激光器 實施例2的結構示意圖
圖3為兩個普通不完全反射面組成的FP腔的干涉條紋示意圖 圖4為相移光纖光柵的反射光譜曲線示意圖 圖5為光纖光柵反射光譜曲線示意圖
圖6為相移光纖光柵和光纖光柵組成的等效FP腔的反射光譜曲線示意
圖
圖中l(wèi)一光纖光柵2—高濃度摻雜光纖3—相移光纖光柵
4一光纖光柵5—波分復用器6—泵浦源7—激光輸出端口 8—相
移光纖光柵3的端面9一光纖光柵4的端面
具體實施例方式
下面結合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不應以此限制本發(fā)明 的保護范圍。
先請參閱圖1，圖1為本發(fā)明基于相移光纖光柵的分布式布拉格反射型 單頻光纖激光器實施例1的結構示意圖，由圖可見，本實施例1基于相移光 纖光柵的分布式布拉格反射型單頻光纖激光器，是以高濃度摻雜光纖2 作為激光增益介質，在該高濃度摻雜光纖2的一端熔接一個光纖光柵1，另 一端熔接由一個相移光纖光柵3和一個光纖光柵4組成等效的FP腔；泵浦 源6接波分復用器5的A i端口 ，該波分復用器5的混合端口與所述的光纖光 柵4相連，所述的波分復用器5的義2端口為本發(fā)明激光器的激光輸出端7。我們知道，由兩個光纖光柵構成諧振腔的兩個腔鏡的直線腔光纖激光 器，為獲得較大功率的輸出，可以采取延長慘雜光纖的長度的辦法，但這將 導致諧振腔的腔長變大，激光器的縱模間隔變小。而光纖光柵的反射譜帶寬 比較寬，使得符合縱模條件的模式數(shù)目較大。若仍然使用由兩個光纖光柵構 成激光器諧振腔的兩個腔鏡，則激光器無法獲得穩(wěn)定的單頻激光輸出。所以 腔長較長的直線腔分布布拉格反射型激光器需要選用帶寬比光纖光柵的反 射譜帶寬更窄的反射型濾波器。
我們采用的相移光纖光柵3和光纖光柵4組成的等效FP腔可以構成滿
足這個帶寬要求的窄帶反射濾波器，根據(jù)FP腔理論，由下列公式(1)和公 式(2)，可以計算出兩個反射率分別為《和^的普通反射鏡組成的FP腔的 反射率i ^。公式(1)中0為相位角，公式(2)中/為FP腔的腔長，"^為
FP腔的折射率，/l為單頻光纖激光器的工作波長。從而可以作出兩個普通反 射鏡組成的FP腔的反射率&隨著波長的變化曲線，如圖3所示。
由公式(1)和(2)可以推出，如果波長義和FP腔的腔長/滿足下列 公式(3)的關系，則波長/l的光的FP腔反射率為0。同時由圖3中可以看 出，波長在A附近的光的FP腔反射率都很小。
式中^為任意選取的1以上的正整數(shù)。但如果波長為;i時，F(xiàn)P腔中一個反射面的反射率《非常小，為0，那么 由公式(1)可知，F(xiàn)P腔的反射率i^變大為^。
圖4和圖5分別為相移光纖光柵3和光纖光柵4的反射光譜，相移光纖 光柵3和光纖光柵4的峰值反射率分別為前文中的《和/ 2 。從圖4可以看出， 相移光纖光柵3的反射峰中有細小的凹陷線，即相移光纖光柵3的透射峰， 它的帶寬比光纖光柵要低一個量級。
對相移光纖光柵3和光纖光柵4組成的FP腔來說，令相移光纖光柵3的 帶寬和光纖光柵4的帶寬接近，且中心波長相等，都等于A。腔長/為圖l 和2中所示相移光纖光柵3的端面8和光纖光柵4的端面9之間的距離。使 相移光纖光柵3的透射峰波長/l和腔長/的關系滿足公式(3)。則由前文的 分析，對于相移光纖光柵3和光纖光柵4組成的FP腔，波長在相移光纖光 柵3帶寬以內而且在透射窗口以外的信號光的FP腔的反射率都很小。這部 分信號光波長越接近A ，相移光纖光柵3和光纖光柵4組成的FP腔的反射 率就越小。而對于信號光波長從相移光纖光柵3的透射窗口邊緣靠近透射中 心波長A，由于^迅速減小到0，因而相移光纖光柵3和光纖光柵4組成的 FP腔的反射率及#迅速變大到/ 2 。那么由相移光纖光柵3和光纖光柵4組成 的FP腔的反射率就出現(xiàn)了尖峰。如圖6所示。因為相移光纖光柵3的反射 率在透射窗口迅速變小，帶寬比光纖光柵要低一個量級，所以由相移光纖光 柵3和光纖光柵4組成的FP腔的反射率尖峰線寬很小，遠比光纖光柵的帶 寬小，如圖6所示。
由于相移光纖光柵3和光纖光柵4組成的FP腔反射率帶寬比光纖光柵的 帶寬小，可以和光纖光柵配合使用，作為腔長較長的直線腔分布式布拉格射型激光器諧振腔的兩個腔鏡進行濾波選模，從而產(chǎn)生大功率單頻的激光輸 出。
實施例1的結構如圖1所示，本實施例的制造方法是根據(jù)本發(fā)明單頻光 纖激光器輸出功率的實際需要選取較長的高濃度摻雜光纖2，在它的一端熔
接上光纖光柵l，另一端熔接相移光纖光柵3和光纖光柵4。相移光纖光柵3 和光纖光柵4同時制作在一根光纖上，且須保證等效FP腔的腔長/滿足公式 3的值。
實施例2
實施例2的結構如圖2所示，由圖可見，本實施例基于相移光纖光柵 的分布式布拉格反射型單頻光纖激光器，其特點是以高濃度摻雜光纖2 作為激光增益介質，在該高濃度摻雜光纖2的一端熔接一個光纖光柵1，另 一端熔接由一個相移光纖光柵3和一個光纖光柵4組成等效的FP腔；泵浦 源6接波分復用器5的/1,端口 ，該波分復用器5的混合端口與所述的光纖光 柵1相連，所述的波分復用器5的;12端口為激光輸出端7。
所述的相移光纖光柵3和光纖光柵4組成的等效的FP腔滿足下列關系
式
<formula>formula see original document page 9</formula>
式中/為FP腔的腔長，腔長/即所述的相移光纖光柵3和光纖光柵4的端 面8、端面9之間的距離，^v為FP腔的折射率，A為信號光波長，m為l
以上的正整數(shù)。
本實施例的制造方法是根據(jù)本發(fā)明單頻光纖激光器輸出功率的實際需 要選取較長的高濃度摻雜光纖2，在它的一端熔接上光纖光柵l，另一端熔接相移光纖光柵3和光纖光柵4。相移光纖光柵3和光纖光柵4同時制作在
一根光纖上，且須保證等效FP腔腔長/滿足公式3的要求。將光纖光柵l 的另一端熔接波分復用器5。激光器的泵浦光由半導體激光器6作為泵浦光 源經(jīng)過波分復用器5輸入，諧振腔內產(chǎn)生的激光由波分復用器5的義2端口 7 輸出。
綜上所述，本發(fā)明激光器，用簡單的結構和廉價易得的器件同時實現(xiàn)了 大功率單頻輸出的功能。
權利要求
1、一種基于相移光纖光柵的分布式布拉格反射型單頻光纖激光器，其特征在于以高濃度摻雜光纖(2)作為激光增益介質，在該高濃度摻雜光纖(2)的一端熔接一個光纖光柵(1)，另一端熔接由一個相移光纖光柵(3)和一個光纖光柵(4)組成等效的FP腔的相移光纖光柵(3)；泵浦源(6)接波分復用器(5)的λ1端口，該波分復用器(5)的混合端口與所述的光纖光柵(4)相連，該波分復用器(5)的λ2端口為激光輸出端(7)。
2、 一種基于相移光纖光柵的分布式布拉格反射型單頻光纖激光器， 其特征在于以高濃度摻雜光纖(2)作為激光增益介質，在該高濃度摻雜 光纖(2)的一端熔接一個光纖光柵(1)，另一端熔接由一個相移光纖光柵(3)和一個光纖光柵(4)組成等效FP腔的相移光纖光柵(3);泵浦源(6) 接波分復用器(5)的A端口，該波分復用器(5)的混合端口與所述的光纖 光柵(1)相連，該波分復用器(5)的;12端口為激光輸出端(7)。
3、 根據(jù)權利要求1或2所述的基于相移光纖光柵的分布式布拉格反 射型單頻光纖激光器，其特征在于所述的相移光纖光柵(3)和光纖光柵(4)組成的等效FP腔滿足下列關系式/ =附1式中/為FP腔的腔長，腔長/即所述的相移光纖光柵(3)和光纖光柵(4) 的靠近的兩端面(8)、端面(9)之間的距離，^v為FP腔的折射率，義為激光器的工作波長，m為任意選取的1以上的正整數(shù)。
4、 根據(jù)權利要求1或2所述的基于相移光纖光柵的分布式布拉格反射 型單頻光纖激光器，其特征在于所述的泵浦源(6)為半導體激光器或半導 體激光器組件。
全文摘要
一種基于相移光纖光柵的分布式布拉格反射型單頻光纖激光器，其特點是利用相移光纖光柵和光纖光柵組成的等效法布里-珀羅腔的反射峰的窄帶濾波效應，實現(xiàn)濾波選頻。整個裝置由泵浦源，波分復用器，光纖光柵，相移光纖光柵，高濃度摻雜光纖，光纖光柵組成。其中光纖光柵，相移光纖光柵，高濃度摻雜光纖，光纖光柵組成激光諧振腔。本發(fā)明可以輸出大功率單頻激光。
文檔編號H01S3/06GK101483304SQ200910046610
公開日2009年7月15日 申請日期2009年2月25日 優(yōu)先權日2009年2月25日
發(fā)明者莉 孟, 方祖捷, 潘政清, 瞿榮輝, 蔡海文 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所