專利名稱：復(fù)合腔全光纖脈沖光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合腔全光纖脈沖光纖激光器系統(tǒng)，屬于稀土摻雜光纖激光器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光纖激光器(Fiber Laser，簡稱FL)是以摻稀土元素光纖作為增益介質(zhì)，在泵浦光作用下形成其激光能級(jí)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，結(jié)合諧振腔光反饋形成激光振蕩輸出。與其他傳統(tǒng)固體和氣體激光器相比，光纖激光器以增益介質(zhì)光纖作為儲(chǔ)能單元，具有結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)換效率高、光束質(zhì)量好、輸出波長范圍寬、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在通信、傳感、工業(yè)、軍事和醫(yī)療等眾多領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用，尤其是基于調(diào)Q技術(shù)的大功率、高能量輸出的脈沖光纖激光器。調(diào)Q技術(shù)的關(guān)鍵是高速光開關(guān)，通過它瞬間控制和改變激光器諧振腔的損耗值，在激光腔內(nèi)迅速產(chǎn)生激光振蕩，使積累到較高程度的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)能量在極短時(shí)間內(nèi)釋放，實(shí)現(xiàn)窄脈沖寬度和高峰值功率的激光輸出。諧振腔的損耗一般包括反射損耗、吸收損耗、衍射損耗、散射損耗等，對不同損耗進(jìn)行控制構(gòu)成了不同的調(diào)Q技術(shù)，目前常用的調(diào)Q方式包括控制吸收損耗的飽和吸收體調(diào) Q，其不足之處是穩(wěn)定性較差，產(chǎn)生脈沖具有一定隨機(jī)性，脈沖寬度和重復(fù)頻率不可調(diào)；控制衍射損耗的聲光調(diào)Q技術(shù)和控制反射損耗的電光調(diào)Q技術(shù)，后兩種方法通過在腔內(nèi)置入聲光開關(guān)或者電光晶體實(shí)現(xiàn)Q值控制，雖然可以實(shí)現(xiàn)高重復(fù)頻率、窄脈沖寬度輸出，但是采用空間光路耦合方式帶來激光器腔內(nèi)損耗過大并且對光路對準(zhǔn)要求嚴(yán)格，限制了輸出光功率，并且成本很高，需要采用一種結(jié)構(gòu)緊湊、低損耗的全光纖調(diào)Q技術(shù)以實(shí)現(xiàn)激光器輸出效率最優(yōu)化，結(jié)構(gòu)簡單化。光纖激光器反饋腔通常采用線性干涉腔和環(huán)形腔結(jié)構(gòu)。線性腔結(jié)構(gòu)需要光纖嚴(yán)格控制光纖反饋端面反射系數(shù)或者以光纖光柵作為反射單元實(shí)現(xiàn)光反饋，技術(shù)要求復(fù)雜，容易受到環(huán)境溫度等因素的影響。由于泵浦光必須透過光纖一端的腔鏡進(jìn)入光纖，高泵浦功率易對腔鏡膜產(chǎn)生損害。普通環(huán)形腔結(jié)構(gòu)光纖激光器不使用反射鏡構(gòu)成全光纖腔，由于激光腔長的限制，輸出為多縱模。因此，如何優(yōu)化腔結(jié)構(gòu)提高激光器輸出效率與模式等性能， 成為關(guān)鍵問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種復(fù)合腔全光纖脈沖光纖激光器。該全光纖脈沖光纖激光器的諧振腔具有可調(diào)諧、高穩(wěn)定性、高輸出效率、模式特性好的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種復(fù)合腔全光纖脈沖光纖激光器，包括由半導(dǎo)體激光泵浦源驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體激光泵浦源、光纖波分復(fù)用器、增益介質(zhì)光纖、第一光隔離器、光耦合器、由光開關(guān)驅(qū)動(dòng)模塊控制的帶尾纖光開關(guān)及第二光隔離器，半導(dǎo)體激光泵浦源的輸出端與光纖波分復(fù)用器的短波長輸入端連接，光纖波分復(fù)用器的輸出端依次通過增益介質(zhì)光纖及第一光隔離器與光耦合器的輸入端連接，光耦合器的輸出端作為所述激光器的輸出端，帶尾纖光開關(guān)的一端通過第二光隔離器與光纖波分復(fù)用器的長波長輸入端連接，其特征在于，在光耦合器與帶尾纖光開關(guān)之間設(shè)有級(jí)聯(lián)干涉腔，且級(jí)聯(lián)干涉腔的輸入端與光耦合器的反饋輸出端連接， 級(jí)聯(lián)干涉腔的輸出端與帶尾纖光開關(guān)的另一端連接。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、采用復(fù)合腔結(jié)構(gòu)，即環(huán)形激光腔內(nèi)級(jí)聯(lián)干涉腔結(jié)構(gòu)，通過干涉加強(qiáng)和腔內(nèi)損耗控制作用，提高了激光器輸出效率，改善了輸出光模式特性，干涉腔內(nèi)為空氣間隙，輸出光強(qiáng)不受環(huán)境溫度和應(yīng)力的影響。2、腔內(nèi)光開關(guān)和其他元件采用全光纖結(jié)構(gòu)，耦合損耗小，結(jié)構(gòu)緊湊，輸出效率高， 穩(wěn)定性好；
3、以全光纖光開關(guān)作為調(diào)Q單元代替價(jià)格昂貴的晶體調(diào)Q技術(shù)，具有低插入損耗、低成本和高響應(yīng)速率的優(yōu)點(diǎn)；
4、輸出高功率納秒寬度光脈沖，具有寬度和重復(fù)頻率可調(diào)的特點(diǎn)；
圖1為本發(fā)明提出的復(fù)合腔全光纖脈沖光纖激光器工作原理圖； 圖2為本發(fā)明使用的光纖干涉腔光纖端面微調(diào)控制裝置俯視圖3為本發(fā)明使用的光纖干涉腔光纖端面微調(diào)控制裝置側(cè)視圖； 圖4為本發(fā)明中的級(jí)聯(lián)光纖干涉腔內(nèi)光傳輸原理圖5為本發(fā)明中級(jí)聯(lián)光纖干涉腔反射譜特性隨干涉腔空氣間隙變化的仿真結(jié)果圖，其中干涉腔空氣間隙C^d2U3,減少干涉腔空氣間隙，增加干涉腔1550nm波長處反射系數(shù)；
圖6為本發(fā)明中級(jí)聯(lián)光纖干涉腔反射譜特性隨干涉腔個(gè)數(shù)變化的仿真結(jié)果圖，增加干涉腔個(gè)數(shù)，級(jí)聯(lián)干涉腔發(fā)射系數(shù)增加，反射譜帶寬減少；
圖7為實(shí)驗(yàn)測得的微調(diào)干涉腔光纖反射端面空氣間距激光輸出變化光譜圖，其中雙縱模對應(yīng)環(huán)形腔無干涉腔結(jié)構(gòu)，其相對積分功率譜最低，單縱模且譜寬最窄，積分功率值最大；光譜峰值波長位于1561. 15nm附近對應(yīng)環(huán)形腔雙干涉腔結(jié)構(gòu)；
圖8為本發(fā)明提出的復(fù)合腔全光纖脈沖光纖激光器單個(gè)激光光脈沖時(shí)域特性譜圖，脈沖呈高斯型，脈寬為70ns。
具體實(shí)施例方式一種復(fù)合腔全光纖脈沖光纖激光器，如圖1所示，包括由半導(dǎo)體激光泵浦源驅(qū)動(dòng)模塊1驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體激光泵浦源2、光纖波分復(fù)用器3、增益介質(zhì)光纖4、第一光隔離器5、光耦合器6、由光開關(guān)驅(qū)動(dòng)模塊10控制的帶尾纖光開關(guān)9及第二光隔離器11，半導(dǎo)體激光泵浦源2的輸出端與光纖波分復(fù)用器3的短波長輸入端連接，光纖波分復(fù)用器3的輸出端依次通過增益介質(zhì)光纖4及第一光隔離器5與光耦合器6的輸入端連接，光耦合器6的輸出端作為所述激光器的輸出端，帶尾纖光開關(guān)9的一端通過第二光隔離器11與光纖波分復(fù)用器3的長波長輸入端連接，其特征在于，在光耦合器6與帶尾纖光開關(guān)9之間設(shè)有級(jí)聯(lián)干涉腔18，且級(jí)聯(lián)干涉腔18的輸入端與光耦合器6的反饋輸出端連接，級(jí)聯(lián)干涉腔18的輸出端與帶尾纖光開關(guān)9的另一端連接。在本實(shí)施例中，參見圖2、3，圖2所示的是級(jí)聯(lián)干涉腔18 包括微調(diào)架16，在微調(diào)架16上至少滑動(dòng)連接有3個(gè)光纖夾持單元，所述的光纖夾持單元由滑塊15及光纖12組成，光纖12的端面為垂直切割端面，在滑塊15上設(shè)有Z形槽17，光纖 12固定在Z形槽17內(nèi)，在相鄰光纖夾持單元的相鄰光纖端面之間設(shè)有空氣間隙14。參見如圖4所示的級(jí)聯(lián)干涉腔內(nèi)光干涉原理，光入射光強(qiáng)以
E軌經(jīng)第i-Ι個(gè)光纖端面與空氣間隙構(gòu)成的光纖干涉腔，干涉腔的兩個(gè)光纖端面反射系數(shù)分別為A和r2，經(jīng)干涉作用后部分光依次進(jìn)入第i、i+1個(gè)光纖干涉腔，部分光反射回原方向。通過多個(gè)干涉腔干涉效應(yīng)得到反射回原方向的輸出光強(qiáng)^rii。所述級(jí)聯(lián)干涉腔以低損耗熔接方式與環(huán)形腔內(nèi)光器件尾纖相連接。如圖5、6所示為根據(jù)據(jù)Rouard方法數(shù)值分析得到所述光纖級(jí)聯(lián)干涉腔的光譜特性，圖5為不同空氣間隔12、13時(shí)級(jí)聯(lián)干涉腔濾波譜，輸出光譜帶寬隨間隔減小而變窄，圖 6為相同空氣間隔時(shí)，級(jí)聯(lián)干涉腔反射系數(shù)隨干涉腔級(jí)聯(lián)個(gè)數(shù)增加而增大。級(jí)聯(lián)光纖干涉腔濾波光譜特性采用Rouard方法分析如下
由光纖端面與空氣間隙形成的三層介質(zhì)干涉腔反射系數(shù)以艾利(Airy)方程表示為
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合腔全光纖脈沖光纖激光器，包括由半導(dǎo)體激光泵浦源驅(qū)動(dòng)模塊(1)驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體激光泵浦源(2)、光纖波分復(fù)用器(3)、增益介質(zhì)光纖(4)、第一光隔離器(5)、光耦合器(6)、由光開關(guān)驅(qū)動(dòng)模塊(10)控制的帶尾纖光開關(guān)(9)及第二光隔離器(11)，半導(dǎo)體激光泵浦源(2)的輸出端與光纖波分復(fù)用器(3)的短波長輸入端連接，光纖波分復(fù)用器(3)的輸出端依次通過增益介質(zhì)光纖(4)及第一光隔離器(5)與光耦合器(6)的輸入端連接，光耦合器(6)的輸出端作為所述激光器的輸出端，帶尾纖光開關(guān)(9)的一端通過第二光隔離器 (11)與光纖波分復(fù)用器(3)的長波長輸入端連接，其特征在于，在光耦合器(6)與帶尾纖光開關(guān)(9)之間設(shè)有級(jí)聯(lián)干涉腔(18)，且級(jí)聯(lián)干涉腔(18)的輸入端與光耦合器(6)的反饋輸出端連接，級(jí)聯(lián)干涉腔(18)的輸出端與帶尾纖光開關(guān)(9)的另一端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的復(fù)合腔全光纖脈沖光纖激光器，其特征在于，級(jí)聯(lián)干涉腔(18)包括微調(diào)架(16)，在微調(diào)架(16)上至少滑動(dòng)連接有3個(gè)光纖夾持單元，所述的光纖夾持單元由滑塊(15)及光纖(12)組成，光纖(12)的端面為垂直切割端面，在滑塊(15)上設(shè)有廠形槽(17)，光纖(12)固定在Z形槽(17)內(nèi)，在相鄰光纖夾持單元的相鄰光纖端面之間設(shè)有空氣間隙(14)。
全文摘要
一種復(fù)合腔全光纖脈沖光纖激光器，包括由半導(dǎo)體激光泵浦源驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體激光泵浦源、光纖波分復(fù)用器、增益介質(zhì)光纖、第一光隔離器、光耦合器、由光開關(guān)驅(qū)動(dòng)模塊控制的帶尾纖光開關(guān)及第二光隔離器，半導(dǎo)體激光泵浦源的輸出端與光纖波分復(fù)用器的短波長輸入端連接，光纖波分復(fù)用器的輸出端依次通過增益介質(zhì)光纖及第一光隔離器與光耦合器的輸入端連接，光耦合器的輸出端作為所述激光器的輸出端，帶尾纖光開關(guān)的一端通過第二光隔離器與光纖波分復(fù)用器的長波長輸入端連接，在光耦合器與帶尾纖光開關(guān)之間設(shè)有級(jí)聯(lián)干涉腔，且級(jí)聯(lián)干涉腔的輸入端與光耦合器的反饋輸出端連接，級(jí)聯(lián)干涉腔的輸出端與帶尾纖光開關(guān)的另一端連接。
文檔編號(hào)H01S3/08GK102170082SQ201110076809
公開日2011年8月31日 申請日期2011年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月29日
發(fā)明者萬洪丹, 孫小菡, 龔越 申請人:東南大學(xué)