一种基于瑞利散射的高功率窄线宽光纤激光器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于瑞利散射的高功率窄线宽光纤激光器。本实用新型专利技术所述激光器包括沿光路设置的泵浦激光器、波分复用器、YAG‑SiO2掺杂光纤、第一光纤环形器、偏振控制器、第二光纤环形器、YAG‑SiO2光纤、可变光衰减器和法拉第旋转镜；所述第一光纤环形器还连接有高反射率光纤布拉格光栅；所述第二光纤环形器的输出端还连接有光纤耦合器，光纤耦合器的一个输出端与波分复用器连接，光纤耦合器的另一个输出端为整个激光器的输出端；所述波分复用器、YAG‑SiO2掺杂光纤、第一光纤环形器、偏振控制器、第二光纤环形器和光纤耦合器共同构成环形腔。

【技术实现步骤摘要】
一种基于瑞利散射的高功率窄线宽光纤激光器
本技术涉及一种基于瑞利散射的高功率窄线宽光纤激光器，属于光纤激光器的

技术介绍
高功率窄线宽单频光纤激光器可以在实现高输出功率的同时，保证激光具有良好的时间、空间相干性，噪声低，结构紧凑，光束质量好等优点，在工业生产、科学研究及国防等均有着重要的应用。例如，高功率窄线宽单频光纤激光器可应用于光束合成、激光雷达、引力波探测、光纤通信、非线性频率转换、光电对抗等领域。在高功率单频光纤激光器的产生过程中，由于具有光纤的纤芯面积小、长度长的特点，使得激光在光纤中放大时容易产生受激布里渊散射等非线性效应，其产生的斯托克斯光容易对激光器元件产生损伤，因而极大影响了激光器的输出功率。利用受激瑞利反向散射作为线宽压窄机制可以将单纵模光纤激光器的线宽压缩到1kHz以下。而在高功率的光纤激光器中，受激布里渊增益因子比受激瑞利散射的增益因子大两个数量级，且受激瑞利散射的增益带宽较小，因而极易被掩埋在增益带宽较宽的受激布里渊散射增益谱中。因此，要实现高功率窄线宽单频光纤激光器需要有效提高光纤的受激布里渊散射散射阈值。目前提高光纤的受激布里渊阈值，常采用的方法为在光纤上进行分段拉锥，减小增益光纤长度等。例如中国专利，公开号CN105958314A公开的单纵模窄线宽布里渊激光器就是利用拉锥的级联形成受激瑞利散射，从而实现对激光器线宽的压缩。分段拉锥的方法不仅制作工艺复杂，而且经过拉锥后的非均匀光纤稳定性下降，传输损耗增大。为了累积受激瑞利散射通常会使用百米量级的非均匀光纤，这极大地限制了激光器的性能。而减小增益光纤长度的方法，虽然可以降低阈值，但是由于目前常用的石英基质增益光纤受限于稀土离子的浓度淬灭效应，其掺杂浓度水平无法进一步提升,因而泵浦吸收系数普遍偏低,减小增益光纤的长度也会减小激光的转换效率，影响其输出功率。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术提供一种基于瑞利散射的高功率窄线宽光纤激光器。本技术的技术方案为：一种基于瑞利散射的高功率窄线宽光纤激光器，包括沿光路设置的泵浦激光器、波分复用器、YAG-SiO2掺杂光纤、第一光纤环形器、偏振控制器、第二光纤环形器、YAG-SiO2光纤、可变光衰减器和法拉第旋转镜；所述第一光纤环形器还连接有高反射率光纤布拉格光栅；所述第二光纤环形器的输出端还连接有光纤耦合器，光纤耦合器的一个输出端与波分复用器连接，光纤耦合器的另一个输出端为整个激光器的输出端；所述波分复用器、YAG-SiO2掺杂光纤、第一光纤环形器、偏振控制器、第二光纤环形器和光纤耦合器共同构成环形腔。根据技术优选的，所述YAG-SiO2掺杂光纤的纤芯为SiO2与稀土离子掺杂的钇铝石榴石YAG混合构成；掺杂的稀土离子为Yb3+、Cr3+、Er3+、Tm3+中任意一种或Er3+/Yb3+共掺杂离子；稀土离子在纤芯中为均匀掺杂，稀土离子掺杂浓度大于1×1020ions/cm3；所述YAG-SiO2光纤的纤芯为钇铝石榴石YAG和SiO2混合构成。SiO2与稀土离子掺杂的钇铝石榴石YAG混合比例大于90％；SiO2与钇铝石榴石YAG的混合比例也大于90％。根据技术优选的，所述YAG-SiO2掺杂光纤与第一光纤环形器的第一端口连接；高反射率光纤布拉格光栅与第一光纤环形器的第二端口连接；所述偏振控制器与第一光纤环形器的第三端口连接；所述偏振控制器与第二光纤环形器的第一端口连接，所述YAG-SiO2光纤与第二光纤环形器的第二端口连接，所述光纤耦合器与第二光纤环形器的第三端口连接。进一步优选的，所述第一光纤环形器与第二光纤环形器的工作波长均为1μm；第二光纤环形器第一端口到第二端口插入损耗为1.02dB；第二光纤环形器第二端口到第三端口插入损耗为1.16dB；第二光纤环形器第二端口到第一端口隔离度为20dB；第二光纤环形器第三端口到第二端口隔离度为20dB。根据本技术优选的，高反射率布拉格光纤光栅3dB带宽为0.2nm，反射率为95％以上。根据本技术优选的，所述YAG-SiO2掺杂光纤长度为1m，所述YAG-SiO2光纤的长度为200m；YAG-SiO2掺杂光纤和YAG-SiO2光纤的光纤芯径均为105μm。根据本技术优选的，所述光纤耦合器的工作波长为1μm，分光比为10:90。根据本技术优选的，所述第二光纤环形器的尾纤类型和光纤耦合器的尾纤类型均为康宁SMF-28e。根据本技术优选的，所述高反射率光纤布拉格光栅连接有用于控制其温度的温度控制器。根据本技术优选的，所述泵浦激光器为单模半导体激光器，输出泵浦光的中心波长为976nm。根据本技术优选的，所述高反射率光纤布拉格光栅、YAG-SiO2掺杂光纤、YAG-SiO2光纤和各个组件之间的单模光纤之间通过研磨抛光各自的光纤端面后直接对接耦合,或者通过光纤熔接机熔接耦合。本技术的有益效果为：1、本技术所述基于瑞利散射的高功率窄线宽光纤激光器，采用YAG-SiO2掺杂光纤作为激光增益介质,一方面,其吸收截面和发射截面在1μm波段与商用石英基质的增益光纤存在明显不同；所述YAG-SiO2掺杂光纤的发射截面大于石英基质的增益光纤一个数量级，由激光增益的计算公式G＝σ21·Δn，(其中σ21为发射截面，Δn为反转粒子数)可知，发射截面越大其增益越高，因而采用YAG-SiO2掺杂光纤作为激光增益介质更适合于激光功率放大；晶体光纤的单位长度增益系数可达石英光纤的数十倍,使用厘米量级的短光纤就可以实现理想的放大效果，避免了非线性效应发生，实现高信噪比、光束质量良好、功率稳定的1μm波段高功率单频光纤激光输出；整个激光器结构紧凑,简单可靠；2、本技术所述基于瑞利散射的高功率窄线宽光纤激光器，采用YAG-SiO2光纤作为高受激布里渊散射阈值光纤，不经过拉锥处理即可实现提高光纤中的受激布里渊散射阈值的目的，有效避免因光纤拉锥所产生的稳定性及传输损耗问题，并且受激布里渊增益因子低于普通商业光纤100倍以上；3、本技术所述基于瑞利散射的高功率窄线宽光纤激光器，实现了高功率、超窄线宽、高信噪比,频率长期稳定等应用要求。附图说明图1为本技术基于瑞利散射的高功率窄线宽光纤激光器的原理示意图；其中：1、泵浦激光器；2、波分复用器；3、YAG-SiO2掺杂光纤；4、第一光纤环形器；5、高反射率光纤布拉格光栅；6、温度控制器；7、偏振控制器；8、第二光纤环形器；9、YAG-SiO2光纤；10、可变光衰减器；11、法拉第旋转镜；12、光纤耦合器。具体实施方式下面结合实施例和说明书附图对本技术做进一步说明，但不限于此。实施例1如图1所示。一种基于瑞利散射的高功率窄线宽光纤激光器，包括沿光路设置的泵浦激光器1、波分复用器2、YAG-SiO2掺杂光纤3、第一光纤环形器4、偏振控制器7、第二光纤环形器8、YAG-SiO2光纤9、可变光衰减器10和法拉第旋转镜11；所述第一光纤环形器4还连接有高反射率光纤布拉格光栅5；所述第二光纤环形器8的输出端还连接有光纤耦合器12，光纤耦合器12的一个输出端与波分复用器2连接，光纤耦合器12的另一个输出端为整个激光器的输出端；所述波分复用器2、YAG-SiO2掺杂光纤3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于瑞利散射的高功率窄线宽光纤激光器，其特征在于，包括沿光路设置的泵浦激光器、波分复用器、YAG‑SiO2掺杂光纤、第一光纤环形器、偏振控制器、第二光纤环形器、YAG‑SiO2光纤、可变光衰减器和法拉第旋转镜；所述第一光纤环形器还连接有高反射率光纤布拉格光栅；所述第二光纤环形器的输出端还连接有光纤耦合器，光纤耦合器的一个输出端与波分复用器连接，光纤耦合器的另一个输出端为整个激光器的输出端；所述波分复用器、YAG‑SiO2掺杂光纤、第一光纤环形器、偏振控制器、第二光纤环形器和光纤耦合器共同构成环形腔。

【技术特征摘要】
1.一种基于瑞利散射的高功率窄线宽光纤激光器，其特征在于，包括沿光路设置的泵浦激光器、波分复用器、YAG-SiO2掺杂光纤、第一光纤环形器、偏振控制器、第二光纤环形器、YAG-SiO2光纤、可变光衰减器和法拉第旋转镜；所述第一光纤环形器还连接有高反射率光纤布拉格光栅；所述第二光纤环形器的输出端还连接有光纤耦合器，光纤耦合器的一个输出端与波分复用器连接，光纤耦合器的另一个输出端为整个激光器的输出端；所述波分复用器、YAG-SiO2掺杂光纤、第一光纤环形器、偏振控制器、第二光纤环形器和光纤耦合器共同构成环形腔。2.根据权利要求1所述的基于瑞利散射的高功率窄线宽光纤激光器，其特征在于，所述YAG-SiO2掺杂光纤与第一光纤环形器的第一端口连接；高反射率光纤布拉格光栅与第一光纤环形器的第二端口连接；所述偏振控制器与第一光纤环形器的第三端口连接；所述偏振控制器与第二光纤环形器的第一端口连接，所述YAG-SiO2光纤与第二光纤环形器的第二端口连接，所述光纤耦合器与第二光纤环形器的第三端口连接。3.根据权利要求2所述的基于瑞利散射的高功...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兆军，高悉宝，丛振华，谢永耀，王上，张行愚，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：新型
国别省市：山东,37