一种基于Er:YAG-SiO2光纤的可调谐单频激光器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于Er:YAG‑SiO2光纤的可调谐单频激光器。所述可调谐单频激光器，包括光路依次设置的泵浦激光器、波分复用器、低反射率窄带光纤布拉格光栅、Er:YAG‑SiO2光纤和高反射率宽带光纤布拉格光栅；所述波分复用器还连接有光隔离器。本实用新型专利技术所述基于Er:YAG‑SiO2光纤的可调谐单频激光器，设计简单、结构紧凑,有利于提高单频光纤激光器的功率、噪声、线宽、稳定性运转等输出特性，可以输出稳定性高的窄线宽单频激光,易于实现产业化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Er:YAG-SiO2光纤的可调谐单频激光器
本技术涉及一种基于Er:YAG-SiO2光纤的可调谐单频激光器，属于光纤激光器的

技术介绍
单频光纤激光器具有低噪声，优异相干性，结构紧凑等优点。特别是工作于1.5μm的单频掺铒光纤激光器，对人眼额损伤阈值较高，具有人眼安全特性；同时该波段对于烟雾穿透能力较强，可广泛用于光纤传感、激光雷达/测距/遥感、相干光通信、激光光谱学、气体吸收测量等领域。单频光纤激光器通常有两种结构：线型腔光纤激光器和带有窄带选频器件的环形腔光纤激光器。环形腔单频光纤激光器在环形腔中加入一个窄带的滤波器实现单频输出,其结构复杂，且采用的有源纤长度较长,导致腔内纵模间隔较小，易受环境影响，激光频率稳定性变差,容易出现跳模现象。线型腔主要有分布式反射(DBR)和分布式反馈(DFB)两种类型。DBR结构将高增益有源光纤的两端连接一对光纤光栅,DFB结构将谐振腔直接刻写在有源光纤上。相比于环形腔结构，超短线型腔结构简单，且稳定性更高。超短线型腔要求增益光纤长度很短,通常为几个厘米。在如此短的腔内要实现有效激光输出，需要增益光纤的掺杂浓度较高。目前常用的石英基质增益光纤受限于稀土离子的掺杂浓度水平，激光增益普遍偏低,意味着在较短的谐振腔内要实现有效的激光输出，需要较大的泵浦功率，这对激光的低噪声和稳定性均带来不利影响。而磷酸盐光纤尽管可以提升增益，但磷酸盐光纤的热性能不如石英光纤，且磷酸盐光纤的机械性能较差，不易实现高强度熔接，谐振腔可靠性差，不利于单频激光的稳定输出，难以适应苛刻的工作环境。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术提供一种基于Er:YAG-SiO2光纤的可调谐单频激光器。专利技术概述：本技术所述可调谐单频激光器的增益光纤为Er:YAG-SiO2光纤，其纤芯部分由Er:YAG晶体和SiO2构成，该光纤引入的YAG可以降低稀土离子的浓度淬灭效应，因而可以实现较高浓度的稀土离子掺杂，提供更高的增益系数。本技术采用基于Er:YAG-SiO2光纤和光纤布拉格光栅的超短线型腔方案,实现波长可调的高稳定性、高转换效率、窄线宽的单频激光输出。本技术的技术方案为：一种基于Er:YAG-SiO2光纤的可调谐单频激光器，包括沿光路依次设置的泵浦激光器、波分复用器、低反射率窄带光纤布拉格光栅、Er:YAG-SiO2光纤和高反射率宽带光纤布拉格光栅；所述波分复用器还连接有光隔离器。优选的，所述Er:YAG-SiO2光纤的纤芯为Er3+掺杂的钇铝石榴石和SiO2混合构成，Er3+在纤芯中均匀掺杂,掺杂浓度为0.5wt.％～50wt.％，或者Er3+掺杂浓度大于1×1019ions/cm3。分别从质量比(宏观)、单位体积中的粒子数限定(微观)限定了稀土离子掺杂浓度。SiO2与稀土离子掺杂的钇铝石榴石混合比例大于90％。优选的，所述低反射率窄带光纤布拉格光栅对输出激光信号反射率为30％～95％，中心波长为1550.2nm，3dB带宽为3～4GHz；所述高反射率宽带光纤布拉格光栅对泵浦光的透射率大于90％，对激励信号波长的反射率大于99％。优选的，所述低反射率窄带光纤布拉格光栅与波分复用器的公共端连接；所述泵浦激光器的尾纤与波分复用器的泵浦端连接；波分复用器的信号端与光隔离器的输入端连接。优选的，所述泵浦激光器为半导体激光器、光纤激光器或固体激光器；泵浦激光器的波长为980nm，泵浦功率大于100mW，泵浦方式为后向泵浦。优选的，所述高反射率宽带光纤布拉格光栅、Er:YAG-SiO2光纤和低反射率窄带光纤布拉格光栅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。优选的，所述低反射率窄带光纤布拉格光栅和高反射率宽带光纤布拉格光栅构成线型腔结构；低反射率窄带光纤布拉格光栅为前腔镜；高反射率宽带光纤布拉格光栅为后腔镜。线型腔结构使得激光的各相邻纵模间隔变大，便于有窄带光纤光栅选出单一纵模模式；结构简单；功率、噪声等方面表现的更加稳定。优选的，所述Er:YAG-SiO2光纤的长度为0.5cm～10cm。Er:YAG-SiO2光纤的具体使用长度根据激光输出功率大小、线宽大小、窄带光纤布拉格光栅的反射谱等要求进行选择。另外，Er:YAG-SiO2光纤的长度仅为0.5cm～10cm，使用厘米量级长度的短光纤即可实现理想的激光转换效率。优选的，所述低反射率宽带光纤布拉格光栅设置在压电陶瓷微位移器上；所述压电陶瓷微位移器连接电信号发生器。本技术的有益效果为：1、本技术所述基于Er:YAG-SiO2光纤的可调谐单频激光器，利用Er:YAG-SiO2光纤作为激光增益介质，使用厘米量级长度的短光纤即可实现理想的激光转换效率；同时，利用Er:YAG-SiO2光纤高热导率系数，改善光纤散热性能有效抑制由于温度影响而产生的跳模和线宽不稳定现象；增益光纤采用Er:YAG-SiO2光纤，其纤芯部分由Er:YAG晶体和SiO2构成，光纤引入的YAG可以降低稀土离子的浓度淬灭效应，因而可以实现较高浓度的稀土离子掺杂，能提供更高的增益系数；2、本技术所述基于Er:YAG-SiO2光纤的可调谐单频激光器，通过对输出激光信号高反的低反射率窄带光纤布拉格光栅和对对泵浦光高透的高反射率宽带光纤布拉格光栅构成线型腔结构，使得激光的各相邻纵模间隔变大，便于有窄带光纤光栅选出单一纵模模式；结构简单；功率、噪声等方面表现的更加稳定。3、本技术所述基于Er:YAG-SiO2光纤的可调谐单频激光器，设计简单、结构紧凑,有利于提高单频光纤激光器的功率、噪声、线宽、稳定性运转等输出特性，可以输出稳定性高的窄线宽单频激光,易于实现产业化。附图说明图1为本技术所述基于Er:YAG-SiO2光纤的可调谐单频激光器的原理示意图；其中：1、泵浦激光器；2、波分复用器；3、高反射率宽带光纤布拉格光栅；4、Er:YAG-SiO2光纤；5、低反射率窄带光纤布拉格光栅；6、压电陶瓷微位移器；7、电信号发生器；8、光隔离器。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Er:YAG-SiO2光纤的可调谐单频激光器，包括沿光路依次设置的泵浦激光器1、波分复用器2、低反射率窄带光纤布拉格光栅5、Er:YAG-SiO2光纤4和高反射率宽带光纤布拉格光栅3；所述波分复用器2还连接有光隔离器8。所述Er:YAG-SiO2光纤4的纤芯为Er3+掺杂的钇铝石榴石和SiO2混合构成，Er3+在纤芯中均匀掺杂,掺杂浓度为10wt.％。分别从质量比(宏观)、单位体积中的粒子数限定(微观)限定了稀土离子掺杂浓度。所述Er:YAG-SiO2光纤由YAG晶体结合熔融石英套管，通过石墨炉拉制而成，在拉制过程中，YAG芯熔化并被限制在熔融石英套管内。具体实现方法采用文献“OpticalMaterials,2012,34(8):1294-1298.”中公开的光纤制备方法。SiO2与稀土离子掺杂的钇铝石榴石混合比例大于90％。所述低反射率窄带光纤布拉格光栅5设置在压电陶瓷微位移器6上；所述压电陶瓷微位移器6连接电信号发生器7。所述压电陶瓷微位移器6和电信号发生器7组成激光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Er:YAG‑SiO2光纤的可调谐单频激光器，其特征在于，包括沿光路依次设置的泵浦激光器、波分复用器、低反射率窄带光纤布拉格光栅、Er:YAG‑SiO2光纤和高反射率宽带光纤布拉格光栅；所述波分复用器还连接有光隔离器；所述低反射率窄带光纤布拉格光栅和高反射率宽带光纤布拉格光栅构成线型腔结构；低反射率窄带光纤布拉格光栅为前腔镜；高反射率宽带光纤布拉格光栅为后腔镜。

【技术特征摘要】
1.一种基于Er:YAG-SiO2光纤的可调谐单频激光器，其特征在于，包括沿光路依次设置的泵浦激光器、波分复用器、低反射率窄带光纤布拉格光栅、Er:YAG-SiO2光纤和高反射率宽带光纤布拉格光栅；所述波分复用器还连接有光隔离器；所述低反射率窄带光纤布拉格光栅和高反射率宽带光纤布拉格光栅构成线型腔结构；低反射率窄带光纤布拉格光栅为前腔镜；高反射率宽带光纤布拉格光栅为后腔镜。2.根据权利要求1所述的基于Er:YAG-SiO2光纤的可调谐单频激光器，其特征在于，所述低反射率窄带光纤布拉格光栅对输出激光信号反射率为30％～95％，中心波长为1550.2nm，3dB带宽为3～4GHz；所述高反射率宽带光纤布拉格光栅对泵浦光的透射率大于90％，对激励信号波长的反射率大于99％。3.根据权利要求1所述的基于Er:YAG-SiO2光纤的可调谐单频激光器，其特征在于，所述低反射率窄带光纤布拉格光栅与波分复用器的公共端连接；所述泵浦激光器的尾纤与波分复...

【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