一种多波长单频调Q光纤激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种多波长单频调Q光纤激光器，包括：可饱和吸收体、高增益光纤、保偏多波长窄带光纤光栅、谐振腔温度控制模块、保偏波分复用器、泵浦源和保偏光隔离器。该光纤激光器以高掺杂磷酸盐光纤作为激光增益介质，两端分别与可饱和吸收体、保偏多波长窄带光纤光栅连接，构成短线形激光腔，其短腔长能实现谐振腔内激光单纵模运转，同时腔内结合保偏多波长窄带光纤光栅引起的多波长谐振和可饱和吸收体的被动调Q性能，使谐振腔中实现稳定的多波长单频的脉冲激光输出。本发明专利技术的多波长单频调Q光纤激光器实现重复频率可调的多个波长脉冲激光同时输出，并且每个波长的激光均保持单频运转，可广泛用于激光雷达、激光传感和气体探测等方面。

A Multi-wavelength Single-frequency Q-switched Fiber Laser

The invention discloses a multi-wavelength single-frequency Q-switched fiber laser, which comprises a saturable absorber, a high gain fiber, a polarization-maintaining multi-wavelength narrowband fiber grating, a temperature control module of a resonator, a polarization-maintaining wavelength division multiplexer, a pump source and a polarization-maintaining isolator. The fiber laser uses highly doped phosphate fiber as the laser gain medium. The two ends are connected with saturable absorber and polarization-maintaining multi-wavelength narrow-band fiber grating respectively to form a short linear laser cavity. Its short cavity length can realize single longitudinal mode operation of the laser in the resonator. At the same time, the passive Q-switching performance of multi-wavelength resonance and saturable absorber caused by polarization-maintaining multi-wavelength narrow-band fiber grating is combined in the cavity. To achieve stable multi-wavelength single-frequency pulse laser output in the resonator. The multi-wavelength single-frequency Q-switched fiber laser realizes the simultaneous output of multi-wavelength pulsed laser with adjustable repetition rate, and the laser of each wavelength keeps single-frequency operation. It can be widely used in lidar, laser sensing and gas detection, etc.

【技术实现步骤摘要】
一种多波长单频调Q光纤激光器
本专利技术属于光纤激光器
，涉及一种多波长单频调Q光纤激光器。
技术介绍
调Q脉冲光纤激光器由于其具有可调谐、结构简单、便于集成等优势，因此在激光雷达、激光传感、气体探测等方面有着重要的应用前景。尤其是多波长单频调Q光纤激光器，其在一般调Q脉冲光纤激光器基础上，在激光谐振腔内同时产生不同波长的梳状脉冲激光，并且保证每个激光波长都以单频运转，有效提高了脉冲激光器作为探测光源的探测精度，大大拓宽了激光雷达的探测种类范围，其应用在差分吸收气体分析激光雷达上，可以增加单次探测气体种类，提高探测效率。对于光纤激光器，可以通过在谐振腔中插入光纤环或多波长光纤光栅来引起多波长激光振荡。另一方面，可以通过插入可饱和吸收体引起谐振腔内被动调Q来实现脉冲激光。可饱和吸收体的吸收系数会随光强变化，从而改变谐振腔内的吸收损耗，起到Q开关的作用。且与其他脉冲调制元件相比，可饱和吸收体反射率高、结构紧凑、易于集成，与多波长光纤光栅可以组成谐振腔的前后腔镜，有利于缩短谐振腔腔长。缩短腔长可以使得谐振腔内相邻激光纵模间隔更宽，当保偏多波长窄带光纤光栅的每个反射区间反射带宽窄至一定程度，就能确保每个波长下只有一个激光纵模达到增益阈值，从而使得激光器保持单纵模运转。此外，在室温条件下，由于稀土离子会导致增益均匀展宽，从而引起的各个波长之间模式竞争，导致多波长脉冲激光很难实现稳定输出。因此需要对谐振腔进行温度控制，通过调节谐振腔温度，可以调节不同波长信号光的增益，使得每个波长信号光增益都大于其损耗，从而实现了激光波长的控制。另一方面，采用保偏结构的光路可以使不同波长激光工作在不同偏振态，进而减少增益竞争。基于保偏短直腔结构的多波长单频调Q光纤激光器线宽窄、结构紧凑、输出稳定，有广泛的应用前景。相关的专利有：（1）2014年，中国科学院上海光学精密机械研究所申请了基于电光晶体调谐腔长的种子注入单频脉冲激光器的专利[CN103779776A]，利用电光晶体的电光效应，通过改变驱动电源电压，改变电光晶体折射率和系统光学腔长，形成Q开关，实现单频调Q脉冲激光输出。但该专利非全光纤化，结构复杂，且只能实现单一波长的单频运转，没有实现多波长激光同时输出。（2）2014年，山东理工大学申请了多波长可调谐调Q光纤激光器的专利[公开号：CN104377541A]，利用在拉锥光纤表面覆盖上石墨烯来引起调Q，并且光场在拉锥光纤内产生相位差形成干涉形成多波长激光，从而实现了多波长可调谐调Q激光输出。（3）2016年，中国人民解放军军事医学科学院申请了双通道多波长脉冲激光器的专利[公开号：CN205693132U]，利用空间光路和倍频镜，将双通道脉冲激光耦合到输出光路，实现了双通道多波长脉冲激光输出。但是上述专利（2）和（3）所要求的调Q脉冲激光在每个输出波长激光并未实现单纵模（单频）运转。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种多波长单频调Q光纤激光器。本专利技术利用可饱和吸收体的调Q特性，结合保偏多波长窄带光纤光栅对信号光波长的选择，把可饱和吸收体和保偏多波长窄带光纤光栅分别对接在厘米级高增益光纤两端，构成分布式布拉格短线形腔结构的激光谐振腔。通过温度控制模块对谐振腔进行精确温度控制，并且在泵浦源的泵浦作用下，可以直接从谐振腔中输出高性能的多波长单频调Q光纤激光。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案。一种多波长单频调Q光纤激光器，包括：布拉格激光谐振腔、腔温度控制模块、高增益光纤、保偏波分复用器(WavelengthDivisionMultiplexer，WDM)、泵浦源(LaserDiode，LD)和保偏光隔离器(Isolator，ISO)；所述布拉格激光谐振腔包括高增益光纤、可饱和吸收体和保偏多波长窄带光纤光栅；高增益光纤的两端分别与可饱和吸收体、保偏多波长窄带光纤光栅连接，布拉格激光谐振腔置于谐振腔温度控制模块中进行精确温度控制；保偏波分复用器的泵浦端与泵浦源连接，保偏波分复用器的公共端与保偏多波长窄带光纤光栅连接，保偏波分复用器的信号端与保偏光隔离器的输入端连接。由泵浦源产生泵浦光经由保偏波分复用器的泵浦端输入，再经由保偏多波长窄带光纤光栅耦合到高增益光纤中进行泵浦，在布拉格激光谐振腔中产生多波长单频脉冲激光，保偏波分复用器的信号端与保偏光隔离器的输入端连接，最终布拉格激光谐振腔所产生的多波长单频调Q光纤激光经保偏光隔离器的输出端口输出。进一步优化的，所述的可饱和吸收体的弛豫时间小于20ps，其对每个波长的激光信号光的反射率均大于80%，对泵浦光的反射率小于20%。进一步优化的，所述的高增益光纤为稀土掺杂单模玻璃光纤，高增益光纤的纤芯成分包含有磷酸盐玻璃、锗酸盐玻璃、硅酸盐玻璃、氟化物玻璃中的一种以上，所述高增益光纤的纤芯掺杂高浓度的发光离子，所述发光离子为镧系离子、过渡金属离子中一种或多种的组合体，所述发光离子掺杂浓度大于1×1019ions/cm3,且在其纤芯中是均匀掺杂。进一步优化的，所述的保偏多波长窄带光纤光栅是在保偏光纤上写入两个或以上中心波长不同的布拉格光栅，使得其对激光信号波长有选择性梳状反射。进一步优化的，所述的保偏多波长窄带光纤光栅的每个反射区间的3dB反射带宽均不大于0.08nm；其对激光信号光波长的反射率大于50%。进一步优化的，所述的保偏多波长窄带光纤光栅和高增益光纤之间是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。进一步优化的，所述的谐振腔温度控制模块包括半导体制冷器（ThermoelectricCooler，TEC）谐振腔温度控制模块的控制精度为±0.01°C。与现有技术相比，本专利技术的技术效果是：可以同时利用可饱和吸收体的调Q特性，结合保偏多波长窄带光纤光栅对激光波长的选择，把可饱和吸收体和保偏多波长窄带光纤光栅分别对接在厘米级高增益光纤两端，构成分布式布拉格结构的短线形激光谐振腔，在激光泵浦源的连续激励下，通过谐振腔温度控制模块对谐振腔的工作温度进行精确控制，可以实现在短线形腔中同时实现激光的调Q和多波长激射，此外，由于谐振腔腔长较短且窄带光纤光栅的每个波长的反射带宽较窄，保证了每一个波长激光都是单频运转，可以得到性能稳定的多波长单频调Q脉冲激光输出。该专利技术获得的多波长单频调Q光纤激光器可以实现全光纤化，其结构紧凑、工作性能稳定、易于维护、成本低，是激光雷达、激光遥感、气体探测等系统的理想光源。附图说明图1为本专利技术提供的一种多波长单频调Q光纤激光器的结构示意图。图中：1—可饱和吸收体，2—谐振腔温度控制模块，3—高增益光纤，4—保偏多波长窄带光纤光栅，5—保偏波分复用器，6—泵浦源，7—保偏光隔离器。具体实施方式以下结合附图，通过具体实施例子对本专利技术作进一步描述，需要说明的是本专利技术要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。如图1，本专利技术提供的一种多波长单频调Q光纤激光器，其包括可饱和吸收体1、高增益光纤3、保偏多波长窄带光纤光栅4、谐振腔温度控制模块、泵浦源6、保偏波分复用器5和保偏光隔离器7。各部件之间的结构关系是：高增益光纤3的一端与可饱和吸收体1连接，高增益光纤3的另一端与保偏多波长窄带光纤光栅4的一端连接，三者连接形成分布式布拉格单频激光谐振短腔即布拉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多波长单频调Q光纤激光器，其特征在于，包括：布拉格激光谐振腔、腔温度控制模块（2）、高增益光纤（3）、保偏波分复用器（5）、泵浦源（6）和保偏光隔离器（7）；所述布拉格激光谐振腔包括高增益光纤（3）、可饱和吸收体（1）和保偏多波长窄带光纤光栅（4）；高增益光纤（3）的两端分别与可饱和吸收体（1）、保偏多波长窄带光纤光栅（4）连接，布拉格激光谐振腔置于谐振腔温度控制模块（2）中进行温度控制；保偏波分复用器（5）的泵浦端与泵浦源（6）连接，保偏波分复用器（5）的公共端与保偏多波长窄带光纤光栅（4）连接，保偏波分复用器（5）的信号端与保偏光隔离器（7）的输入端连接。

【技术特征摘要】
1.一种多波长单频调Q光纤激光器，其特征在于，包括：布拉格激光谐振腔、腔温度控制模块（2）、高增益光纤（3）、保偏波分复用器（5）、泵浦源（6）和保偏光隔离器（7）；所述布拉格激光谐振腔包括高增益光纤（3）、可饱和吸收体（1）和保偏多波长窄带光纤光栅（4）；高增益光纤（3）的两端分别与可饱和吸收体（1）、保偏多波长窄带光纤光栅（4）连接，布拉格激光谐振腔置于谐振腔温度控制模块（2）中进行温度控制；保偏波分复用器（5）的泵浦端与泵浦源（6）连接，保偏波分复用器（5）的公共端与保偏多波长窄带光纤光栅（4）连接，保偏波分复用器（5）的信号端与保偏光隔离器（7）的输入端连接。2.如权利要求1所述的一种多波长单频调Q光纤激光器，其特征在于：所述可饱和吸收体（1）的弛豫时间小于20ps，其对每个波长的激光信号光的反射率均大于80%，对泵浦光的反射率小于20%。3.如权利要求1所述的一种多波长单频调Q光纤激光器，其特征在于：所述高增益光纤（3）为稀土掺杂单模玻璃光纤，高增益光纤（3）的纤芯成分包含有磷酸盐玻璃、锗酸盐玻璃、硅酸盐玻璃、氟化物玻璃...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐善辉，李坤仪，杨昌盛，赵齐来，冯洲明，杨中民，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44