一种短直腔结构的多波长单频光纤激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种短直腔结构的多波长单频光纤激光器，所述激光器包括高增益光纤、窄带多波长保偏光纤光栅、宽带光纤光栅、单模半导体泵浦光源、波分复用器、光纤隔离器、半导体光放大器。该光纤激光器以单模半导体激光器产生的输出激光作为泵浦光源，多波长窄带光纤光栅与宽带光纤光栅一起实现激光多个波长的选择。采用保偏的多光栅结构的低反多波长窄带光纤光栅，使多个不同波长的激光在谐振腔中谐振输出，经过波分复用器进行分光滤波，实现在同一激光腔中同时输出多路单频激光。该发明专利技术可在激光雷达应用中扩大扫描范围，大大提升激光雷达的工作效率。同时可用于空间探测、相干光通信、多普勒测风雷达、引力波探测和量子光学等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到激光雷达、光纤传感、相干光谱合束等领域特别是可用于激光雷达系统所应用的光纤激光技术，具体涉及一种结构紧密的短直腔多波长单频光纤激光光源。
技术介绍
激光雷达系统包括一个单束窄带激光器和一个接收系统。激光器产生并发射一束光脉冲，打在物体上并反射回来，最终被接收器所接收。接收器准确地测量光脉冲从发射到被反射回的传播时间。因为光脉冲以光速传播，所以接收器总会在下一个脉冲发出之前收到前一个被反射回的脉冲。鉴于光速是已知的，传播时间即可被转换为对距离的测量。结合激光器的高度，激光扫描角度，从GPS得到的激光器的位置和从INS得到的激光发射方向，就可以准确地计算出每一个地面光斑的坐标X，Y，Z。激光束发射的频率可以从每秒几个脉冲到每秒几万个脉冲。举例而言，一个频率为每秒一万次脉冲的系统，接收器将会在一分钟内记录六十万个点。若能够多个频率同时工作，那么激光雷达的扫描效率将会大大提升。本专利技术申请提出了一种短直腔结构的多波长单频光纤激光器，利用多波长的保偏光栅，在短直腔中实现多波长输出，能够在激光雷达系统中增加单束窄带激光个数，将有效激光扫描范围提升至原来的几倍至几十倍以上。使得激光雷达可以有更广泛的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种短直腔结构的多波长单频光纤激光器，即采用多波长光纤光栅、高增益光纤及宽带光纤光栅相熔合形成短直谐振腔，实现在紧密的结构中实现多波长单频激光输出。本专利技术利用磷酸盐玻璃纤芯材料的高掺杂和高增益特性，制作磷酸盐玻璃单模光纤作为激光介质材料，采用短直腔结构，产生多波长单频激光输出。本专利技术的目的至少通过如下技术方案之一实现。一种短直腔结构的多波长单频光纤激光器，包括一个单模半导体泵浦激光器、波分复用器、宽带光纤光栅、高增益光纤、多波长窄带光纤光栅、光隔离器、半导体光放大器、波分复用器；各部件的结构关系是：波分复用器的公共端与宽带光纤光栅的一端连接，宽带光纤光栅的另一端经高增益光纤和多波长窄带光纤光栅连接，高增益光纤作为激光增益介质，多波长窄带光纤光栅和宽带光纤光栅组成激光腔前后腔镜，单模半导体泵浦激光器产生泵浦光经由光波分复用器的泵浦端输入，经由宽带光纤光栅到高增益光纤的纤芯中，进行纤芯泵浦，谐振腔输出的激光信号经由波分复用器的信号端输出进入光隔离器，从光隔离器输出的激光信号经由半导体光放大器进行噪声抑制以及光性能优化，再经由波分复用器对不同波长的激光信号分光输出。进一步地，在宽带光纤光栅同一段保偏光纤中刻蚀多个光栅，实现多个反射波长；宽带光栅的带宽能够覆盖各个波长，使不同的波长在激光腔中谐振输出，实现多波长输出，在输出波长上包括但包括两个以上波长。进一步地，所述高增益光纤的单位长度增益大于1dB/cm，光纤长度为0.5～10cm。进一步地，所述的宽带光纤光栅、高增益光纤和多波长窄带光纤光栅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的。进一步地，所述的宽带光纤光栅的中心反射波长为激光输出波长，3dB反射谱小于0.1nm，中心波长反射率为2-99%；多波长窄带光纤光栅的3dB反射谱大于0.1nm，且对激光输出信号波长反射率大于90%，对泵浦波长透射率大于90%。如上所述短直腔多波长单频光纤激光器，其特征在于：在同一短直腔中输出多个波长的单纵模激光，如其宽带光纤光栅运用特定工艺在同一段保偏光纤中刻蚀多个光栅，实现多个反射波长，宽带光栅的带宽能够覆盖各个波长，使不同的波长在激光腔中谐振输出，实现多波长输出，在输出波长上包括但不限于两个或者几个波长等。进一步地，如上所述短直腔多波长单频光纤激光器是短直腔结构，其前腔镜是多波长窄带光纤光栅，后腔镜可以是二色镜或宽带光纤光栅，所述宽带光纤光栅是对泵浦光高透，透射率大于90％，而对激励信号波长高反，反射率大于95％，其3dB反射谱宽为0.1nm～10nm。如上所述多波长窄带光纤光栅、高增益光纤和宽带光纤光栅之间可以是通过将相接处的相应端面进行研磨抛光后，实现端对端耦合的。与现有技术相比，本专利技术的技术效果是：可以将厘米量级的高增益光纤作为激光的增益介质，由多波长窄带光纤光栅和宽带光纤光栅组成谐振腔结构的前后腔镜，在单模半导体激光泵浦源的连续激励下，纤芯中的高增益粒子发生反转，产生受激发射的激光信号，在激光腔中谐振的光信号经过纵模选择后得到几个中心频率对应波长的单一纵模激光信号，经半导体光放大器的性能优化后通过波分复用器激射出多个通道对应不同中心频率波长的单频激光。该专利技术可在激光雷达应用中扩大扫描范围，大大提升激光雷达的工作效率。同时可用于空间探测、相干光通信、多普勒测风雷达、引力波探测和量子光学等领域。附图说明图1为本专利技术单频光纤激光器原理示意图。具体实施方式下面结合附图和具体例子对本专利技术的具体实施方式作进一步描述，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所示，一种短直腔多波长单频光纤激光器，包括一个单模半导体泵浦激光器5、波分复用器4、宽带光纤光栅3、高增益光纤2、多波长窄带光纤光栅1、光隔离器6、半导体光放大器7、波分复用器8；各部件的结构关系是：波分复用器4的公共端与宽带光纤光栅3的一端连接，宽带光纤光栅3的另一端经高增益光纤2和多波长窄带光纤光栅1连接，高增益光纤2作为激光增益介质，宽带光纤光栅3和多波长窄带光纤光栅1组成激光腔前后腔镜，单模半导体泵浦激光器5产生泵浦光经由光波分复用器4的泵浦端输入，经由宽带光纤光栅3到高增益光纤2的纤芯中，进行纤芯泵浦，谐振腔输出的激光信号经由波分复用器4的信号端输出进入光隔离器6，从光隔离器6输出的激光信号经由半导体光放大器7进行噪声抑制以及光性能优化，再经由波分复用器8对不同波长的激光信号分光输出。该光纤激光器以单模半导体激光器产生的输出激光作为泵浦光源，多波长窄带光纤光栅与宽带光纤光栅一起实现激光多个波长的选择。采用保偏的多光栅结构的低反多波长窄带光纤光栅，使多个不同波长的激光在谐振腔中谐振输出，经过波分复用器进行分光滤波，实现在同一激光腔中同时输出多路单频激光。实施例1本例的多波长窄带光纤光栅1中心反射波长为激光输出中心波长1550nm，3dB反射谱宽为2nm，本例中心波长反射率大于99.95％。宽带光纤光栅3耦合输出光栅的中心反射波长为激光输出波长1549.57nm、1549.94nm、1550.21nm、1550.62nm，每个波长的对应3dB反射谱宽为0.1nm，中心波长反射率为10～95%，本例中心波长射率为60％。多波长窄带光纤光栅1和宽带光纤光栅3成一个多波长谐振的功能模块。其中，多波长窄带光纤光栅1和高增益光纤2用熔接或端面对接方式连接；高增益光纤2和宽带光纤光栅3间采用光纤端面研磨抛光与腔镜紧密对接方式连接。泵浦方式采用后向泵浦，由单模半导体泵浦激光器5产生泵浦光经由光波分复用器4的泵浦端输入，经由宽带光纤光栅3到高增益光纤2的纤芯中，进行纤芯泵浦。泵浦光不断抽运纤芯中的增益粒子，使其达到粒子数反转，受激发射产生激光信号。反射波长对应的光信号在谐振腔中谐振产生波长为1549.57nm、1549.94nm、1550.21nm及1550.62nm的单频激光信号。激光信号经由光波分复用器4从本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种短直腔结构的多波长单频光纤激光器，其特征在于包括一个单模半导体泵浦激光器（5）、波分复用器（4）、宽带光纤光栅（3）、高增益光纤（2）、多波长窄带光纤光栅（1）、光隔离器（6）、半导体光放大器（7）、波分复用器（8）；各部件的结构关系是：波分复用器（4）的公共端与宽带光纤光栅（3）的一端连接，宽带光纤光栅（3）的另一端经高增益光纤（2）和多波长窄带光纤光栅（1）连接，高增益光纤（2）作为激光增益介质，多波长窄带光纤光栅（1）和宽带光纤光栅（3）组成激光腔前后腔镜，单模半导体泵浦激光器（5）产生泵浦光经由光波分复用器（4）的泵浦端输入，经由宽带光纤光栅（3）到高增益光纤（2）的纤芯中，进行纤芯泵浦，谐振腔输出的激光信号经由波分复用器（4）的信号端输出进入光隔离器（6），从光隔离器（6）输出的激光信号经由半导体光放大器（7）进行噪声抑制以及光性能优化，再经由波分复用器（8）对不同波长的激光信号分光输出。

【技术特征摘要】
1.一种短直腔结构的多波长单频光纤激光器，其特征在于包括一个单模半导体泵浦激光器（5）、波分复用器（4）、宽带光纤光栅（3）、高增益光纤（2）、多波长窄带光纤光栅（1）、光隔离器（6）、半导体光放大器（7）、波分复用器（8）；各部件的结构关系是：波分复用器（4）的公共端与宽带光纤光栅（3）的一端连接，宽带光纤光栅（3）的另一端经高增益光纤（2）和多波长窄带光纤光栅（1）连接，高增益光纤（2）作为激光增益介质，多波长窄带光纤光栅（1）和宽带光纤光栅（3）组成激光腔前后腔镜，单模半导体泵浦激光器（5）产生泵浦光经由光波分复用器（4）的泵浦端输入，经由宽带光纤光栅（3）到高增益光纤（2）的纤芯中，进行纤芯泵浦，谐振腔输出的激光信号经由波分复用器（4）的信号端输出进入光隔离器（6），从光隔离器（6）输出的激光信号经由半导体光放大器（7）进行噪声抑制以及光性能优化，再经由波分复用器（8）对不同波长的激光信号分光输出。2.根据权利要求1所述的短直腔结构多波长单频光纤激...

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