高精度可调谐全光纤单频激光器制造技术

本发明专利技术涉及光纤激光技术领域，具体的说是一种高精度可调谐全光纤单频激光器，其特征在于所述激光谐振腔设有同轴线排列的第一石英管段、第二石英管段以及第三石英管段，其中第一石英管段与第二石英管段之间设有第一PZT压电陶瓷环，第二石英管段与第三石英管段之间设置第二PZT压电陶瓷环，所述第一石英管段内设置宽带光纤光栅，所述第三石英管段内设置窄带光栅，且窄带光栅的另一端穿过第二PZT压电陶瓷环伸入第二石英管段内，增益光纤穿过第一PZT压电陶瓷环，且一端伸入第一石英管段与宽带光纤光栅熔接，另一端伸入第二石英管段内并与窄带光纤光栅熔接；所述激光谐振腔固定在温控电路模块上。

【技术实现步骤摘要】
高精度可调谐全光纤单频激光器
：本专利技术涉及光纤激光
，具体的说是一种高精度可调谐全光纤单频激光器。
技术介绍
：单频光纤激光器也被称为单纵模光纤激光器、超窄线宽光纤激光器，由于其谐振腔内只有一个纵模可以发生振荡，所以相对于普通激光器来说，它具有极低的线宽，因而相干长度超长。此外，单频光纤激光器还具有成本低、结构紧凑、光束质量好、噪声低等优点，在激光雷达、激光测距、光纤传感、医疗、光谱学等领域具有广泛的应用及良好的前景。目前常见的单频光纤激光器一般具有线型腔、环形腔或复合腔结构，通过控制谐振腔的应力、温度参数来实现中心波长的调谐。但是由于温度无法实现高精度控制，而且谐振腔固定结构多用金属材料制作，金属导热性好且有一定的延展性，使其受环境温度影响较大并且调谐可重复性不好，调谐精度较低。
技术实现思路
：本专利技术针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种高精度可调谐全光纤单频激光器。本专利技术可以通过以下措施达到：一种高精度可调谐全光纤单频激光器，设有激光谐振腔，其特征在于所述激光谐振腔设有同轴线排列的第一石英管段、第二石英管段以及第三石英管段，其中第一石英管段与第二石英管段之间设有第一PZT压电陶瓷环，第二石英管段与第三石英管段之间设置第二PZT压电陶瓷环，所述第一石英管段内设置宽带光纤光栅，所述第三石英管段内设置窄带光栅，且窄带光栅的另一端穿过第二PZT压电陶瓷环伸入第二石英管段内，增益光纤穿过第一PZT压电陶瓷环，且一端伸入第一石英管段与宽带光纤光栅熔接，另一端伸入第二石英管段内并与窄带光纤光栅熔接；所述激光谐振腔固定在温控电路模块上，温控电路模块采用TEC半导体制冷模块，且设有多晶莫来石硅酸铝陶瓷纤维板作为隔热板。本专利技术温控电路模块内部采用高导热硅胶片对谐振腔固定结构周围的空间进行填充，确保谐振腔固定结构的温度均衡本专利技术所述窄带光纤光栅的输出端与波分复用器WDM的c端熔接，波分复用器WDM的a端与半导体激光器熔接，所述半导体激光器采用980nm泵浦LD，波分复用器WDM的b端熔接1550nm隔离器的输入端，隔离器的输出端即输出激光信号。本专利技术所述石英管的外径均采用8.3mm，内径为3mm，PZT陶瓷环的外径为8.3mm，内径为3mm，驱动电压范围为0-150V，最大自由行程为2.6μm。本专利技术所述宽带光纤光栅反射率大于99.9％，中心波长1550.1±0.04nm，-3dB带宽0.4±0.05nm，长度18～20mm，光栅悬空的一头光纤末端切8°斜面；宽带光纤光栅与高吸收系数增益光纤熔接，增益光纤吸收系数大于1dB/cm，长度10～20mm；增益光纤另一端与窄带光纤光栅熔接，窄带光纤光栅反射率55±5％，中心波长1550.1±0.04nm，-3dB带宽0.05±0.01nm，长度18～20mm。本专利技术通过采用石英材料作为谐振腔的固定结构，利用石英的导热能力比金属差，热膨胀系数极小，可有效缓和外界环境温度的变化，减少环境对谐振腔的影响，使谐振腔的温度最大程度上受温控电路模块的控制；此外石英的杨氏模量较大，在拉伸光纤时自身形变极小，所以可将PZT压电陶瓷环的伸缩量最大程度地加在光纤上，调谐精度高，并且长期稳定性较好，所以可重复性高。本专利技术通过使用两个环形PZT压电陶瓷，一个控制窄带光纤光栅，改变光栅长度可以移动其中心波长；一个控制增益光纤，改变增益光纤长度可以改变谐振腔长，进而改变纵模间隔，从而可以在一定范围内实现激光频率的高精度调谐；温控电路模块外部采用多晶莫来石硅酸铝陶瓷纤维板作为隔热材料，可有效隔绝外部环境温度变化；模块内部采用高导热硅胶片对谐振腔固定结构周围的空间进行填充，确保谐振腔固定结构的温度均衡；TEC通过高精度的驱动芯片控制，将温度差值转化为温度调节功率值进行精确微调，避免温度振荡。附图说明：附图1是本专利技术的结构示意图。附图标记：宽带光纤光栅1，窄带光纤光栅2，高吸收系数增益光纤3，第一石英管段4、第二石英管段5、第三石英管段6，第一PZT压电陶瓷环7、第二PZT压电陶瓷环8，半导体激光器9、波分复用器WDM10、隔离器11、温控电路模块12。具体实施方式：下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。如图1所示，本专利技术提出了一种高精度可调谐全光纤单频激光器，包括宽带光纤光栅1，窄带光纤光栅2，高吸收系数增益光纤3，第一石英管段4、第二石英管段5、第三石英管段6，第一PZT压电陶瓷环7、第二PZT压电陶瓷环8，半导体激光器9，波分复用器WDM10，隔离器11，温控电路模块12。本专利技术中，宽带光纤光栅1反射率大于99.9％，中心波长1550.1±0.04nm，-3dB带宽0.4±0.05nm，长度18～20mm，光栅悬空的一头光纤末端切8°斜面；宽带光纤光栅1与高吸收系数增益光纤3熔接，增益光纤3吸收系数大于1dB/cm，长度10～20mm。增益光纤另一端与窄带光纤光栅熔接，窄带光纤光栅反射率55±5％，中心波长1550.1±0.04nm，-3dB带宽0.05±0.01nm，长度18～20mm。三个石英管通过两个环形PZT压电陶瓷环用胶粘在一起，并保持同轴心；激光谐振腔穿过石英管和PZT压电陶瓷环的中心圆孔，窄带光纤光栅两侧端点用紫外胶固定在石英管内，增益光纤3靠近宽带光纤光栅的一侧端点用紫外胶固定在石英管内；石英管的外径为8.3mm，内径为3mm。PZT压电陶瓷环的外径为8.3mm，内径为3mm，驱动电压范围0～150V，最大自由行程2.6μm。窄带光纤光栅输出端与WDM的c端熔接，WDM的a端熔接980nm泵浦LD，WDM的b端熔接1550nm隔离器的输入端，隔离器的输出端即输出激光。整个石英管和PZT压电陶瓷环组成的固定结构固定在温控电路模块12上。温控电路模块12采用多晶莫来石硅酸铝陶瓷纤维板作为隔热材料，导热系数0.085W/m·K；模块内部使用高导热硅胶片对谐振腔固定结构周围的空间进行填充，导热系数12W/m·K；模块采用超小尺寸的TEC半导体制冷模块，通过高精度的驱动芯片控制TEC工作，将温度差值转化为温度调节功率值，实现温度的精确微调；该温控电路模块可在-50℃～70℃的环境中将模块内部恒温到25℃，温度精确到0.1℃。本专利技术在使用时，980nm泵浦LD发出泵浦光，经波分复用器WDM后入射到谐振腔内，谐振腔内产生激光振荡并经过窄带光纤光栅、WDM和隔离器后输出。温控电路模块在电路的控制之下将谐振腔温度稳定在预设值，使输出的激光保持波长稳定。此时通过调节加在PZT压电陶瓷8的电压即可对输出激光从某一起始波长进行调谐。在调谐过程中，也可以适当调节PZT压电陶瓷7，通过改变腔长进而改变纵模间隔，使输出激光从另一起始波长进行调谐。本专利技术通过采用石英材料作为谐振腔的固定结构，利用石英的导热能力比金属差，热膨胀系数极小，可有效缓和外界环境温度的变化，减少环境对谐振腔的影响，使谐振腔的温度最大程度上受温控电路模块的控制；此外石英本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高精度可调谐全光纤单频激光器，设有激光谐振腔，其特征在于所述激光谐振腔设有同轴线排列的第一石英管段、第二石英管段以及第三石英管段，其中第一石英管段与第二石英管段之间设有第一PZT压电陶瓷环，第二石英管段与第三石英管段之间设置第二PZT压电陶瓷环，所述第一石英管段内设置宽带光纤光栅，所述第三石英管段内设置窄带光栅，且窄带光栅的另一端穿过第二PZT压电陶瓷环伸入第二石英管段内，增益光纤穿过第一PZT压电陶瓷环，且一端伸入第一石英管段与宽带光纤光栅熔接，另一端伸入第二石英管段内并与窄带光纤光栅熔接；所述激光谐振腔固定在温控电路模块上，温控电路模块采用TEC半导体制冷模块，且设有多晶莫来石硅酸铝陶瓷纤维板作为隔热板。/n

【技术特征摘要】
1.一种高精度可调谐全光纤单频激光器，设有激光谐振腔，其特征在于所述激光谐振腔设有同轴线排列的第一石英管段、第二石英管段以及第三石英管段，其中第一石英管段与第二石英管段之间设有第一PZT压电陶瓷环，第二石英管段与第三石英管段之间设置第二PZT压电陶瓷环，所述第一石英管段内设置宽带光纤光栅，所述第三石英管段内设置窄带光栅，且窄带光栅的另一端穿过第二PZT压电陶瓷环伸入第二石英管段内，增益光纤穿过第一PZT压电陶瓷环，且一端伸入第一石英管段与宽带光纤光栅熔接，另一端伸入第二石英管段内并与窄带光纤光栅熔接；所述激光谐振腔固定在温控电路模块上，温控电路模块采用TEC半导体制冷模块，且设有多晶莫来石硅酸铝陶瓷纤维板作为隔热板。


2.根据权利要求1所述的一种高精度可调谐全光纤单频激光器，其特征在于温控电路模块内部采用高导热硅胶片对谐振腔固定结构周围的空间进行填充。


3.根据权利要求1所述的一种高精度可调谐全光纤单频激光器，其特征在于所述窄带光纤光栅的输出端与波分复用器WDM...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永行，时庆安，乔聚华，
申请(专利权)人：威海北洋光电信息技术股份公司，
类型：发明
国别省市：山东;37