一种短直腔单偏振单纵模光纤激光器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种短直腔单偏振单纵模光纤激光器及其制备方法，包括：有源光纤上刻写有第一光纤布拉格光栅和第二光纤布拉格光栅，第一光纤布拉格光栅用于形成高反腔镜，第二光纤布拉格光栅用于形成输出腔镜；有源光纤刻写有第二光纤布拉格光栅的一端与波分复用器的公共端相连接；第一光纤布拉格光栅的慢(快)轴与第二光纤布拉格光栅的快(慢)轴平行且对应于同一偏振模，第一光纤布拉格光栅的慢轴对应的布拉格反射峰波长与第二光纤布拉格光栅的快轴对应的布拉格反射峰波长相等，偏振与其正交方向的布拉格波长反射峰分离。本发明专利技术能够在有源光纤上利用飞秒激光相位掩模法直接制作短直腔单偏振单纵模光纤激光器。

A short straight cavity single polarization single longitudinal mode fiber laser and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种短直腔单偏振单纵模光纤激光器及其制备方法
本专利技术属于光纤光学和光纤激光器
，特别涉及一种短直腔单偏振单纵模光纤激光器及其制备方法。
技术介绍
单纵模光纤激光器具有稳定性好、光束质量好、阈值低、效率高等优点，在光纤传感、光纤通信、激光测距等领域中具有广泛的应用。在各种单纵模光纤激光器方案中，采用超短线型腔(超短直腔)的光纤激光器具有体积小、集成度高的优点。为了获得单纵模输出，必须采用尽可能短的腔长。除了窄线宽，很多应用比如非线性混频、相干合束中还需要激光是单偏振的。通常短直腔单偏振光纤激光器采用保偏有源光纤作为增益介质，高反腔镜和低反腔镜采用保偏光纤布拉格光栅与非保偏的宽带光纤布拉格光栅组合或者一对保偏光纤布拉格光栅组合。由于保偏光纤布拉格光栅具有两个偏振相互正交的两个反射峰，通过光纤布拉格光栅参数选择使得两个光栅中只有一对布拉格反射峰可以重合，从而实现单偏振输出。由于光纤布拉格光栅很难在有源光纤上制备，往往是在无源的保偏光纤上刻写布拉格光栅，然后再与有源光纤熔接构成保偏光纤激光器。由于其中必然包含部分无源光纤，实际增加了激光器的腔长，减小了激光器的增益。此外保偏光纤相对于无源光纤不仅价格高，且在熔接的时候还需要考虑方向性，增加了制作的难度。近年来，采用飞秒激光可以直接在有源光纤上刻写光纤布拉格光栅制备激光器，避免了熔接以及腔中的无源部分。飞秒激光刻写光纤布拉格光栅包括直写法和相位掩模板法，其中飞秒激光结合相位掩模板光纤布拉格光栅刻写方法具有重复性好、精度高的优点，很适合光纤布拉格光栅的批量制备。但是由于飞秒激光相位掩模板法刻写的光纤布拉格光栅双折射特性弱，两个正交偏振相应的布拉格反射峰波长差很小，很难通过波长选择匹配的方法在非保偏光纤上实现单偏振的光纤激光器。综上亟需一种新的短直腔单偏振单纵模光纤激光器及其制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种短直腔单偏振单纵模光纤激光器及其制备方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本专利技术的制备方法，能够在有源光纤上利用飞秒激光相位掩模法直接制作短直腔单偏振单纵模光纤激光器。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的一种短直腔单偏振单纵模光纤激光器，包括：波分复用器、激光泵浦源、光隔离器和有源光纤，所述有源光纤上刻写有第一光纤布拉格光栅和第二光纤布拉格光栅，所述第一光纤布拉格光栅用于形成高反腔镜，所述第二光纤布拉格光栅用于形成输出腔镜；所述有源光纤刻写有第二光纤布拉格光栅的一端与所述波分复用器的公共端相连接；其中，所述第一光纤布拉格光栅的快轴与所述第二光纤布拉格光栅的慢轴平行，对应于光纤中传输光的同一偏振态；所述第一光纤布拉格光栅的慢轴与所述第二光纤布拉格光栅的快轴平行，对应于与前述偏振态相正交的另一偏振态；所述第一光纤布拉格光栅慢轴对应的布拉格反射峰波长与第二光纤布拉格光栅的快轴对应的布拉格反射峰波长相等，从而所述第一光纤布拉格光栅的快轴对应的布拉格反射峰波长与第二光纤布拉格光栅的慢轴对应的布拉格反射峰波长分离。本专利技术的进一步改进在于，所述波分复用器的泵浦端通过无源光纤与所述激光泵浦源相连接，所述波分复用器的激光端与所述光隔离器相连接，所述波分复用器的公共端通过无源光纤与所述有源光纤刻写有第二光纤布拉格光栅的一端相连接。本专利技术的进一步改进在于，所述第一光纤布拉格光栅的反射率≥99％；所述第二光纤布拉格光栅的反射率≥95％。本专利技术的进一步改进在于，所述有源光纤为非保偏有源光纤。本专利技术一种短直腔单偏振单纵模光纤激光器的制备方法，包括以下步骤：步骤1，利用飞秒激光在有源光纤纤芯刻写第一光纤布拉格光栅，形成光纤激光器的高反腔镜；步骤2，将步骤1处理后的有源光纤旋转90°，拉伸有源光纤使第一光纤布拉格光栅的布拉格反射峰波长向长波方向偏移预设量后固定；步骤3，将用于刻写的飞秒激光对准光纤激光器预设输出腔镜位置，利用飞秒激光过度曝光刻写出第二光纤布拉格光栅，形成输出腔镜；所述有源光纤输出腔镜端用于与波分复用器公共端连接形成光纤激光器；其中，高反腔镜、输出腔镜及两腔镜中间的有源光纤形成谐振腔；所述第一光纤布拉格光栅的快轴与所述第二光纤布拉格光栅的慢轴平行，对应于光纤中同一个偏振模式A；所述第一光纤布拉格光栅的慢轴与所述第二光纤布拉格光栅的快轴平行，对应于光纤中同一个偏振模式B；偏振模式B与偏振模式A正交；所述第一光纤布拉格光栅的慢轴对应的布拉格反射峰波长分别与第二光纤布拉格光栅的快轴对应的布拉格反射峰波长相等，从而所述第一光纤布拉格光栅的快轴对应的布拉格反射峰波长与第二光纤布拉格光栅的慢轴对应的布拉格反射峰波长分离。本专利技术的进一步改进在于，还包括：步骤4，将有源光纤输出腔镜端尾纤与波分复用器的公共端连接，将波分复用器的泵浦端与激光泵浦源相连接，将波分复用器的激光端连接光隔离器，形成光纤激光器。本专利技术的进一步改进在于，所述第一光纤布拉格光栅的曝光时间为20～50s，反射率≥99％；所述第一光纤布拉格光栅的快轴和慢轴对应的布拉格反射峰波长差为0.06～0.08nm；所述第二光纤布拉格光栅的曝光时间为120～300s，反射率≥95％，快轴和慢轴对应的布拉格反射峰波长差为0.2～0.3nm。本专利技术的进一步改进在于，所述飞秒激光的功率为600mW～1000mW，重复频率1kHz，波长800nm；所述飞秒激光为线偏振光，偏振方向平行于有源光纤轴。本专利技术的一种短直腔单偏振单纵模光纤激光器的制备方法，包括以下步骤：步骤1中，将有源光纤预设位置处长度为1～2cm的涂覆层去除，利用飞秒激光在去除涂覆层的有源光纤纤芯刻写第一光纤布拉格光栅，形成光纤激光器的高反腔镜；步骤2中，通过三维压电纳米位移台上的可旋转光纤夹具将有源光纤旋转90°，通过拉力调节位移台拉伸使第一光纤布拉格光栅共振波长偏移到所需要的预设波长，然后固定；步骤3中，通过三维宏动位移台将有源光纤平移腔长预设距离，使飞秒激光焦点对准待刻写输出腔镜位置；利用飞秒激光在有源光纤上通过过度曝光刻写第二光纤布拉格光栅，直至第二光纤布拉格光栅反射率达到所需要的值，完成低反射率输出光纤布拉格光栅的刻写；步骤4，将第二光纤布拉格光栅端有源光纤尾纤与波分复用器公用端熔接，波分复用器泵浦端连接激光泵浦源尾纤，波分复用器激光端连接光隔离器，形成光纤激光器；其中，所述第一光纤布拉格光栅的快轴与所述第二光纤布拉格光栅的慢轴平行，对应于光纤中传输光的同一偏振态A；所述第一光纤布拉格光栅的慢轴与所述第二光纤布拉格光栅的快轴平行，对应于光纤中传输光的同一偏振态B；偏振模式B与偏振模式A正交；所述第一光纤布拉格光栅的慢轴对应的布拉格反射峰波长与第二光纤布拉格光栅的快轴对应的布拉格反射峰波长相等；所述第一光纤布拉格光栅的快轴对应的布拉格反射峰波长与第二光纤布拉格光栅的慢轴对应的布拉格反射峰波长分离。所述第一光纤布拉格光栅的曝光时间为20～50s，反射率≥99％；所述第一光纤布拉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种短直腔单偏振单纵模光纤激光器，包括：波分复用器(6)、激光泵浦源(1)、光隔离器(7)和有源光纤(3)，其特征在于，所述有源光纤(3)上刻写有第一光纤布拉格光栅(4)和第二光纤布拉格光栅(5)，所述第一光纤布拉格光栅(4)用于形成高反腔镜，所述第二光纤布拉格光栅(5)用于形成输出腔镜；所述有源光纤(3)刻写有第二光纤布拉格光栅(5)的一端与所述波分复用器(6)的公共端相连接；/n其中，所述第一光纤布拉格光栅(4)的快轴与所述第二光纤布拉格光栅(5)的慢轴平行，对应于光纤中同一个偏振模式A；所述第一光纤布拉格光栅(4)的慢轴与所述第二光纤布拉格光栅(5)的快轴平行，对应于光纤中同一个偏振模式B；偏振模式B与偏振模式A正交；/n所述第一光纤布拉格光栅(4)的慢轴对应的布拉格反射峰波长与第二光纤布拉格光栅(5)的快轴对应的布拉格反射峰波长相等；所述第一光纤布拉格光栅(4)的快轴对应的布拉格反射峰波长与所述第二光纤布拉格光栅(5)的慢轴对应的布拉格反射峰波长分离。/n

【技术特征摘要】
1.一种短直腔单偏振单纵模光纤激光器，包括：波分复用器(6)、激光泵浦源(1)、光隔离器(7)和有源光纤(3)，其特征在于，所述有源光纤(3)上刻写有第一光纤布拉格光栅(4)和第二光纤布拉格光栅(5)，所述第一光纤布拉格光栅(4)用于形成高反腔镜，所述第二光纤布拉格光栅(5)用于形成输出腔镜；所述有源光纤(3)刻写有第二光纤布拉格光栅(5)的一端与所述波分复用器(6)的公共端相连接；
其中，所述第一光纤布拉格光栅(4)的快轴与所述第二光纤布拉格光栅(5)的慢轴平行，对应于光纤中同一个偏振模式A；所述第一光纤布拉格光栅(4)的慢轴与所述第二光纤布拉格光栅(5)的快轴平行，对应于光纤中同一个偏振模式B；偏振模式B与偏振模式A正交；
所述第一光纤布拉格光栅(4)的慢轴对应的布拉格反射峰波长与第二光纤布拉格光栅(5)的快轴对应的布拉格反射峰波长相等；所述第一光纤布拉格光栅(4)的快轴对应的布拉格反射峰波长与所述第二光纤布拉格光栅(5)的慢轴对应的布拉格反射峰波长分离。


2.根据权利要求1所述的一种短直腔单偏振单纵模光纤激光器，其特征在于，所述波分复用器(6)的泵浦端通过无源光纤(2)与所述激光泵浦源(1)相连接，所述波分复用器(6)的激光端与所述光隔离器(7)相连接，所述波分复用器(6)的公共端通过无源光纤(2)与所述有源光纤(3)刻写有第二光纤布拉格光栅(5)的一端相连接。


3.根据权利要求1所述的一种短直腔单偏振单纵模光纤激光器，其特征在于，所述第一光纤布拉格光栅(4)的反射率≥99％；所述第二光纤布拉格光栅(5)的反射率≥95％。


4.根据权利要求1所述的一种短直腔单偏振单纵模光纤激光器，其特征在于，所述有源光纤(3)为非保偏有源光纤。


5.一种短直腔单偏振单纵模光纤激光器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，利用飞秒激光(11)在有源光纤(3)纤芯刻写第一光纤布拉格光栅(4)，形成光纤激光器的高反腔镜；
步骤2，将步骤1处理后的有源光纤(3)旋转90°，拉伸有源光纤(3)使第一光纤布拉格光栅(4)的布拉格反射峰波长向长波方向偏移预设量后固定；
步骤3，将用于刻写的飞秒激光(11)对准光纤激光器预设输出腔镜位置，利用飞秒激光(11)过度曝光刻写出第二光纤布拉格光栅(5)，形成输出腔镜；所述有源光纤(3)输出腔镜端用于与波分复用器(6)公共端连接形成光纤激光器；
其中，高反腔镜、输出腔镜及两腔镜中间的有源光纤(3)形成谐振腔；所述第一光纤布拉格光栅(4)的快轴与所述第二光纤布拉格光栅(5)的慢轴平行，对应于光纤中同一个偏振模式A；所述第一光纤布拉格光栅(4)的慢轴与所述第二光纤布拉格光栅(5)的快轴平行，对应于光纤中同一个偏振模式B；偏振模式B与偏振模式A正交；所述第一光纤布拉格光栅(4)的慢轴对应的布拉格反射峰波长与第二光纤布拉格光栅(5)的快轴对应的布拉格反射峰波长相等，所述第一光纤布拉格光栅(4)的快轴对应的布拉格反射峰波长与第二光纤布拉格光栅(5)的慢轴对应的布拉格反射峰波长分离。


6.根据权利要求5所述的一种短直腔单偏振单纵模光纤激光器的制备方法，其特征在于，还包括：
步骤4，将有源光纤(3)输出腔镜端尾纤与波分复用器(6)的公共端连接，将波分复用器(6)的泵浦端与激光泵浦源(1)相连接，将波分复用器(6)的激光端连接光隔离器(7)，形成光纤激光器。

【专利技术属性】
技术研发人员：陈涛，司金海，范春松，齐彩静，侯洵，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61