一种高重频1.55μm全光纤脉冲激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种高重频1.55μm全光纤脉冲激光器，属于光纤激光技术领域，能够解决现有1.5μm激光器和放大器存在的功率受限、体积庞大和价格昂贵的问题。所述光纤脉冲激光器包括：掺Er连续激光器、第一波分复用器、可饱和吸收体、第一耦合器和第一隔离器；第一波分复用器、可饱和吸收体、第一耦合器和第一隔离器沿顺时针方向依次连接，构成掺Er连续激光器腔外的环形腔；第一波分复用器用于将Er激光耦合并禁锢在环形腔中，以进行脉冲调制；可饱和吸收体用于对1.5μm波段Er激光进行可饱和吸收调制；第一耦合器用于将1.5μm脉冲激光耦合输出；第一隔离器用于控制1.5μm Er激光沿顺时针方向单向传输。本发明专利技术用于制作1.55μm全光纤脉冲激光器。

【技术实现步骤摘要】
一种高重频1.55μm全光纤脉冲激光器
本专利技术涉及一种高重频1.55μm全光纤脉冲激光器，属于光纤激光

技术介绍
人眼安全的1.5μm波段是应用于无人驾驶领域激光雷达的主要发射和接收波段。为实现更远距离道路障碍物的高速高精成像，对1.55μm光源提出了严格的要求：重复频率＞500kHz，脉冲宽度＜5ns，平均功率＞1W。实现高重频窄脉宽1.5μm激光的主要方法有：半导体激光器，掺铒(Er)光纤激光器及全固态掺Er激光器(此处的掺Er激光器也包含以镱(Yb)离子作为敏化离子的Er-Yb共掺激光器)。但是，1.5μm半导体激光器的脉冲能量、峰值功率受限，导致可探测距离远低于实际应用需求；全固态掺Er激光器的平均输出功率受限于严重的热透镜效应，必须配备额外的冷却控温装置，这样使得达到所需性能指标时激光器的体积庞大、难以小型化。相比之下，掺铒光纤激光器及放大器具有低热效应，无需额外冷却，具有紧凑的全光纤结构，成为目前高性能激光雷达的首选光源，主要为克服了掺Er光纤激光器的小输出功率，对掺Er激光器或半导体激光器进行放大的主振荡器功率放大器MOPA结构。然而，市场上广泛应用的掺Er光纤放大器需要通过1级甚至2级放大来达到所需的功率和能量要求，这一级联放大结构增加了系统的尺寸，制作过程复杂，价格昂贵。
技术实现思路
本专利技术提供了一种高重频1.55μm全光纤脉冲激光器，能够解决现有1.5μm激光器和放大器存在的功率受限、体积庞大和价格昂贵的问题。本专利技术提供了一种高重频1.55μm全光纤脉冲激光器，包括：掺Er连续激光器、第一波分复用器、可饱和吸收体、第一耦合器和第一隔离器；所述第一波分复用器的第一输入端口与所述掺Er连续激光器连接；所述第一波分复用器的输出端口与所述可饱和吸收体、所述第一耦合器的输入端口连接；所述第一耦合器的第一输出端口与所述第一隔离器的输入端口连接；所述第一隔离器的输出端口与所述第一波分复用器的第二输入端口连接；所述第一波分复用器、所述可饱和吸收体、所述第一耦合器和所述第一隔离器沿顺时针方向依次连接，构成所述掺Er连续激光器腔外的环形腔；所述掺Er连续激光器用于输出Er激光；所述第一波分复用器用于将所述Er激光耦合进所述环形腔中，并将所述Er激光禁锢在所述环形腔中，以进行脉冲调制；所述可饱和吸收体用于对1.5μm波段Er激光进行可饱和吸收调制；所述第一耦合器用于将1.5μm脉冲激光耦合输出；所述第一隔离器用于控制1.5μmEr激光沿顺时针方向单向传输。可选的，还包括第二波分复用器；所述第二波分复用器的输入端口与所述第一耦合器的第二输出端口连接；所述第二波分复用器用于过滤出1.5μm脉冲激光。可选的，所述掺Er连续激光器包括：半导体泵浦模块，以及依次设置在所述半导体泵浦模块出射光路上的合束器、高反光纤光栅、掺Er光纤和低反光纤光栅；所述半导体泵浦模块、所述合束器、所述高反光纤光栅、所述掺Er光纤和所述低反光纤光栅依次连接形成线型腔形式；所述半导体泵浦模块用于输出910nm或976nm的激光束；所述合束器用于将所述激光束注入所述掺Er连续激光器的谐振腔内；所述高反光纤光栅为在1550nm波段的反射率大于或等于99％的光纤布拉格光栅；所述掺Er光纤用于传输所述激光束并提供增益；所述低反光纤光栅为在1550nm波段的反射率小于或等于10％的光纤布拉格光栅。可选的，所述掺Er连续激光器包括：半导体泵浦模块，以及依次设置在所述半导体泵浦模块出射光路上的合束器、掺Er光纤、第二耦合器和第二隔离器；所述半导体泵浦模块与所述合束器连接；所述合束器、所述掺Er光纤、所述第二耦合器和所述第二隔离器依次连接形成环型腔形式；所述半导体泵浦模块用于输出910nm或976nm的激光束；所述合束器用于将所述激光束注入所述掺Er连续激光器的谐振腔内；所述掺Er光纤用于传输所述激光束并提供增益；所述第二耦合器工作在1.5μm波段，用于耦合输出连续激光束；所述第二隔离器工作在1.5μm波段，用于控制所述激光束单向传输。可选的，所述半导体泵浦模块为多模光纤耦合半导体激光器。可选的，所述掺Er光纤为掺Er双包层光纤或Yb-Er共掺的双包层光纤。可选的，所述掺Er连续激光器为Yb-Er共掺连续激光器。可选的，所述第一波分复用器和所述第二波分复用器的工作波段为1550nm或2000nm。可选的，所述可饱和吸收体为半导体可饱和吸收体、稀土离子掺杂光纤、基于过渡金属离子掺杂的二六族化合物、基于二维材料的石墨烯、碳纳米管或拓扑绝缘体、过渡金属二硫化物或二硒化物、金纳米棒、PbS量子点和黑鳞中的任意一种或几种。可选的，所述第一耦合器和/或所述第二耦合器的第一输出端口与第二输出端口的输出功率比为50∶50、80∶20或90∶10。可选的，所述第一耦合器和/或所述第二耦合器为全光纤耦合器。可选的，所述第一隔离器和/或所述第二隔离器为在线光纤隔离器。本专利技术能产生的有益效果包括：(1)本专利技术提供的高重频1.55μm全光纤脉冲激光器，通过构建掺Er连续激光器的腔外环形腔，对连续Er激光进行脉冲调制，直接实现瓦级的高重频1.5μm脉冲激光输出，脉冲宽度在5ns以内，能够满足车载激光雷达的基本应用要求。(2)本专利技术提供的高重频1.55μm全光纤脉冲激光器，采用全光纤结构，相对于现有Er光纤激光放大系统的级联放大机制，具有经济、结构紧凑、易于实现等综合优势。附图说明图1为本专利技术实施例提供的高重频1.55μm全光纤脉冲激光器的结构示意图；图2为本专利技术另一实施例提供的高重频1.55μm全光纤脉冲激光器的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的掺Er连续激光器的结构示意图；图4为本专利技术另一实施例提供的掺Er连续激光器的结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的掺Er连续激光器的输出功率曲线；图6为本专利技术实施例提供的高重频1.55μm全光纤脉冲激光器在自调Q状态下的典型脉冲序列；图7为本专利技术实施例提供的高重频1.55μm全光纤脉冲激光器在自调Q状态下的典型脉冲宽度；图8为本专利技术实施例提供的高重频1.55μm全光纤脉冲激光器在1.2W输出功率下的锁膜脉冲序列；图9为本专利技术实施例提供的高重频1.55μm全光纤脉冲激光器在1.2W输出功率下的锁膜单脉冲轮廓；图10为本专利技术实施例提供的高重频1.55μm全光纤脉冲激光器的激光输出光谱。部件和附图标记列表：10、掺Er连续激光器；11、半导体泵浦模块；12、合束器；13、高反光纤光栅；14、掺Er光纤；15、低反光纤光栅；16、第二耦合器；17、第二隔离器；20、第一波分复用器；30、可饱和吸收体；40、第一耦合器；50、第一隔离器；60、第二波分复用器。具体实施方式下面结合实施例详述本专利技术，但本专利技术并不局限于这些实施例。本专利技术实施例提供了一种高重频1.55μm全光纤脉冲激光器，如图1所示，包括：掺Er本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高重频1.55μm全光纤脉冲激光器，其特征在于，包括：掺Er连续激光器、第一波分复用器、可饱和吸收体、第一耦合器和第一隔离器；/n所述第一波分复用器的第一输入端口与所述掺Er连续激光器连接；所述第一波分复用器的输出端口与所述可饱和吸收体、所述第一耦合器的输入端口连接；所述第一耦合器的第一输出端口与所述第一隔离器的输入端口连接；所述第一隔离器的输出端口与所述第一波分复用器的第二输入端口连接；/n所述第一波分复用器、所述可饱和吸收体、所述第一耦合器和所述第一隔离器沿顺时针方向依次连接，构成所述掺Er连续激光器腔外的环形腔；/n所述掺Er连续激光器用于输出Er激光；/n所述第一波分复用器用于将所述Er激光耦合进所述环形腔中，并将所述Er激光禁锢在所述环形腔中；/n所述可饱和吸收体用于对1.5μm波段Er激光进行可饱和吸收调制；/n所述第一耦合器用于将1.5μm脉冲激光耦合输出；/n所述第一隔离器用于控制1.5μm Er激光沿顺时针方向单向传输。/n

【技术特征摘要】
1.一种高重频1.55μm全光纤脉冲激光器，其特征在于，包括：掺Er连续激光器、第一波分复用器、可饱和吸收体、第一耦合器和第一隔离器；
所述第一波分复用器的第一输入端口与所述掺Er连续激光器连接；所述第一波分复用器的输出端口与所述可饱和吸收体、所述第一耦合器的输入端口连接；所述第一耦合器的第一输出端口与所述第一隔离器的输入端口连接；所述第一隔离器的输出端口与所述第一波分复用器的第二输入端口连接；
所述第一波分复用器、所述可饱和吸收体、所述第一耦合器和所述第一隔离器沿顺时针方向依次连接，构成所述掺Er连续激光器腔外的环形腔；
所述掺Er连续激光器用于输出Er激光；
所述第一波分复用器用于将所述Er激光耦合进所述环形腔中，并将所述Er激光禁锢在所述环形腔中；
所述可饱和吸收体用于对1.5μm波段Er激光进行可饱和吸收调制；
所述第一耦合器用于将1.5μm脉冲激光耦合输出；
所述第一隔离器用于控制1.5μmEr激光沿顺时针方向单向传输。


2.根据权利要求1所述的全光纤脉冲激光器，其特征在于，所述全光纤脉冲激光器还包括第二波分复用器；所述第二波分复用器的输入端口与所述第一耦合器的第二输出端口连接；
所述第二波分复用器用于过滤出1.5μm脉冲激光。


3.根据权利要求2所述的全光纤脉冲激光器，其特征在于，所述掺Er连续激光器包括：半导体泵浦模块，以及依次设置在所述半导体泵浦模块出射光路上的合束器、高反光纤光栅、掺Er光纤和低反光纤光栅；所述半导体泵浦模块、所述合束器、所述高反光纤光栅、所述掺Er光纤和所述低反光纤光栅依次连接形成线型腔形式；
所述半导体泵浦模块用于输出910nm或976nm的激光束；
所述合束器用于将所述激光束注入所述掺Er连续激光器的谐振腔内；
所述高反光纤光栅为在1550nm波段的反射率大于或等于99％的光纤布拉格光栅；
所述掺Er光纤用于传输所述激光束并提供增益；
所述低反光纤光栅为在1550nm波段的反射率小于或等于10％的光纤布拉格光栅。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：林文雄，黄海洲，张江钿，黄见洪，李锦辉，翁文，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：福建;35