本发明专利技术涉及一种基于长周期光纤光栅调制器的全光纤配置的Ｑ开关光纤激光器。长周期光纤光栅调制器是通过致动器施加应力来控制其光谱特性，其中致动器施加应力于长周期光纤光栅上的一段特定区域使其调制特定波长的光信号，并由控制器从时域上来控制施加的应力，从而对光纤激光腔的Ｑ值进行交替调制。该光纤激光器的激光共振腔主要包括：长周期光纤光栅，一对光纤Ｂｒａｇｇ光栅和光纤增益介质。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种激光器，特别是调Q的全光纤化光纤激光器。
技术介绍
光纤激光器具有输出光质量高、体积小、使用方便灵活、运行费 用低等优越性能。光纤激光器可产生连续波(CW)激光辐射输出或脉 冲激光辐射输出，而光纤激光器的脉冲运行可以通过Q开关技术实现。 由于Q开关光纤激光器可产生高峰值功率激光脉冲和优秀的光束质 量，从而使它适合于微加工、打标、科研等应用。激光Q开关可以通 过在激光共振腔内插入一个光学调制器以控制激光腔内的光损耗来实 现。简单来说，这个调制器的作用是一个光损耗开关。最初，腔损耗 可保持在较高值(低Q因子状态)，此时，不发生激光振荡，但来自泵 浦源的能量在增益介质中累积；在某一瞬间，腔损耗被突然切换到低 损耗值(高Q因子状态)，使激光振荡在腔内非常迅速地建立，并生成 一个高峰值功率激光脉冲。当在激光腔内由光学调制器对Q值进行高 低切换时，就可以得到序列激光脉冲。激光调Q可以采用主动或被动的方式。典型的主动式光学调制器 是声光调制器(AOM)或电光调制器(EOM)。声光调制器通常由光 学晶体制成，如二氧化碲、钼酸铅、石英晶体及熔融石英等；电光调 制器通常由光学材料制成，如磷酸二氖钾KD*P、偏硼酸钡BBO、铌 酸锂LiNb03、 NH4H2P04 (ADP)等。但是，AOM和EOM存在体积大、难以与芯径很小的光纤耦合等问题；此外，AOM和EOM器件也坊曰虫 牧卬贝。一个典型的Q开关光纤激光器的配置如图1所示。其中激光腔由 一对具有相同中心波长的光纤光栅(FBG)反射器15和35、 一段提供 光学增益的增益光纤(Gain Fiber) 18和带有尾纤20耦合的光学调制 器90组成。光学调制器卯可以是AOM或EOM调制器。泵浦源(PumpSource) 1提供了耦合到光纤激光腔中的泵浦光5激光腔以激励增益光 纤18，光纤光栅(FBG)反射器提供光反馈以产生激光振荡。光学调 制器90用于调制激光腔中的光损耗，以便对激光腔的Q值进行调制。 最初，腔损耗保持在高损耗状态，即光学调制器处于"关"状态(相 应于激光腔的低Q值状态)，此时没有光信号通过光学调制器90，不 会产生激光振荡，但是来自泵浦光5的能量在增益介质18中累积。在 某一瞬间，腔损耗通过光学调制器被突然切换到低损耗值，即光学调 制器处于"开"状态(相应于激光腔的高Q值状态)，这时光信号可以 立即通过光学调制器90，从而在腔内非常迅速地建立激光振荡，并生 成一个高峰值功率激光脉冲。光纤光栅(FBG)对15和35具有相同 的中心波长，并且作为窄带反射镜而提供光反馈到激光腔并将激光振 荡的波长限定在光纤光栅的波长。由于光纤光栅具有很窄的反射带宽， 则输出的激光具有很窄的波长光谱。当在激光腔内由光学调制器90对 激光腔的Q值进行高低切换时，就可以得到序列激光脉冲。调Q的开 关信号95受控于一个外部控制器96。光纤光栅对15和35中的一个具 有低反射率且是部分透明的，因此所生成的激光的一部分将离开激光 腔并输出激光38或42。如图2a所示，光纤光栅是由在光纤芯中沿光纤长度方向引进周期 性的微小折射率变化而形成。在光纤芯中的变化区域151及与其相邻 的非变化区域152有非常小的折射率变化，其变化周期为AB。有几种 在光纤芯中写入光纤光栅的技术，利用紫外激光照射光纤芯可以在照 射区域引入折射率的变化，例如，变化区域151经紫外激光照射，但 非变化区域152保持原来的状态。光纤光栅的主要参数是中心波长XB、带宽AA^和反射率。满足高 反射条件，称之为布拉格(Bragg)条件，其反射波长亦称之为布拉格 波长。4与光栅周期AB和光纤芯的有效折射率n的关系为XB = 2 w AB图2b、 2c和2d示出了光纤光栅的光谱特性。当具有如图2b所示的光谱 分布120的宽带光110输入光纤光栅后，其反射光112 (如图2a所示)具有如图2c所示的光谱分布122，其透射光lll (如图2a所示)具有如图2d 所示的光谱分布121。长周期光纤光栅(LPFG)与光纤Bragg光栅(FBG)具有相似的结 构，但长周期光纤光栅(LPFG)的光栅周期AL远长于光纤光栅的周期 Afi，通常A^是Ab的200至2000倍以上。长周期光纤光栅把光纤中的基 模耦合到包层模，并沿同一方向传播。激发的包层模衰减，从而在传 输光谱上出现共振损耗。相比于光纤光栅，长周期光纤光栅不会产生 反射光。图3a至3c示出了长周期光纤光栅的结构和光谱传输特性。在长 周期光纤光栅中，周期性的光栅结构22 (如图3a所示)可利用紫外激 光周期性地照射光纤芯的局部区域而实现。这与前面提到的FBG相似， 照射过的局部区域251相对于区域252具有折射率改变。近年来的研 究表明，长周期光纤光栅也可用高压电弧放电或二氧化碳激光沿光纤 周期性地烧光纤芯而获得，但是会在烧过的局部区域引起玻璃结构的 变化和轻微的几何变形。引入了机械应力的长周期光纤光栅也已被报 道过，其中通过齿型板加压在光纤上而在光纤中产生周期性的应力， 根据光弹性效应，折射率会在应力作用区域发生改变而在非应力作用 区域不变。当具有如图3b中的光谱分布220的宽带光210 (如图3a所示)输入 到长周期光纤光栅后，其透射光211 (如图3a所示)具有如图3c所示的 光谱分布221，其中出现有几个共振损耗峰222和223，代表了光纤中的 基模与不同的包层模的耦合，但没有光反射回来。图3c中的共振损耗 峰222的中心波长为^，带宽为A^。长周期光纤光栅的共振损耗是由光纤中的基模与包层模的耦合所引起，基模与包层模在波长^L耦合的相位匹配条件可以表达为<formula>formula see original document page 7</formula>其中，iWe是基模的有效折射率，ner是第m阶包层模的有效折射率，AL是长周期光纤光栅的周期。由于多个包层模能满足这一条件，而每 一个包层模在不同的中心波长^L，因此长周期光纤光栅的传输光谱展示出一系列的传输损耗峰222和223 (如图3c所示)。图4a至4c显示了相移长周期光纤光栅的结构和光谱传输特性。 其中，在光栅中心位置的一个光栅周期被移动了 Ap，因而相移被引入 到长周期光纤光栅中。例如，通过在长周期光纤光栅的中心引入71相 移，此吋损耗峰的位置转向为透射峰232 (如图4c所示)。在这种情况 下，当具有如图4b所示的光谱分布220的宽带光210 (如图4a所示) 输入到相移长周期光纤光栅后，其透射光2]1 (如图4a所示)具有如 图4c所示的光谱分布231 。此吋，波长^能被传输透过。图5a至5c显示了级联的长周期光纤光栅的结构和光谱传输特性。 级联长周期光纤光栅是由一对长周期光纤光栅25和26串联而成，该 对长周期光纤光栅的长度分别为d,和d2，并且它们之间的间距是L。 当以具有如图5b所示的光谱分布220的宽带光210输入到级联长周期 光纤光栅后，其透射光211具有如图5c所示的响应传输光谱241。从 图5b和5c可以看出，其透射光的光谱传输响应有几个透射峰242、244 和246,以及几个损耗峰245和243等。这是由于基模与包层模之间的 干涉，第一个本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种调Ｑ的全光纤化光纤激光器，包括：至少一个光纤光栅反射器；至少一个泵浦源；至少一段增益光纤；和至少一个长周期光纤光栅调制器，其对激光腔的Ｑ值进行调制，从而产生调Ｑ的光纤激光。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：骆飞，叶东风，
申请(专利权)人：骆飞，叶东风，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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