波长扫描激光器及其操作方法技术

本发明专利技术涉及波长扫描激光器和生成激光输出的方法。根据本发明专利技术一个实施例的波长扫描脉冲激光器使用自然锁模产生中心波长连续地随时间变化脉冲输出。反之，根据本发明专利技术另一实施例的波长扫描激光器则是通过将滤波器频率变化速度调节到频率移位器的频率移位速度以扼制锁模来产生连续输出。本发明专利技术激光器可以应用于光学感测或ＷＤＭ光学通讯领域。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种激光器及其操作方法，尤其是关于一种能产生带有随时间不断变化中心波长的短脉冲输出的波长扫描激光器、以及生成这种波长扫描激光脉冲的方法。本专利技术还涉及生成连续输出的波长扫描激光器、以及生成这种波长扫描激光的方法。
技术介绍
波长扫描激光器是一种波长随时间不断变化的光源。要产生这种波长扫描激光必须要有宽带增益传导体及波长扫描手段。最有效的波长扫描方法是随时间改变置于激光谐振器之中的波长可调滤波器的中心波长。例如，Wysocki等人研制出了一种具有在数百赫兹频率下以大约15nm波长范围进行扫描的激光器。该波长扫描激光器使用一种掺杂纤维作增益传导体，使用一种声光滤波器作波长扫描元件(参考OpticsLetters，Vol.15，P879，1990)。这种波长扫描激光器同波长可调激光器同样得到广泛应用。波长扫描激光器使用于低干涉分布式传感器、频率分布式传感器和纤维光栅阵列传感器。它也可以用于在短时间内分析光学仪器的波长特性。人们希望波长扫描激光器也象普通波长可调激光器一样在光谱学、光通讯等领域中得到应用，但至今没有这方面应用实例的报告。另一方面，一般的波长扫描激光器是由连续波而非锁模波操作的。为获得脉冲型输出，需要施以公知的活性或钝性锁模技术。在波长扫描激光器的场合，借助置于激光谐振器中纤维中心波长连续变化可以发掘出新的锁模技术。但是，从没有报告过与这种新锁模技术相关连的波长扫描激光器。通常，激光器谐振器模是由激光往返行程相位延迟等于2π的整数倍这一条件来确定的。故此，m个谐振器模的频率值为fm＝mc/L，其中，c是光速，L是谐振器往返行程光路径。如果激光器中仅有单独一种谐振器模的话，就可以获得谱线宽度极窄的单一频率的激光。该激光输出功率相对时间变量来说就是恒定值。如果有若干谐振器模存在的话，则激光输出特性就会按着各谐振器模的振幅和路径区分为两种不同的状态。第一，如果谐振器模的振幅及路径是随时间变化的，则可获得连续波输出。这种情况下，连续波输出功率随时间而无规则变化，故被称作“模输出杂波”。第二，如果各种模的振幅和路径是恒定的，则借于相干原理可获得短脉冲输出。这种状态称为“锁模”。有两种方法可达到锁模。在有源锁模情况下，使用振幅谐振器、路径调制器、频率移位器或类似仪器调频，使之等于轴向谐振器模中心位置的整数倍。在无源锁模的情况下，则使用饱和减振器、其它等效的光学仪器或谐振配置。但是上述锁模方法要使用昂贵的调制器或辅之以饱和减振器。本专利技术的开示本专利技术目的就在于提供一种无需使用昂贵的调制器或附加的饱和减振器就能获得短激光脉冲的波长扫描脉冲式激光器，和提供一种生成这种激光脉冲的方法。本专利技术另一目的在于提供一种能够获得连续波输出的波长扫描式激光器，和提供一种生成这种激光输出的方法。为实现本专利技术上述目的，本专利技术所提供的激光器包括一个谐振器，它具有一个光路，在该光路中带有一个能够在宽波段之上增幅光照的光学增益传导体和一个具有最小损失中心波长范围的波长可调滤波器以及一个光强度与折射率有关的非线性传导体；一个便于所说光学增益传导体粒子数反转的光学泵手段；一个便于随时间连续变化所说波长可调滤波器最小损失中心波长范围的滤波器调制信号生成手段；其中，激光器输出是锁模短脉冲型的，其中心波长随时间连续变化。在本专利技术中，所说光学增益传导体可以选用以下所列任意一种掺有单模光纤维的稀土离子、掺有单模平面波导的稀土离子以及掺有兰宝石水晶和Nd-YVO4水晶的钛。再有，半导体增幅器可以作为光学增益传导体使用。在这种情况下，靠由电流生成器提供的电流泵激该半导体增幅器。最好是，电流强度在轴向谐振模的中心模间距或中间模间距整数倍调节电流强度，以调节半导体增幅器的增益，从而使能生成锁模的光脉冲以及能调节脉冲生成时间。在本专利技术中，所说波长可调滤波器可以选用以下任意一种声光波长可调滤波器、Fabry-Perot干涉波长可调滤波器、可通过光栅转动改变反射中心波长的反射折射光栅。所说波长可调滤波器包括一个光束偏射手段、一个当按被控制光束方向传播或反射的光被耦合到所说谐振器时仅在有限频率范围内产生低量光损失的光学设备。在这种情况下，所说光束偏射手段可以是一种能依据声波频率控制光束方向的声光调制器。另外，该光束偏射手段也可以是一种当分割成若干光路的光束聚交于一起时依各光束相位差控制光束方向的整数倍相控阵。另外，所说非线性传导体最好包括一段单模光纤维或能增强自相位调制效果及起饱和减振作用的半导体物质，该非线性传导体有助于锁模光脉冲生成。当所说增益传导体是一种掺有具有高非线性系数的光纤维的稀土离子或掺有兰宝石水晶的钛时，该增益传导体可以起到非线性传导体作用。在这种情况下，就不需要附加非线性传导体。所说谐振器最好包括一个能有助于锁模生成以及能调节光脉冲生成时间的光学振幅调制器、一个能提供振荡电信号给所说光学振幅调制器及电信号频率提供相等于轴向谐振器模的中间模间距或该间距的整数倍的调制信号生成器。所说光学振幅调制器可以光学相位调制器来代替。为实现上述目的，本专利技术提供了一种锁模激光脉冲生成方法，它包括以下步骤将一个谐振器、一个波长可调滤波器和一个光强度与折射率有关的非线性传导体配设在一起；经非线性传导体传送光脉冲、通过诱导自相位调制器增加光脉冲光谱宽度；调节所说波长可调滤波器使波长可调滤波器的最小损失波长范围能随时间而连续变化；仅仅将被增宽了的光脉冲的特定部分进行增幅，使该特定部分的波长光谱位于最小损失波长范围内。在上述方法中，所说波长可调滤波器被调节、使得在最大波长扫描时间下V高于临界速度Vc(＝ln(r)Δ4/b2)、故此复数个谐振器模能够同步振动。在此，V是最小损失中心波长的变化速度，Δ是谐振器模间的波长间距，b是一半最大值下的全带宽，ln(r)是各模最大与最小光强度之比r的自然对数。通常，ln(r)的值域为15～25。在这种情况下，所说波长可调滤波器最好是按着这种方式来调节向波长可调滤波器提供电信号，该电信号频率和/或电压连续地及周期性地在预定范围之上扫描。进一步，最好是使短电脉冲在电信号每一重复波形的前部重叠，以调节电脉冲的脉冲生成时间和有助于光脉冲生成。为达到上述本专利技术另一目的，本专利技术提供了一种激光器，其包括一个谐振器，它具有一个光路，在该光路中带有一个能够在特定波段之上增幅光照的光学增益传导体和一个具有最小损失中心频率范围的波长可调滤波器以及一个使光频率移位的频率移位器；一个便于所说光学增益传导体粒子数反转的光学泵手段；一个便于随时间连续变化所说波长可调滤波器最小损失中心频率范围的滤波器调制信号生成手段；一种通过在所说频率移位器中调节频率移位——实际上等于调节一个谐振器往返行程中波长可调滤波器中心频率变化——扼制光脉冲生成的手段；其中，激光输出是连续波形，其中心频率随时间连续变化。最好是，所说频率移位器是一个用带固定频率的振荡电信号操作的声光频率移位器，通过该电信号生成的声波对光产生折射及多普勒(Doppler)移位效果。另外，所说频率移位器和波长可调滤波器仅由一个声光波长可调滤波器构成的。在这种情况下，为改变声光滤波器的中心频率而提供给声光滤波器的电信号中的频率变化与时间相关不大，频率移位方向和滤波器中心频率变化相同，一个谐振器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种产生中心波长随时间连续变化的锁模短脉冲输出的激光器，包括：一个谐振器，它具有一个光路，在该光路中带有一个能够在宽波段之上增幅光照的光学增益传导体和一个具有最小损失中心波长范围的波长可调滤波器以及一个光强度与折射率有关的非线性传导体； 一个便于所说光学增益传导体粒子数反转的光学泵手段；一个便于随时间连续变化所说波长可调滤波器最小损失中心波长范围的滤波器调制信号生成手段；其中，激光器输出是锁模短脉冲型的，其中心波长随时间连续变化。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：尹锡贤，金炳允，
申请(专利权)人：韩国科学技术院，图南系统株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]