專利名稱：?jiǎn)吸c(diǎn)注入式有源并聯(lián)子腔的單縱模窄線寬光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖激光器，尤其涉及一種單點(diǎn)注入式有源并聯(lián)子腔的單縱模窄線寬光纖激光器，屬于激光技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
單頻窄線寬光纖激光器具有高時(shí)間相干性和低相位噪聲特性，在超高精度長(zhǎng)距離光纖傳感系統(tǒng)、高速光通信系統(tǒng)、相干光通信、激光雷達(dá)、微波光子學(xué)等民用和軍用領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)激光器的單縱模輸出的關(guān)鍵在于通過(guò)模式選擇與穩(wěn)定技術(shù)獲得激光器的單縱模運(yùn)轉(zhuǎn)和抑制多模振蕩和跳?，F(xiàn)象，尤其是對(duì)于具有高功率連續(xù)波輸出光纖激光器，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的穩(wěn)定性決定了激光器性能優(yōu)劣。目前采用的實(shí)現(xiàn)單縱模選擇的濾波技術(shù)主要包括激光腔結(jié)構(gòu)和腔內(nèi)光纖濾波器選模的方法。前者包括環(huán)形腔或者線性腔；后者按照濾波效應(yīng)分類包括基于光衍射效應(yīng)的光纖布拉格光柵濾波器；基于干涉效應(yīng)的法布里-法布里一珀羅濾波器、多層介質(zhì)膜濾波器和馬赫-曾德干涉濾波器等。濾波器選模能夠獲得的中心波長(zhǎng)濾波光譜寬度普遍大于0. Olnm,具有GHz以上頻譜寬度，并且激光輸出模式取決于腔內(nèi)光纖器件與濾波器的穩(wěn)定性，易受環(huán)境因素影響。如何在獲得達(dá)到kHz窄線寬的單縱模輸出的同時(shí)確保光纖激光器的運(yùn)行穩(wěn)定性成為制約光纖激光器性能提升的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種單點(diǎn)注入式有源并聯(lián)子腔的單縱模窄線寬光纖激光器，能夠?qū)崿F(xiàn)單縱模、窄線寬、高穩(wěn)定輸出。本發(fā)明的單點(diǎn)注入式有源并聯(lián)子腔的單縱模窄線寬光纖激光器，包括 一星形耦合器，具有NXN的端口，N為大于1的整數(shù)；
一光纖有源子腔，其兩端分別與所述星形耦合器的其中一個(gè)分路的兩端連接，形成閉合回路；
N-I個(gè)光纖無(wú)源子腔，每一個(gè)光纖無(wú)源子腔的兩端分別與所述星形耦合器剩余分路的其中一個(gè)的兩端連接，分別形成閉合回路；其中一個(gè)閉合回路中依次連接有增益放大單元、 選模單元，以及一 1 X2耦合器；所述1 X2耦合器的輸入端和其中一個(gè)輸出端分別接入其所在閉合回路，另外一個(gè)輸出端作為光纖激光器的輸出端；
一種子激光器，其輸出端通過(guò)種子激光器耦合單元與所述光纖有源子腔連接。進(jìn)一步地，除連接有1X2耦合器的光纖無(wú)源子腔外，其余的N-2個(gè)光纖無(wú)源子腔中至少還有一個(gè)連接有增益放大單元、選模單元。優(yōu)選地，所述增益放大單元包含多級(jí)放大結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述種子激光器耦合單元包括光隔離器和光纖環(huán)形器；光隔離器的輸入端與種子激光器的輸出端連接，輸出端與光纖環(huán)形器的一個(gè)端口連接；光纖環(huán)形器的另外兩個(gè)端口分別與分別與所述光纖有源子腔連接。
所述種子激光器優(yōu)選波長(zhǎng)與功率可調(diào)諧激光器。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果
1、采用子腔并聯(lián)結(jié)構(gòu)，增加了整個(gè)激光器諧振腔模式選擇的精細(xì)度，提高了激光
器輸出效率，改善了輸出光模式噪聲特性。可以在不同子腔內(nèi)進(jìn)行濾波與穩(wěn)定性控制，增加了激光器輸出的穩(wěn)定性；
2、有源腔內(nèi)注入的種子源鎖定了激光器輸出波長(zhǎng)，壓縮了激光器頻譜寬度，提高了激光器輸出相干性；
3、采用將MHz種子源激光器注入光纖子腔的方法與并聯(lián)子腔共同作用，壓縮了激光器頻譜寬度，提高了激光器輸出相干性；
3、單個(gè)子腔內(nèi)采用多級(jí)光放大結(jié)構(gòu)，增加了激光器腔內(nèi)增益，提高了激光器輸出功率；
5、采用全光纖腔結(jié)構(gòu)，耦合損耗小，結(jié)構(gòu)緊湊，輸出效率高，對(duì)外界環(huán)境干擾免疫力高。


圖1為本發(fā)明單點(diǎn)注入式有源并聯(lián)子腔的單縱模窄線寬光纖激光器的結(jié)構(gòu)原理示意圖2為具體實(shí)施方式
中所述實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖3為種子注入工作頻率鎖定區(qū)域與種子激光器和無(wú)源子腔激光波長(zhǎng)之間的失諧量的關(guān)系示意圖4為用光譜儀測(cè)得的激光器單縱模連續(xù)波輸出光譜圖； 圖5為對(duì)種子激光器采用脈沖外調(diào)制光方式實(shí)現(xiàn)的激光器脈沖輸出時(shí)域圖； 圖6為利用延時(shí)自外差法測(cè)得的本發(fā)明激光器連續(xù)波單頻輸出； 圖7為本發(fā)明光纖激光器長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明
本發(fā)明的思路是利用耦合器將一個(gè)光纖有源子腔與一個(gè)或多個(gè)光纖無(wú)源子腔并聯(lián)，從而形成子腔并聯(lián)的諧振回路，然后通過(guò)種子激光器向光纖有源子腔中注入種子光源，從而改善激光輸出特性。下面先對(duì)本發(fā)明的發(fā)明原理進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。光在多個(gè)光纖子腔通過(guò)耦合器并聯(lián)的結(jié)構(gòu)中傳輸時(shí)，不同的光纖子腔內(nèi)的光可以通過(guò)耦合器進(jìn)行相干疊加作用，從而改善了整個(gè)激光腔結(jié)構(gòu)輸出光譜特性。N個(gè)光纖子腔中的每個(gè)子腔形成一個(gè)激光器的諧振子回路，且置有增益放大單元，由游標(biāo)(Vernier)效應(yīng)可知，所產(chǎn)生的激光波長(zhǎng)應(yīng)滿足所有的諧振回路的頻率振蕩條件，即
權(quán)利要求
1.一種單點(diǎn)注入式有源并聯(lián)子腔的單縱模窄線寬光纖激光器，其特征在于，包括 一星形耦合器，具有NXN的端口，N為大于1的整數(shù)；一光纖有源子腔，其兩端分別與所述星形耦合器的其中一個(gè)分路的兩端連接，形成閉合回路；N-I個(gè)光纖無(wú)源子腔，每一個(gè)光纖無(wú)源子腔的兩端分別與所述星形耦合器剩余分路的其中一個(gè)的兩端連接，分別形成閉合回路；其中一個(gè)閉合回路中依次連接有增益放大單元、 選模單元，以及一 1 X2耦合器；所述1 X2耦合器的輸入端和其中一個(gè)輸出端分別接入其所在閉合回路，另外一個(gè)輸出端作為光纖激光器的輸出端；一種子激光器，其輸出端通過(guò)種子激光器耦合單元與所述光纖有源子腔連接。
2.如權(quán)利要求1所述單點(diǎn)注入式有源并聯(lián)子腔的單縱模窄線寬光纖激光器，其特征在于，除連接有1X2耦合器的光纖無(wú)源子腔外，其余的N-2個(gè)光纖無(wú)源子腔中至少還有一個(gè)連接有增益放大單元、選模單元。
3 如權(quán)利要求1或2所述單點(diǎn)注入式有源并聯(lián)子腔的單縱模窄線寬光纖激光器，其特征在于，所述增益放大單元包含多級(jí)放大結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求3所述單點(diǎn)注入式有源并聯(lián)子腔的單縱模窄線寬光纖激光器，其特征在于，所述增益放大單元包括第一泵浦、第二泵浦、第一增益光纖、第二增益光纖、第一泵浦耦合器、第二泵浦耦合器、光隔離器；第一泵浦的輸出端與第一泵浦耦合器的短波長(zhǎng)輸入端連接，第一泵浦耦合器的輸出端依次通過(guò)第一增益光纖、光隔離器、第二增益光纖與第二泵浦耦合器的長(zhǎng)波長(zhǎng)輸入端連接，第二泵浦耦合器的短波長(zhǎng)輸入端與第二泵浦的輸入端連接， 第二泵浦耦合器的輸出端通過(guò)所述星形耦合器與第一泵浦耦合器的長(zhǎng)波長(zhǎng)輸入端連接。
5.如權(quán)利要求4所述單點(diǎn)注入式有源并聯(lián)子腔的單縱模窄線寬光纖激光器，其特征在于，所述第一泵浦為單模980nm半導(dǎo)體泵浦，所述第二泵浦為多模半導(dǎo)體泵浦。
6.如權(quán)利要求4所述單點(diǎn)注入式有源并聯(lián)子腔的單縱模窄線寬光纖激光器，其特征在于，所述第一增益光纖為單模摻鉺光纖，所述第二增益光纖為雙包層摻稀土光纖。
7.如權(quán)利要求1或2所述單點(diǎn)注入式有源并聯(lián)子腔的單縱模窄線寬光纖激光器，其特征在于，所述種子激光器耦合單元包括光隔離器和光纖環(huán)形器；光隔離器的輸入端與種子激光器的輸出端連接，輸出端與光纖環(huán)形器的一個(gè)端口連接；光纖環(huán)形器的另外兩個(gè)端口分別與分別與所述光纖有源子腔連接。
8.如權(quán)利要求1或2所述單點(diǎn)注入式有源并聯(lián)子腔的單縱模窄線寬光纖激光器，其特征在于，所述種子激光器為波長(zhǎng)與功率可調(diào)諧激光器。
9.如權(quán)利要求1或2所述單點(diǎn)注入式有源并聯(lián)子腔的單縱模窄線寬光纖激光器，其特征在于，所述選模單元為薄膜濾波器、法布里-珀羅濾波器或光纖光柵濾波器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種單點(diǎn)注入式有源并聯(lián)子腔的單縱模窄線寬光纖激光器。該光纖激光器包括一具有N×N的端口的星形耦合器；一光纖有源子腔，其兩端分別與星形耦合器其中一個(gè)分路的兩端連接，形成閉合回路；N-1個(gè)光纖無(wú)源子腔，每一個(gè)光纖無(wú)源子腔的兩端分別與星形耦合器剩余分路的其中一個(gè)的兩端連接，分別形成閉合回路；其中一個(gè)閉合回路中依次連接有增益放大單元、選模單元，以及一1×2耦合器；1×2耦合器的輸入端和其中一個(gè)輸出端分別接入其所在閉合回路，另外一個(gè)輸出端作為光纖激光器的輸出端；一種子激光器，其輸出端通過(guò)種子激光器耦合單元與所述光纖有源子腔連接。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，調(diào)節(jié)靈活，能夠?qū)崿F(xiàn)單縱模、窄線寬、高穩(wěn)定輸出。
文檔編號(hào)H01S3/08GK102496843SQ20111045434
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者萬(wàn)洪丹, 印中舉, 孫小菡 申請(qǐng)人:東南大學(xué)