專利名稱:一種用于光纖光柵聲發(fā)射傳感系統(tǒng)的摻鉺光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于光纖激光器領(lǐng)域,特別涉及一種用于光纖光柵聲發(fā)射傳感系統(tǒng)的摻鉺光纖激光器。
背景技術(shù):
摻鉺光纖是在石英光纖中摻入了少量的稀土元素鉺(Er)離子的光纖,是摻鉺光纖激光器的核心,它的工作原理是,當(dāng)泵浦光注入到摻鉺光纖中時(shí),鉺離子在泵浦光作用下激發(fā)到高能級(jí)上,并很快衰變到亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)上,回到基態(tài),發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn),產(chǎn)生放大的自發(fā)發(fā)射。摻鉺光纖具有增益高、帶寬大、輸出功率高、泵浦效率高、插入損耗低、對(duì)偏振態(tài)不敏感等優(yōu)點(diǎn),一經(jīng)發(fā)明即在光通信領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
光纖布拉格光柵是利用光纖材料的光敏性,通過紫外光曝光的方法將入射光相干場(chǎng)圖樣寫入纖芯,在纖芯內(nèi)產(chǎn)生沿纖芯軸向的周期性變化的折射率分布,實(shí)質(zhì)上是在纖芯內(nèi)形成一個(gè)窄帶的濾波器。當(dāng)一束寬譜光經(jīng)過光纖布拉格光柵時(shí),只有滿足光纖布拉格光柵中心波長(zhǎng)的窄帶光將產(chǎn)生反射,其余的光透過光纖布拉格光柵繼續(xù)傳輸。由于光纖布拉格光柵波長(zhǎng)特性好、體積小、質(zhì)量輕、不受電磁干擾、易于復(fù)用、耦合性好,使得其常被用作濾波器或傳感器,在光學(xué)、通信、傳感等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用?,F(xiàn)有的摻鉺光纖激光器如中國(guó)專利ZL200910106974. 7“多波長(zhǎng)和鎖??赊D(zhuǎn)換的摻鉺光纖激光器及其實(shí)現(xiàn)方法”、ZL200820073835. X “寬可調(diào)諧自起振被動(dòng)鎖模摻鉺光纖激光器”、ZL201010236280. 8 “基于太極結(jié)構(gòu)的環(huán)形腔多波長(zhǎng)布里淵摻鉺光纖激光器”等摻鉺光纖激光器均能實(shí)現(xiàn)常溫下的正常工作,卻未能提供變溫下的工作情況。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于,克服已有的技術(shù)局限,將光纖布拉格光柵引入光纖激光器領(lǐng)域,提供了一種用于光纖光柵聲發(fā)射傳感系統(tǒng)的摻鉺光纖激光器,該激光器具有輸出頻帶窄、輸出功率集中、不受電磁干擾、適于恒溫/變溫環(huán)境工作等特點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)方案一種用于光纖光柵聲發(fā)射傳感系統(tǒng)的摻鉺光纖激光器,包括泵浦源,光波分復(fù)用器,摻鉺光纖,光隔離器,光纖稱合器,光纖布拉格光柵,光路輸出端口;其中,光纖稱合器的A端口與光隔離器相連,B端口與光纖布拉格光柵相連,C端口通過回路接入波分復(fù)用器,D端口接光路輸出端口 ;泵浦源發(fā)出的泵浦光被光波分復(fù)用器引入光路,進(jìn)入摻鉺光纖,摻鉺光纖中的餌離子吸收能量后躍遷到高能級(jí),繼而衰弱至低能級(jí),發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn),產(chǎn)生放大的自發(fā)發(fā)射;經(jīng)過摻鉺光纖放大的光通過光隔離器進(jìn)入光纖耦合器的A端口,此處光被分為兩路,一路通過端口 B進(jìn)入光纖布拉格光柵,只有符合布拉格光柵中心反射波長(zhǎng)的窄帶光能夠被反射回去,該窄帶光經(jīng)端口 C進(jìn)入光路(進(jìn)入端口 A的光被光隔離器隔離),另一路光通過端口 D到達(dá)光路輸出端口輸出;被光纖布拉格光柵反射并通過端口 C進(jìn)入光路的光再次經(jīng)光波分復(fù)用器進(jìn)入摻鉺光纖放大,完成一次循環(huán);每次循環(huán)都能放大光波的能量,當(dāng)增益大于環(huán)路中的傳輸損耗時(shí),產(chǎn)生振蕩,從而形成環(huán)形摻鉺光纖激光器,具有穩(wěn)定的輸出波長(zhǎng)與功率。進(jìn)一步的,所述泵浦源為泵浦光源,中心波長(zhǎng)為974. 54nm,峰值功率為6. 77dBm。進(jìn)一步的,所述摻鉺光纖線長(zhǎng)20m,芯徑3 ii m。進(jìn)一步的,所述光纖稱合器,分光比為40:60,進(jìn)入光纖布拉格光柵的B端為40,用于光路輸出的D端為60。進(jìn)一步的,所述光纖布拉格光柵為可調(diào)諧光柵,要與實(shí)際應(yīng)用中的傳感光纖布拉格光柵相匹配,反射率、邊模抑制比、3dB帶寬、溫度靈敏系數(shù)參數(shù)一致,中心波長(zhǎng)相差0. lnm。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于現(xiàn)有的摻鉺光纖激光器大多數(shù)都追求多波長(zhǎng)、可調(diào)諧、高功率,而且一般都工作于常溫環(huán)境下,一旦遇到溫度變化較大的情況,工作性能就不夠穩(wěn)定,而本發(fā)明則在摻鉺光纖激光器的基礎(chǔ)上添加了集濾波與溫度補(bǔ)償于一體的光纖布拉格光柵,使得激光器擁有了在溫度變化的環(huán)境下穩(wěn)定工作的能力。
圖I是用于光纖光柵聲發(fā)射傳感系統(tǒng)的摻鉺光纖激光器的原理圖;圖2是泵浦源輸出光譜圖;圖3是摻鉺光纖激光器的輸出光譜圖。圖中1、泵浦源,2、光波分復(fù)用器,3、摻鉺光纖,4、光隔離器,5、光纖耦合器,6、光纖布拉格光柵,7、光路輸出端口 ;
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行描述,以便更好地理解本發(fā)明。需要特別提醒注意的是,在以下的描述中,當(dāng)采用已知功能和設(shè)計(jì)的詳細(xì)描述也許會(huì)淡化本發(fā)明的主要內(nèi)容時(shí),這些描述在這里將被忽略。如圖I所不,本發(fā)明所述的用于光纖光柵聲發(fā)射傳感系統(tǒng)的摻鉺光纖激光器包括泵浦源I,光波分復(fù)用器2,摻鉺光纖3,光隔離器4,光纖稱合器5,光纖布拉格光柵6,光路輸出端口 7 ;其中,光纖稱合器5的A端口與光隔離器4相連,B端口與光纖布拉格光柵6相連,C端口通過回路接入波分復(fù)用器2,D端口接光路輸出端口 7。泵浦源I發(fā)出的泵浦光被光波分復(fù)用器2引入光路,進(jìn)入摻鉺光纖3,摻鉺光纖3中的餌離子吸收能量后躍遷到高能級(jí),繼而衰弱至低能級(jí),發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn),產(chǎn)生放大的自發(fā)發(fā)射;經(jīng)過摻鉺光纖3放大的光通過光隔離器4進(jìn)入光纖耦合器5的A端口,此處光被分為兩路,一路通過端口 B進(jìn)入光纖布拉格光柵6,只有符合布拉格光柵6中心反射波長(zhǎng)的窄帶光能夠被反射回去,并經(jīng)端口 C進(jìn)入光路(進(jìn)入端口 A的光被光隔離器4隔離),另一路光通過端口 D到達(dá)光路輸出端口 7輸出;被光纖布拉格光柵6反射并通過端口 C進(jìn)入光路的光再次經(jīng)光波分復(fù)用器2進(jìn)入摻鉺光纖3放大,完成一次循環(huán);每次循環(huán)都能放大光波的能量,當(dāng)增益大于環(huán)路中的傳輸損耗時(shí),產(chǎn)生振蕩,從而形成環(huán)形摻鉺光纖激光器,具有穩(wěn)定的輸出波長(zhǎng)與功率。所述泵浦源I為泵浦光源。在激光器中,外部能量通常會(huì)以光或電流的形式輸入到產(chǎn)生激光的媒質(zhì)之中,把處于基態(tài)的電子,激勵(lì)到較高的能級(jí)高能態(tài),使其粒子數(shù)反轉(zhuǎn),人們用“泵浦”一詞形容這一過程(如同把水從低處抽往高處)。本發(fā)明使用的泵浦光源中心波長(zhǎng)為974. 54nm,峰值功率為6. 77dBm,其輸出如圖2所示。所述光波分復(fù)用器2,將不同波長(zhǎng)的光合為一路在光纖中傳輸。光波分復(fù)用是在光纖一端將一系列不同波長(zhǎng)的光合成一束,沿著單根光纖傳輸;在接收端再用特定方法,將各個(gè)不同波長(zhǎng)的光分開的通信技術(shù)。光波分復(fù)用一般應(yīng)用波長(zhǎng)分割復(fù)用器和解復(fù)用器(也稱合波/分波器)分別置于光纖兩端,實(shí)現(xiàn)不同光波的耦合與分離。光波分復(fù)用器的主要類型有熔融拉錐型、介質(zhì)膜型、光柵型和平面型四種,其主要特性指標(biāo)為插入損耗和隔離度。所述摻鉺光纖3,可以將傳輸過來的光放大。當(dāng)泵浦光注入到摻鉺光纖中時(shí),鉺離子在泵浦光作用下激發(fā)到高能級(jí)上,并很快衰變到亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)上,回到基態(tài),發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn),產(chǎn)生放大的自發(fā)發(fā)射。摻鉺光纖的主要優(yōu)點(diǎn)是增益高、帶寬大、輸出功率高、泵浦效率高、插入損耗低、對(duì)偏振態(tài)不敏感等。本發(fā)明使用的摻鉺光纖線長(zhǎng)20m,芯徑3 μ m。所述光隔離器4,具有單向通光功能。光隔離器主要利用磁光晶體的法拉第效應(yīng)對(duì)于正向入射的信號(hào)光,通過起偏器后成為線偏振光,法拉第旋磁介質(zhì)與外磁場(chǎng)一起使光的偏振方向右旋45度,并恰好使光低損耗通過與起偏器成45度放置的檢偏器;對(duì)于反向光,通過檢偏器的線偏振光經(jīng)過旋磁介質(zhì)時(shí),偏轉(zhuǎn)方向也右旋轉(zhuǎn)45度,從而使反向光的偏振方向與起偏器方向正交,完全阻斷了反射光的傳輸。通過光纖回波反射的光能夠被光隔離器很好的隔離,提高光波傳輸效率。所述光纖稱合器5,分光比為40:60,進(jìn)入光纖布拉格光柵B端的為40,用于光路輸出D端的為60。經(jīng)過摻鉺光纖3放大的光通過光隔離器4進(jìn)入光纖耦合器5的A端口,此處光被分為兩路,一路通過端口 B進(jìn)入光纖布拉格光柵6,只有符合布拉格光柵6中心反射波長(zhǎng)的窄帶光能夠被反射回去,并經(jīng)端口 C進(jìn)入光路(進(jìn)入端口 A的光被光隔離器4隔離),另一路光通過端口 D到達(dá)光路輸出端口 7輸出;被光纖布拉格光柵6反射并通過端口 C進(jìn)入光路的光再次經(jīng)光波分復(fù)用器2進(jìn)入摻鉺光纖3放大,完成一次循環(huán)。所述光纖布拉格光柵6為可調(diào)諧光柵,起到濾波及溫度補(bǔ)償作用。本發(fā)明所用的光纖布拉格光柵6要與實(shí)際應(yīng)用中的傳感光纖布拉格光柵相匹配,反射率、邊模抑制比、3dB帶寬、溫度靈敏系數(shù)參數(shù)一致,中心波長(zhǎng)相差O. lnm。這樣當(dāng)外界光進(jìn)入光纖布拉格光柵6時(shí),只有滿足其中心波長(zhǎng)的窄帶光能夠被反射回去,其余的光透射而過,這就相當(dāng)于提供了一個(gè)窄帶光源。同時(shí),光纖布拉格光柵6與實(shí)際應(yīng)用中的傳感光纖布拉格光柵相匹配,當(dāng)二者在同一環(huán)境中時(shí),所受到的溫度影響是相同的,即二者的波長(zhǎng)漂移相一致,這樣就抵消了傳感光纖布拉格光柵由于環(huán)境溫度變化而產(chǎn)生的波長(zhǎng)漂移,實(shí)現(xiàn)了溫度補(bǔ)償。如圖3所示為用于光纖光柵聲發(fā)射傳感系統(tǒng)的摻鉺光纖激光器的輸出光譜圖。用1562nm的光纖布拉格光柵替代本實(shí)施例中的光纖布拉格光柵6,得到了穩(wěn)定的激光輸出, 中心波長(zhǎng)為1562. 002nm, 3dB帶寬為O. 103nm,峰值功率為-O. 68dBm。盡管上面對(duì)本發(fā)明說明性的具體實(shí)施方式
進(jìn)行了描述,以便于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本發(fā)明,但應(yīng)該清楚,本發(fā)明不限于具體實(shí)施方式
的范圍,對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講,只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi),這些變化是顯而易見的,一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。
權(quán)利要求
1.一種用于光纖光柵聲發(fā)射傳感系統(tǒng)的摻鉺光纖激光器,其特征是光路系統(tǒng)包括泵浦源(1),光波分復(fù)用器(2),摻鉺光纖(3),光隔離器(4),光纖耦合器(5),光纖布拉格光柵(6),光路輸出端口(7);其中,光纖f禹合器(5)的A端口與光隔離器(4)相連,B端口與光纖布拉格光柵(6 )相連,C端口通過回路接入光波分復(fù)用器(2 ),D端口接光路輸出端口( 7 );泵浦源(I)發(fā)出的泵浦光被光波分復(fù)用器(2 )引入光路,進(jìn)入摻鉺光纖(3 ),摻鉺光纖(3 )中的鉺離子吸收能量后躍遷到高能級(jí),繼而衰弱至低能級(jí),發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn),產(chǎn)生放大的自發(fā)發(fā)射;經(jīng)過摻鉺光纖(3 )放大的光通過光隔離器(4 )進(jìn)入光纖耦合器(5 )的A端口,此處光被分為兩路,一路通過端口 B進(jìn)入光纖布拉格光柵(6),只有符合光纖布拉格光柵(6)中心反射波長(zhǎng)的窄帶光能夠被反射回去,該窄帶光經(jīng)端口 C進(jìn)入光路,進(jìn)入端口 A的光被光隔離器(4)隔離,另一路光通過端口 D到達(dá)光路輸出端口(7)輸出;被光纖布拉格光柵(6)反射并通過端口 C進(jìn)入光路的光再次經(jīng)光波分復(fù)用器(2)進(jìn)入摻鉺光纖(3)放大,完成一次循環(huán);每次循環(huán)都能放大光波的能量,當(dāng)增益大于環(huán)路中的傳輸損耗時(shí),產(chǎn)生振蕩,從而形成環(huán)形摻鉺光纖激光器,具有穩(wěn)定的輸出波長(zhǎng)與功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于光纖光柵聲發(fā)射傳感系統(tǒng)的摻鉺光纖激光器,其特 征是所述泵浦源(I)為泵浦光源,中心波長(zhǎng)為974. 54nm,峰值功率為6. 77dBm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于光纖光柵聲發(fā)射傳感系統(tǒng)的摻鉺光纖激光器,其特征是所述摻鉺光纖(3)線長(zhǎng)20m,芯徑3 iim。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于光纖光柵聲發(fā)射傳感系統(tǒng)的摻鉺光纖激光器,其特征是所述光纖稱合器(5),分光比為40:60,進(jìn)入光纖布拉格光柵B端的為40,用于光路輸出D端的為60。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于光纖光柵聲發(fā)射傳感系統(tǒng)的摻鉺光纖激光器,其特征是所述光纖布拉格光柵(6)為可調(diào)諧光柵,要與實(shí)際應(yīng)用中的傳感光纖布拉格光柵相匹配,反射率、邊模抑制比、3dB帶寬、溫度靈敏系數(shù)參數(shù)一致,中心波長(zhǎng)相差0. lnm。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于光纖光柵聲發(fā)射傳感系統(tǒng)的摻鉺光纖激光器,其目的在于補(bǔ)償溫度對(duì)光纖布拉格光柵產(chǎn)生的影響,增強(qiáng)光纖布拉格光柵傳感器在聲發(fā)射檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用,所述光路系統(tǒng)包括泵浦源,光波分復(fù)用器,摻鉺光纖,光隔離器,光纖耦合器,光纖布拉格光柵;本發(fā)明主要用于給光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)提供光源,相比于常用的窄帶光源,本發(fā)明自帶溫度補(bǔ)償,可有效降低溫度變化對(duì)光纖布拉格光柵傳感器的影響,提高光纖布拉格光柵傳感器的檢測(cè)精度,同時(shí)降低了設(shè)備成本,利于實(shí)際工程應(yīng)用。
文檔編號(hào)H01S3/136GK102709798SQ20121018759
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月7日
發(fā)明者李寧, 李成貴, 涂萬里, 魏鵬 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍陸軍航空兵學(xué)院, 北京航空航天大學(xué)