雙波長可切換的線偏振摻鐿雙包層光纖激光器及其調整方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種雙波長可切換的線偏振摻鐿雙包層光纖激光器，包括激光器諧振腔、增益介質和抽運源；所述的激光器諧振腔包括雙色鏡和保偏布拉格光柵；所述增益介質包括保偏摻鐿雙包層光纖；所述抽運源為中心波長915nm或976nm的多模半導體激光器；光在經(jīng)過保偏布拉格光柵之后會有部分光延原光路返回，(2+1)×1的光纖合束器中的單模光纖與單模光纖準直器相熔接，輸出的準直光垂直地照射到雙色鏡。抽運光完全透射出去，而大于97%的1微米波段的光被發(fā)射回原光路繼續(xù)傳播。因此激光就會在雙色鏡和保偏布拉格光柵組成的諧振腔內振蕩產(chǎn)生，最終在光柵另一端輸出。本發(fā)明采用雙色鏡和保偏布拉格光柵構成激光器的諧振腔，具有結構簡單、成本低廉的優(yōu)勢。
【專利說明】雙波長可切換的線偏振摻鐿雙包層光纖激光器及其調整方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種雙波長可切換的線偏振摻鐿雙包層光纖激光器及其調整方法，屬于光纖激光器的【技術領域】。
【背景技術】
[0002]與傳統(tǒng)高功率激光器相比，雙包層摻鐿光纖激光器具有維護簡便、可靠性高、工作壽命長和光光轉換效率高等優(yōu)點。因此，摻鐿雙包層光纖(YDCF)激光器是目前國內外廣泛研究的一種激光器。其中，全光纖的雙波長激光器在波分復用系統(tǒng)，微波信號產(chǎn)生，高分辨力光譜儀、光纖傳感和MOPA種子源等領域有著極為重要的用途。但是目前國內外的研究主要存在以下問題:
[0003]I目前國內外報道的雙波長摻鐿激光器存在穩(wěn)定性差、輸出功率低以及結構復雜等問題。
[0004]2有關摻鉺雙波長線偏振光纖激光器的研究成果較多，而摻鐿的雙波長線偏振激光器卻較少。

【發(fā)明內容】

[0005]針對現(xiàn)有的技術不足，本發(fā)明提供一種雙波長可切換的線偏振摻鐿雙包層光纖激光器。本發(fā)明具有單雙波長可切換、穩(wěn)定性好以及結構簡單緊湊等優(yōu)點。
[0006]本發(fā)明還涉及一種上述激光器的調整方法。
[0007]本發(fā)明的技術方案如下:
[0008]一種雙波長可切換的線偏振摻鐿雙包層光纖激光器，包括激光器諧振腔、增益介質和抽運源；
[0009]所述的激光器諧振腔包括雙色鏡和保偏布拉格光柵；
[0010]所述增益介質包括保偏摻鐿雙包層光纖；
[0011]所述抽運源為中心波長915nm或976nm的多模半導體激光器；
[0012]所述雙波長可切換的線偏振摻鐿雙包層光纖激光器包括依次設置的雙色鏡、立方體偏振分束器、單模光纖準直器、(2+1) Xl的光纖合束器、保偏摻鐿雙包層光纖和保偏布拉格光柵。
[0013]所述中心波長915nm或976nm的多模半導體激光器通過(2+1) X I的光纖合束器與保偏摻鐿雙包層光纖相連；抽運光經(jīng)(2+1) Xl的光纖合束器稱合到保偏摻鐿雙包層光纖中，保偏摻鐿雙包層光纖的另一端與保偏布拉格光柵相連，光在經(jīng)過保偏布拉格光柵之后會有部分光延原光路返回，(2+1) Xl的光纖合束器中的單模光纖與單模光纖準直器相熔接，輸出的準直光垂直地照射到雙色鏡。抽運光完全透射出去，而大于97%的I微米波段的光被發(fā)射回原光路繼續(xù)傳播。因此激光就會在雙色鏡和保偏布拉格光柵組成的諧振腔內振蕩產(chǎn)生，最終在光柵另一端輸出。[0014]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述保偏摻鐿雙包層光纖為Nufern公司生產(chǎn)的保偏摻鐿雙包層光纖。
[0015]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，在雙色鏡和單模光纖準直器之間的立方體偏振分束器沿垂直于光路的方向上轉動設置。
[0016]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述雙包層保偏單模摻鐿光纖的參數(shù):長度為13.6m ;幾何尺寸為6/130 μ m ;纖芯數(shù)值孔徑(NA)為0.13，內包層數(shù)值孔徑為0.46，對抽運光的吸收系數(shù)為 0.6dB/m。
[0017]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的雙色鏡為對波長為I μ m光波段高反射的雙色鏡。所述的高反射率>96%。
[0018]一種上述激光器的光路調節(jié)方法:
[0019](I)以紅光標定儀發(fā)出的準直光入射到所述單模光纖準直器上，調整單模光纖準直器準直；以紅光標定儀(紅光LD)發(fā)出的準直光入射到所述單模光纖準直器上，調節(jié)五維調節(jié)架直到保偏布拉格光柵輸出端能看到最亮的紅光，表明單模光纖準直器已經(jīng)準直；
[0020](2)再放置雙色鏡并調節(jié)雙色鏡和單模光纖準直器，使單模光纖準直器的準輸出端的輸出功率達到最大值；為了使單模光纖準直器的準輸出端的輸出功率達到最大值，需要將上述雙色鏡和單模光纖準直器調節(jié)為嚴格平行；
[0021](3)進而實現(xiàn)所述激光器雙波長激光運轉；
[0022](4)在所述雙色鏡和單模光纖準直器之間插入立方體偏振分束器，通過立方體偏振分束器的旋轉，使得激光器諧振腔內相互垂直的雙波長偏振激光振蕩與立方體偏振分束器的主軸的夾角發(fā)生變化。以光譜儀可以觀察激光光譜的變化，即可觀察到單、雙波長激光的轉換。
[0023]本發(fā)明的優(yōu)勢:
[0024](I)本發(fā)明采用雙色鏡和保偏布拉格光柵構成激光器的諧振腔，具有結構簡單、成本低廉的優(yōu)勢；
[0025](2)本發(fā)明在激光器諧振腔內插入了垂直于光路方向轉到的立方體偏振分束器，通過旋轉立方體偏振分束器改變腔內的偏振態(tài)，又由于保偏光纖布拉格光柵的兩個反射峰對應的不同激光波長在偏振態(tài)上是正交的，從而可以通過立方體偏振分束器的旋轉來達到雙波長選擇輸出的目的。此方案實現(xiàn)了 I微米波段的線偏振雙波長激光輸出，擴展了雙波長輸出的波長范圍；
[0026](3)本發(fā)明采用雙色鏡和保偏布拉格光柵組成激光器諧振腔并利用光柵作為輸出腔鏡；
[0027](4)本發(fā)明采用Nufern公司生產(chǎn)的保偏摻鐿雙包層光纖作為增益光纖，增大了激光器輸出的功率范圍，從而具有輸出功率高等優(yōu)勢。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明所述雙波長可切換的線偏振摻鐿雙包層光纖激光器的示意圖；
[0029]圖2是保偏光纖布拉格光柵的透射譜；
[0030]圖3是摻鐿雙包層光纖激光器的輸出激光譜,其中(a)表不的是雙波長,(b)和(C)表不單波長；[0031]圖4是激光器輸出光譜隨立方體偏振分束器角度的變化。
[0032]在圖1中，1、雙色鏡；2、立方體偏振分束器；3、單模光纖準直器；4、中心波長915nm或976nm的多模半導體激光器；5、(2+1) X I的光纖合束器；6、保偏摻鐿雙包層光纖；
7、保偏布拉格光柵。
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0034]實施例1、
[0035]如圖1所示。
[0036]一種雙波長可切換的線偏振摻鐿雙包層光纖激光器，包括激光器諧振腔、增益介質和抽運源；
[0037]所述的激光器諧振腔包括雙色鏡和保偏布拉格光柵；
[0038]所述增益介質包括保偏摻鐿雙包層光纖；
[0039]所述抽運源為中心波長915nm或976nm的多模半導體激光器；
[0040]所述雙波長可切換的線偏振摻鐿雙包層光纖激光器包括依次設置的雙色鏡、立方體偏振分束器、單模光纖準直器、(2+1) Xl的光纖合束器、保偏摻鐿雙包層光纖和保偏布拉格光柵。
[0041]所述中心波長915nm或976nm的多模半導體激光器通過(2+1) X I的光纖合束器與保偏摻鐿雙包層光纖相連；抽運光經(jīng)(2+1) Xl的光纖合束器稱合到保偏摻鐿雙包層光纖中，保偏摻鐿雙包層光纖的另一端與保偏布拉格光柵相連，光在經(jīng)過保偏布拉格光柵之后會有部分光延原光路返回，(2+1) Xl的光纖合束器中的單模光纖與單模光纖準直器相熔接，輸出的準直光垂直地照射到雙色鏡。抽運光完全透射出去，而大于97%的I微米波段的光被發(fā)射回原光路繼續(xù)傳播。因此激光就會在雙色鏡和保偏布拉格光柵組成的諧振腔內振蕩產(chǎn)生，最終在光柵另一端輸出。
[0042]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述保偏摻鐿雙包層光纖為Nufern公司生產(chǎn)的保偏摻鐿雙包層光纖。
[0043]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，在雙色鏡和單模光纖準直器之間的立方體偏振分束器沿垂直于光路的方向上轉動設置。
[0044]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述雙包層保偏單模摻鐿光纖的參數(shù):長度為13.6m ;幾何尺寸為6/130 μ m ;纖芯數(shù)值孔徑(NA)為0.13，內包層數(shù)值孔徑為0.46，對抽運光的吸收系數(shù)為 0.6dB/m。
[0045]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的雙色鏡為對波長為I μ m光波段高反射的雙色鏡。所述的高反射率>96%。
[0046]實施例2、
[0047]一種上述激光器的光路調節(jié)方法:
[0048]( I)以紅光標定儀發(fā)出的準直光入射到所述單模光纖準直器上，調整單模光纖準直器準直；以紅光標定儀(紅光LD)發(fā)出的準直光入射到所述單模光纖準直器上，調節(jié)五維調節(jié)架直到保偏布拉格光柵輸出端能看到最亮的紅光，表明單模光纖準直器已經(jīng)準直；
[0049](2)再放置雙色鏡并調節(jié)雙色鏡和單模光纖準直器，使單模光纖準直器的準輸出端的輸出功率達到最大值；為了使單模光纖準直器的準輸出端的輸出功率達到最大值，需要將上述雙色鏡和單模光纖準直器調節(jié)為嚴格平行；
[0050](3)進而實現(xiàn)所述激光器雙波長激光運轉；
[0051](4)在所述雙色鏡和單模光纖準直器之間插入立方體偏振分束器，通過立方體偏振分束器的旋轉，使得激光器諧振腔內相互垂直的雙波長偏振激光振蕩與立方體偏振分束器的主軸的夾角發(fā)生變化。以光譜儀可以觀察激光光譜的變化，即可觀察到單、雙波長激光的轉換。
[0052]本發(fā)明的工作原理:抽運光經(jīng)光纖合束器耦合到一段最佳長度約為13.6m的6/130 μ m的雙包層保偏單模摻鐿光纖中，纖芯數(shù)值孔徑(NA)為0.13，內包層數(shù)值孔徑為
0.46，對抽運光的吸收系數(shù)為0.6dB/m ;光纖合束器中的單模光纖和一個單模光纖準直器相熔接，輸出的準直光垂直地照射到一個I μ m波段高反射(>96%@1 μ m)的雙色鏡上；而增益光纖右端熔接上一個保偏布拉格光柵作為諧振腔的輸出腔鏡，二者構成諧振腔。在雙色鏡和準直器之間插入一個可以在垂直于光路的方向上作轉動的立方體偏振分束器。光路調節(jié)方法如下:首先以紅光標定儀(紅光LD)發(fā)出的準直光入射到準直器上，調節(jié)五維調節(jié)架直到光纖光柵輸出端能看到最亮的紅光，表明準直器已經(jīng)準直，再放置雙色鏡并調節(jié)雙色鏡和準直器的嚴格平行，這時候能得到雙波長激光運轉。這時，再插入偏振分束器于二者之間，通過偏振分束器的旋轉，腔內相互垂直的雙波長偏振激光振蕩與偏振分束器的主軸的夾角發(fā)生變化，以光譜儀可以觀察激光光譜的變化，即可觀察到單、雙波長激光的轉換，如圖2所示。保偏布拉格光柵是采用相位掩模法由244nm的氬離子倍頻激光器在載氫保偏光纖中寫入，然后經(jīng)過退火處理得到穩(wěn)定光譜如圖2所示。光柵長度為2cm，反射率為10.2%，F(xiàn)ffHM為0.llnm，快慢軸對應的布拉格波長分別為1069.72和1069.97nm。
[0053]如圖3所示，兩個波長分別為1070.08nm和1070.39nm，波長較之光柵的布拉格波長大一些的原因在于固定光柵過程中的受到一定的預拉力，3dB帶寬約為0.022nm,激光消光比為45dB，如果選用高性能的偏振分束器，激光的消光比可望進一步得到提高。
[0054]如圖4所示，偏振分束器旋轉到不同位置時，激光器可以實現(xiàn)雙、單波長切換。圖中λρ//和λ SI表不偏振正交的兩個激光波長，λρ〃> λ s± ;虛線表不偏振分束器的主軸方向；角度表示偏振分束器在360旋轉刻度盤的位置。當Θ = 222°和Θ =132°時，沿偏振分束器主軸方向的光會在λρ〃和Xs I兩個方向具有相通的分量，因此形成雙波長運轉；當Θ由222°變化為177°時，光只有沿Xs I方向有分量，形成短波長線偏振激光，在此變化過程中間的200°位置則可看到較弱的長波長位置的激光。而在Θ =132°變化到Θ= 42°過程中，在Θ =87°產(chǎn)生長波長位置的線偏振激光。
[0055]上述雖然結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發(fā)明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內。
【權利要求】
1.一種雙波長可切換的線偏振摻鐿雙包層光纖激光器，其特征在于，該激光器包括激光器諧振腔、增益介質和抽運源； 所述的激光器諧振腔包括雙色鏡和保偏布拉格光柵； 所述增益介質包括保偏摻鐿雙包層光纖； 所述抽運源為中心波長915nm或976nm的多模半導體激光器； 所述雙波長可切換的線偏振摻鐿雙包層光纖激光器包括依次設置的雙色鏡、立方體偏振分束器、單模光纖準直器、(2+1) Xl的光纖合束器、保偏摻鐿雙包層光纖和保偏布拉格光柵。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種雙波長可切換的線偏振摻鐿雙包層光纖激光器，其特征在于，所述中心波長915nm或976nm的多模半導體激光器通過(2+1) X I的光纖合束器與保偏摻鐿雙包層光纖相連；抽運光經(jīng)(2+1) Xl的光纖合束器耦合到保偏摻鐿雙包層光纖中，保偏摻鐿雙包層光纖的另一端與保偏布拉格光柵相連，(2+1) Xl的光纖合束器中的單模光纖與單模光纖準直器相熔接，輸出的準直光垂直地照射到雙色鏡。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種雙波長可切換的線偏振摻鐿雙包層光纖激光器，其特征在于，所述保偏摻鐿雙包層光纖為Nufern公司生產(chǎn)的保偏摻鐿雙包層光纖。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種雙波長可切換的線偏振摻鐿雙包層光纖激光器，其特征在于，在雙色鏡和單模光纖準直器之間的立方體偏振分束器沿垂直于光路的方向上轉動設置。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種雙波長可切換的線偏振摻鐿雙包層光纖激光器，其特征在于，所述雙包層保偏單模摻鐿光纖的參數(shù):長度為13.6m ;幾何尺寸為6/130 μ m ;纖芯數(shù)值孔徑(NA)為0.13，內包層數(shù)值孔徑為0.46，對抽運光的吸收系數(shù)為0.6dB/m。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種雙波長可切換的線偏振摻鐿雙包層光纖激光器，其特征在于，所述的雙色鏡為對波長為I μ m光波段高反射的雙色鏡。
7.—種如權利要求1所述激光器的光路調節(jié)方法，包括步驟如下: (1)以紅光標定儀發(fā)出的準直光入射到所述單模光纖準直器上，調整單模光纖準直器準直； (2)再放置雙色鏡并調節(jié)雙色鏡和單模光纖準直器，使單模光纖準直器的準輸出端的輸出功率達到最大值； (3)進而實現(xiàn)所述激光器雙波長激光運轉； (4)在所述雙色鏡和單模光纖準直器之間插入立方體偏振分束器，通過立方體偏振分束器的旋轉，使得激光器諧振腔內相互垂直的雙波長偏振激光振蕩與立方體偏振分束器的主軸的夾角發(fā)生變化。
【文檔編號】H01S3/067GK103855597SQ201410074909
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月3日 優(yōu)先權日:2014年3月3日
【發(fā)明者】馮德軍, 張茂森, 劉希路, 劉冠秀 申請人:山東大學