本實(shí)用新型屬于可調(diào)諧光纖激光器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種頻率精細(xì)可調(diào)諧的單頻短腔光纖激光器。

背景技術(shù)：

可調(diào)諧光纖激光器因其具有波長(zhǎng)靈活可調(diào)、線寬窄、使用壽命高、成本經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，其具有廣泛應(yīng)用，尤其是它與光纖通信系統(tǒng)兼容性能好，其已成為全光網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)全光波長(zhǎng)編號(hào)、光交叉互聯(lián)、光插分復(fù)等功能的關(guān)鍵器件。此外，波長(zhǎng)可調(diào)諧光纖激光器還可以應(yīng)用于如傳感器領(lǐng)域中的掃描光源和實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)、多點(diǎn)及傳感陣列的實(shí)時(shí)監(jiān)控等方面，以及還可以應(yīng)用于激光雷達(dá)、激光遙感和光譜測(cè)量分析等領(lǐng)域。

目前，可調(diào)諧光纖激光器大多是采用光纖布拉格光柵（FBG）的調(diào)諧方式，而且光纖布拉格光柵的調(diào)諧方法因光纖布拉格光柵與光纖之間的良好兼容性、低成本、低損耗、易與其他光纖耦合、對(duì)偏振不敏感以及封裝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，已經(jīng)應(yīng)用于商業(yè)用途。

其中，這種商用的可調(diào)諧光纖激光器大多采用應(yīng)力調(diào)諧的方式，即利用壓電陶瓷（PZT）在光纖光柵上施加軸向應(yīng)力，通過改變光纖光柵軸向應(yīng)變來調(diào)節(jié)光纖光柵的布拉格（Bragg）波長(zhǎng)變化，從而實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)調(diào)諧。但是，目前反射帶寬較窄的光纖光柵主要是利用相位掩膜法制作的，制作過程中需要?jiǎng)兂饫w的涂覆層，造成光纖光柵易斷裂，抗拉強(qiáng)度低等缺點(diǎn)；而且有源光纖和光纖光柵熔接點(diǎn)很容易受到光纖光柵應(yīng)力變化的影響。另外，光纖光柵的基本光學(xué)特性是以布拉格（Bragg）波長(zhǎng)為中心的窄帶光學(xué)濾波器，它只反射布拉格（Bragg）中心波長(zhǎng)的光。當(dāng)光纖布拉格光柵受到外力作用時(shí)，由于彈光效應(yīng)的作用以及光柵周期的變化，將引起光纖布拉格光柵反射波中心波長(zhǎng)的偏移；而當(dāng)波長(zhǎng)偏移至激光另一個(gè)模式時(shí)，輸出激光波長(zhǎng)發(fā)生改變，也即實(shí)現(xiàn)了調(diào)諧。這種調(diào)諧方法的結(jié)果是調(diào)諧波長(zhǎng)是分立的，此外調(diào)諧間隔至少為一個(gè)模間距。受到光纖布拉格光柵（FBG）應(yīng)力施加限制，光纖光柵應(yīng)力調(diào)諧的調(diào)諧范圍相對(duì)較小。對(duì)于短腔或者超短腔來說，其模間距較大，最后能夠出射的激光波長(zhǎng)或者頻率較小。綜上所述，基于光纖布拉格光柵（FBG）應(yīng)力調(diào)諧的光學(xué)激光器真正能夠傳輸?shù)男诺罍p小，大大浪費(fèi)傳輸資源。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了一種頻率精細(xì)可調(diào)諧的單頻短腔光纖激光器，本實(shí)用新型將有源摻鉺光纖與含有壓電陶瓷在內(nèi)的壓電陶瓷觸發(fā)器連接，通過精確控制壓電陶瓷的伸縮量來主動(dòng)控制摻鉺光纖的長(zhǎng)度，從而改變激光器輸出頻率，實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧，本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、有效傳輸信道多、壽命更長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：一種頻率精細(xì)可調(diào)諧的單頻短腔光纖激光器，包括激光泵浦源、光學(xué)諧振腔、調(diào)諧裝置，激光泵浦源的輸出端連接光纖隔離器，光纖隔離器與光學(xué)諧振腔的輸入端口連接，光學(xué)諧振腔的輸出端口輸出經(jīng)光學(xué)諧振腔放大后的激光，其特征在于：光纖諧振腔包括高反射布拉格光纖光柵和低反射布拉格光纖光柵，高反射布拉格光纖光柵的一端與光纖隔離器連接，高反射布拉格光纖光柵的另一端與摻鉺光纖的輸入端連接，摻鉺光纖的輸出端與低反射布拉格光纖光柵連接，低反射布拉格光纖光柵的輸出端與光學(xué)諧振腔的輸出端口連接，所述調(diào)諧裝置包括含有壓電陶瓷和位置傳感器在內(nèi)的壓電陶瓷觸發(fā)器、以及與壓電陶瓷觸發(fā)器固定連接形成與壓電陶瓷同步運(yùn)動(dòng)配合關(guān)系的被驅(qū)動(dòng)件，該壓電陶瓷觸發(fā)器和被驅(qū)動(dòng)件沿?fù)姐s光纖軸向依次安裝于摻鉺光纖上。

上述結(jié)構(gòu)中，泵浦光源激光經(jīng)過高反射布拉格光纖光柵進(jìn)入激光諧振腔（由一對(duì)匹配好的高反射和低反射布拉格光纖光柵構(gòu)成了激光諧振腔），泵浦光進(jìn)入諧振腔后被摻鉺光纖吸收并產(chǎn)生激光，產(chǎn)生的激光經(jīng)低反射保偏光纖光柵的輸出端輸出，上述結(jié)構(gòu)通過改變與摻鉺光纖相連的壓電陶瓷的伸縮長(zhǎng)度來帶動(dòng)摻鉺光纖的長(zhǎng)度發(fā)生編號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)激光頻率調(diào)諧的輸出。

進(jìn)一步的，所述壓電陶瓷觸發(fā)器為全陶瓷封閉式裝配結(jié)構(gòu)，該全陶瓷封閉式裝配結(jié)構(gòu)內(nèi)含有壓電陶瓷和位置傳感器，該壓電陶瓷的位移精度為亞納米級(jí)。

進(jìn)一步的，所述封閉式裝配結(jié)構(gòu)呈圓柱體結(jié)構(gòu)，該圓柱體外表面經(jīng)膠粘于摻鉺光纖外周。

上述結(jié)構(gòu)中，調(diào)諧裝置包括一塊圓柱體結(jié)構(gòu)的壓電陶瓷觸發(fā)器和同直徑的不銹鋼圓柱。壓電陶瓷觸發(fā)器一端有一段圓柱凸起，可套入不銹鋼圓柱內(nèi)，并可用螺絲固定，壓電陶瓷觸發(fā)器另一端與控制器相連，可利用控制器改變壓電陶瓷的長(zhǎng)度，利用粘膠劑分別將壓電陶瓷觸發(fā)器、不銹鋼圓柱與摻鉺光纖粘結(jié)在一起。

進(jìn)一步的，所述摻鉺光纖中摻有增益介質(zhì)，該增益介質(zhì)為磷酸鹽介質(zhì)。

上述結(jié)構(gòu)中，本實(shí)用新型使用的摻鉺光纖優(yōu)選為磷酸鹽摻鉺光纖，在1530nm的纖芯峰值吸收率超過200dB/m，其長(zhǎng)度為15mm。

進(jìn)一步的，所述激光泵浦源采用帶尾纖的半導(dǎo)體激光器，該半導(dǎo)體激光器通過尾纖與高反射布拉格光纖光柵的輸入端熔接。

上述結(jié)構(gòu)中，可調(diào)諧光纖激光泵浦源采用的是半導(dǎo)體激光器，泵浦源可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定輸出，同時(shí)它的輸出功率是可以通過控制電流而調(diào)節(jié)的。激光由尾纖輸出，尾纖通過熔接與光纖隔離器一端相連，而光纖隔離器另一端與高反射光纖光柵相連。

進(jìn)一步的，所述高反射布拉格光纖光柵的反射率為99.99%，中心波長(zhǎng)為1550.02nm，反射帶寬為0.29nm，長(zhǎng)度為5mm。

進(jìn)一步的，所述低反射布拉格光纖光柵采用保偏型光纖光柵，激光反射率不低于70%，帶寬小于0.02nm。

上述結(jié)構(gòu)中，低反射光纖光柵為保偏型光纖光柵，其反射率優(yōu)選為70%，中心波長(zhǎng)為1549.98nm，其反射帶寬為0.02nm，其有效長(zhǎng)度小于等于100mm。

進(jìn)一步的，所述被驅(qū)動(dòng)件為圓柱體結(jié)構(gòu)，該圓柱體外表面經(jīng)膠粘于摻鉺光纖外周，圓柱體一徑向端面的中心經(jīng)緊固件與壓電陶瓷觸發(fā)器的一徑向端面中心連接。

采用上述方案，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)一種新的激光器調(diào)諧裝置和調(diào)諧方法，具體的是將有源摻鉺光纖一端用粘合劑固定在壓電陶瓷觸發(fā)器上，有源摻鉺光纖的另一端與與壓電陶瓷同一尺寸的圓柱形金屬塊相連；本實(shí)用新型通過精確控制壓電陶瓷的伸縮量來主動(dòng)控制激光器摻鉺光纖長(zhǎng)度，從而改變激光器輸出頻率，實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧；本實(shí)用新型的整個(gè)激光器主體結(jié)構(gòu)封裝在隔震保溫的密閉結(jié)構(gòu)中，利用半導(dǎo)體制冷片保證諧振腔常溫。在激光器輸入和輸出端連接隔離器（ISO），保證單向傳輸。

本實(shí)用新型利用壓電陶瓷與摻鉺光纖相連，避免了剝除光纖的涂覆層的步驟，從而避免光纖光柵斷裂，此外也避免了摻鉺光纖和光纖光柵的熔接點(diǎn)受到光纖光柵應(yīng)力變化的影響；另，本實(shí)用新型通過壓電陶瓷填充于封閉式裝配結(jié)構(gòu)體中避免外界環(huán)境對(duì)其精確度的影響，從而可以精度控制壓電陶瓷的伸縮量，反饋得到摻鉺光纖的長(zhǎng)度實(shí)際變化量；本實(shí)用新型所用壓電陶瓷的最小位移精度為亞納米量級(jí)，可以實(shí)現(xiàn)3MHz左右的調(diào)諧間隔，最大伸縮長(zhǎng)度為30um，能夠達(dá)到10GHz的調(diào)諧范圍，具有更大的通信信道，能提供更高更大的傳輸速率和傳輸容量。本實(shí)用新型在整個(gè)調(diào)諧范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)線性調(diào)諧，并且調(diào)諧重復(fù)精度低于0.6%，調(diào)諧速率快。相比基于FBG應(yīng)力調(diào)諧的調(diào)諧方案，本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、有效傳輸信道多，壽命更長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。

附圖說明

附圖1為本實(shí)施例的可調(diào)諧DBR激光器主體結(jié)構(gòu)；

附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件例表如下：

激光泵浦源1（帶尾纖輸出的半導(dǎo)體激光器）、光纖隔離器2、不銹鋼圓柱體3、堆疊式壓電陶瓷觸發(fā)器4、高反射布拉格光纖光柵5、摻雜磷酸鹽摻鉺光纖6、低反射保偏型布拉格光纖光柵7。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型的具體實(shí)施例如圖1所示是頻率精細(xì)可調(diào)諧的單頻短腔DBR光纖激光器，該激光器包括帶光纖隔離器2的激光泵浦源1、高反射布拉格光纖光柵5、摻有激光增益介質(zhì)的摻鉺光纖6、低反射保偏型布拉格光纖光柵7、調(diào)諧裝置，高反射布拉格光纖光柵5和低反射保偏型布拉格光纖光柵7構(gòu)成光學(xué)諧振腔，激光泵浦源1的輸出端連接光纖隔離器2，光纖隔離器2與光學(xué)諧振腔的輸入端口連接，光學(xué)諧振腔的輸出端口輸出經(jīng)光學(xué)諧振腔放大后的激光，高反射布拉格光纖光柵5的一端與光纖隔離器2連接，高反射布拉格光纖光柵5的另一端與摻鉺光纖6的輸入端連接，摻鉺光纖6的輸出端與低反射保偏型布拉格光纖光柵7連接，低反射保偏型布拉格光纖光柵7的輸出端與光學(xué)諧振腔的輸出端口連接，調(diào)諧裝置包括含有壓電陶瓷和位置傳感器在內(nèi)的堆疊式壓電陶瓷觸發(fā)器4、以及與堆疊式壓電陶瓷觸發(fā)器4固定連接形成與壓電陶瓷同步運(yùn)動(dòng)配合關(guān)系的被驅(qū)動(dòng)件，該堆疊式壓電陶瓷觸發(fā)器4和被驅(qū)動(dòng)件沿?fù)姐s光纖6軸向依次安裝于摻鉺光纖6上。上述泵浦光源激光經(jīng)過高反射布拉格光纖光柵5進(jìn)入激光諧振腔（由一對(duì)匹配好的高反射和低反射保偏型布拉格光纖光柵7構(gòu)成了激光諧振腔），泵浦光被高摻鉺光纖6吸收并產(chǎn)生激光，產(chǎn)生的激光經(jīng)低反射保偏光纖光柵輸出端輸出，本實(shí)用新型通過改變與摻鉺光纖6相連的壓電陶瓷的伸縮長(zhǎng)度來改變摻鉺光纖6的長(zhǎng)度，從而實(shí)現(xiàn)激光頻率調(diào)諧輸出。

上述可調(diào)諧光纖激光泵浦源1采用的是半導(dǎo)體激光器，泵浦源可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定輸出，同時(shí)它的輸出功率可以通過控制電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。激光泵浦源1的輸出端通過尾纖與光纖隔離器2連接，尾纖通過熔接與光纖隔離器2一端相連，而光纖隔離器2另一端與高反射布拉格光纖光柵5熔接。

上述高反射布拉格光纖光柵5的反射率為99.99%，中心波長(zhǎng)為1550.02nm，反射帶寬為0.29nm，長(zhǎng)度為5mm。低反射保偏型布拉格光纖光柵7為保偏型光纖光柵，其反射率為70%，中心波長(zhǎng)為1549.98nm，其反射帶寬為0.02nm，其有效長(zhǎng)度長(zhǎng)度小于等于100mm。

本實(shí)用新型使用的摻鉺光纖6優(yōu)選為磷酸鹽摻鉺光纖6。在1530nm的纖芯峰值吸收率超過200dB/m。其長(zhǎng)度為15mm，直徑為12mm。

上述調(diào)諧裝置中的被驅(qū)動(dòng)件為一塊呈圓柱體結(jié)構(gòu)的堆疊式壓電陶瓷觸發(fā)器4、與堆疊式壓電陶瓷觸發(fā)器4同直徑的不銹鋼圓柱體3。堆疊式壓電陶瓷觸發(fā)器4的一端有一段圓柱凸起，可套入不銹鋼圓柱體3內(nèi)，并用螺絲固定。利用粘膠分別將堆疊式壓電陶瓷觸發(fā)器4和不銹鋼圓柱體3分別與摻鉺光纖6粘結(jié)在一起。堆疊式壓電陶瓷觸發(fā)器4的另一端與電壓控制器相連，可利用控制器來調(diào)節(jié)壓電陶瓷的伸縮長(zhǎng)度，從而對(duì)摻鉺光纖6的長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)激光頻率調(diào)諧輸出。

本實(shí)用新型專利的工作原理如下：半導(dǎo)體激光泵浦源1發(fā)出的激光經(jīng)過光纖隔離器2后通過高反射布拉格光纖光柵5入射到摻鉺光纖6中，摻鉺光纖6吸收泵浦光反射激光，激光在由高反射布拉格光纖光柵5和低反射保偏型布拉格光纖光柵7構(gòu)造的諧振腔內(nèi)來回震蕩從而不斷放大從而經(jīng)過低反射保偏型布拉格光纖光柵7輸出。本實(shí)用新型將堆疊式壓電陶瓷（PZT）觸發(fā)器4與摻鉺光纖6黏合，通過精確控制壓電陶瓷的伸縮量來主動(dòng)控制激光器摻鉺光纖6長(zhǎng)度，從而改變激光器輸出頻率，實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧。

本實(shí)用新型不局限于上述具體實(shí)施方式，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型公開的內(nèi)容，可以采用其他多種具體實(shí)施方式實(shí)施本實(shí)用新型的，或者凡是采用本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和思路，做簡(jiǎn)單變化或更改的，都落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。