基于瑞利散射反饋的2um布里淵單頻光纖激光器的制造方法
【專利摘要】一種基于瑞利散射反饋的2um布里淵單頻光纖激光器，包括：種子光源、第一光纖隔離器、第一光纖合束器、第一泵浦光、第一摻銩光纖、第二光纖隔離器、第二泵浦光、第二光纖合束器、第二摻銩光纖、第一光纖環形器、偏振控制器、單模光纖、光纖耦合器、第二光纖環形器、非一致性光纖、第三泵浦光、第三光纖合束器、第三摻銩光纖和第三光纖隔離器。本發明基于受激布里淵及環形腔產生kHz量級窄線寬激光，利用瑞利散射反饋進一步壓縮線寬到Hz量級，同時實現了超窄線寬、高信噪比、高功率等應用要求。
【專利說明】基于瑞利散射反饋的2um布里淵單頻光纖激光器
【技術領域】
[0001] 本發明涉及2 μ m單頻光纖激光器，尤其涉及一種基于瑞利散射反饋的2 μ m布里 淵單頻光纖激光器。本發明屬于中紅外激光器技術研究領域范疇，應用領域包括激光測距， 激光遙感，激光成像，光電對抗，醫學診斷和治療，材料處理，光學信號處理，數據處理等領 域。
【背景技術】
[0002] 中紅外激光器廣泛應用于激光測距，激光遙感，激光成像，光電對抗，醫學診斷和 治療，材料處理，光學信號處理，數據處理等領域。在一些領域中，需要達到高輸出功率，高 光束質量，超窄線寬技術，單縱模，信噪比高和頻率穩定性高等要求。布里淵單頻光纖激光 器相對于其他種類的激光器可以在一定程度上滿足上述要求，并可做成輕型，緊湊，高效器 件，能夠滿足各個領域對技術指標的要求。
[0003] 2 μ m布里淵單頻光纖激光器已經有相關研究，利用受激布里淵散射及環形腔的的 線寬壓縮，輸出線寬可以達到kHz量級。布里淵單頻激光器具有結構簡單；輸出功率高且穩 定，可以達到瓦特量級；信噪比高等優點。但，對于實現線寬小于kHz量級，仍然有一定挑戰 性。
[0004] 為了獲得超窄線寬、更高的信噪比、高頻率穩定性，在現有的技術基礎上，引入瑞 利散射反饋，從而能夠實現Hz量級、更高信噪比、高頻率穩定性的單頻激光器。
【發明內容】
[0005] 為了克服上述現有技術的不足，本發明提供一種基于受激瑞利散射反饋的2μπι 布里淵單頻光纖激光器，且具有結構簡單，長期穩定性好，光束質量高，整機成本較低，光學 性能較好的特點。
[0006] 本發明的技術解決方案如下：
[0007] -種基于瑞利散射反饋的2um布里淵單頻光纖激光器，特點在于其構成包括：種 子光源、第一光纖隔離器、第一光纖合束器、第一泵浦光、第一摻錢光纖、第二光纖隔離器、 第二泵浦光、第二光纖合束器、第二摻錢光纖、第一光纖環形器、偏振控制器、單模光纖、光 纖耦合器、第二光纖環形器、非一致性光纖、第三泵浦光、第三光纖合束器、第三摻銩光纖、 第三光纖隔離器，上述部件的連接關系如下：
[0008] 所述的種子光源與所述的第一光纖隔離器的輸入端相連，該第一光纖隔離器的輸 出端與所述的第一光纖合束器的信號光纖輸入端相連，第一泵浦光與所述的第一光纖合束 器的泵浦光纖輸入端相連，該第一光纖合束器的輸出端經第一摻錢光纖與所述的第二光纖 隔離器的輸入端相連，該第二光纖隔離器的輸出端接所述的第二光纖合束器的信號光纖輸 入端，所述的第二泵浦光與所述的第二光纖合束器的泵浦光纖輸入端相連，該第二光纖合 束器的輸出端經第二摻銩光纖與所述的第一光纖環形器的第一端口相連，該第一光纖環形 器的第二端口經所述的偏振控制器和單模光纖接所述的光纖耦合器的第一端口，該光纖耦 合器的第二端口與所述的第一光纖環形器的第三端口相連，第一光纖環形器第二端口與第 三端口之間的光路構成受激布里淵激光器的環形腔，所述的光纖耦合器的第三端口與所述 的第二光纖環形器的第一端口相連，該第二光纖環形器的第二端口接所述的非一致性光 纖，該第二光纖環形器的第三端口與所述的第三光纖合束器的信號光纖輸入端相連，所述 的第三泵浦光與該第三光纖合束器的泵浦光纖輸入端相連，該第三光纖合束器的輸出端經 第三摻銩光纖與所述的第三光纖隔離器的輸入端相連，該第三光纖隔離器的輸出端接所述 的光纖耦合器的第四端口，所述的非一致性光纖的另一端為激光器的輸出端。
[0009] 所述的種子光源是帶尾纖2μπι DFB固體激光器，其線寬小于1MHz，輸出功率為 2mW,輸出尾纖為 Corning SM-28e。
[0010] 所述的第一泵浦光、第二泵浦光和第三泵浦光的中心波長均為793±3nm，光纖芯 徑105/125 μ m，最大輸出功率為12W。
[0011] 所述的第一光纖隔離器的隔離度為30dB，承受功率為200mW，中心波長為2μπι，帶 寬±10nm，插入損耗1. 3dB ;所述第二光纖隔離器的隔離度為50dB，承受功率為5W，中心波 長為2 μ m，帶寬± 10nm，插入損耗1. 3dB。
[0012] 所述的第一光纖合束器、第二光纖合束器與第三光纖合束器均為（2+1) :1型，閾 值功率20W，泵浦端光纖芯徑105/125 μ m，信號端光纖芯徑9/125 μ m，信號光損耗0. 23dB， 輸出光纖為10/125 μ m。
[0013] 所述的第一摻銩光纖、第二摻銩光纖與第三摻銩光纖均為雙包層光纖，10/130NA =0. 15/0. 46,吸收系數為 3dB/m@793nm，長度為 4m。
[0014] 所述的第一光纖環形器與第二光纖環形器的工作波長均為2 μ m，1 - 2插入損耗 1. 05dB，2 - 3插入損耗1. 14dB，2 - 1隔離度20dB，3 - 2隔離度20dB，尾纖類型Corning SMF-28e。
[0015] 所述的偏振控制器為thorlabs微型偏振控制器FPC020。
[0016] 所述的單模光纖類型為Corning SMF-28e，長度10m。
[0017] 所述的光纖f禹合器的工作波長為2 μ m，帶寬為± 10nm，分光比40 :60,尾纖 Corning SMF_28e〇
[0018] 與現有技術相比，本發明的有益效果是：
[0019] (1)利用兩級放大器將種子光源放大到受激布里淵環形激光器閾值之上，再利用 受激布里淵激光器實現了超窄線寬輸出，利用瑞利散射反饋實現超窄線寬單頻激光輸出。
[0020] (2)實現了高功率、超窄線寬、高信噪比，頻率長期穩定等應用要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發明基于瑞利散射反饋的2um布里淵單頻光纖激光器的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0022] 下面結合實施例和附圖對本發明做詳細的說明，本實施例在以本發明技術方案為 前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于 下述的實施例。
[0023] 如圖1所示，本實施例包括種子光功率放大部分、布里淵環形腔、反饋部分組成。 更具體的說，本發明由如下器件構成：
[0024] 種子放大功率部分：種子光源1是DFB固體激光器，其線寬小于1MHz，尾纖熔接到 第一光纖隔離器2,該第一光纖隔離器2的工作波長2 μ m，承受功率200mW,隔離度30dB, 防止回返光對DFB固體激光器1的光學損傷。第一合束器3將種子光源1及第一泵浦光4 耦合進第一摻銩光纖5,對種子光進行放大，為了減小自發輻發的影響采用兩級放大，第一 級為小功率放大器，第一摻錢光纖5的輸出端烙接第一光纖隔離器6,該第一光纖隔離器6 的承受功率為5W，隔離度為50dB。第二合束器8將第一級放大信號光和第二泵浦光7耦合 進入第二摻銩光纖9。該第二摻銩光纖9的另一端連接第一光纖環形器10的第一端口。
[0025] 布里淵環形腔部分：第一光纖環形器10的第二端口接偏振控制器11，偏振控制 器連接Corning SMF-28e標準單模光纖12的一端，使腔長達到單頻輸出要求，Corning SMF-28e標準單模光纖12的另一端連接2um光纖稱合器13的第一端口，該光纖稱合器13 的分光比為40 :60,其第二端口連接第一光纖環形器的第三端口。
[0026] 反饋部分：光纖耦合器13的第三端口為受激布里淵激光器的輸出，即光纖耦合器 13的第三端口（輸出端）連接第二光纖環形器14的第一端口，其第二端口連接非一致光纖 15,第三端口連接該第三光纖合束器17的信號光纖輸入端，第三泵浦光16連接該第三光纖 合束器17的泵浦光纖輸入端。該第三光纖合束器17的輸出端經摻錢光纖18連接第三光 纖隔離器19的輸入端，該第三光纖隔離器19的輸出端連接光纖耦合器13的第四端口，即 反饋端口。
[0027] 所述的第一泵浦光、第二泵浦光和第三泵浦光的中心波長均為793±3nm，光纖芯 徑105/125 μ m，最大輸出功率為12W。
[0028] 所述的第一光纖隔離器的隔離度為30dB，承受功率為200mW，中心波長為2 μ m，帶 寬±10nm，插入損耗1. 3dB ;所述第二光纖隔離器的隔離度為50dB，承受功率為5W，中心波 長為2 μ m，帶寬± 10nm，插入損耗1. 3dB。
[0029] 所述的第一光纖合束器、第二光纖合束器與第三光纖合束器均為（2+1) :1型，閾 值功率20W，泵浦端光纖芯徑105/125 μ m，信號端光纖芯徑9/125 μ m，信號光損耗0. 23dB， 輸出光纖為10/125 μ m。
[0030] 所述的第一摻銩光纖、第二摻銩光纖與第三摻銩光纖均為雙包層光纖，10/130NA =0. 15/0. 46,吸收系數為 3dB/m@793nm，長度為 4m。
[0031] 所述的第一光纖環形器與第二光纖環形器的工作波長均為2 μ m，1 - 2插入損耗 1. 05dB，2 - 3插入損耗1. 14dB，2 - 1隔離度20dB，3 - 2隔離度20dB，尾纖類型Corning SMF-28e。
[0032] 所述的偏振控制器為thorlabs微型偏振控制器FPC020。
[0033] 所述的單模光纖類型為Corning SMF-28e，長度10m。
[0034] 所述的光纖f禹合器的工作波長為2 μ m，帶寬為± 10nm，分光比40 :60，尾纖 Corning SMF_28e〇
[0035] 本發明的工作原理如下：
[0036] DFB固體激光器功率2mW，線寬小于1MHz經過第一級放大后為150mW，經過第二級 放大后光功率可以達到5W，環形器最大承受功率為5W，因此可以通過控制泵浦功率將功率 控制在5W以內，經過放大后的2 μ m單頻光作為泵浦光通過環形器（順時針）進入環形腔。 經過理論計算，受激布里淵散射閾值在1W左右，當超過閾值后，產生與泵浦光方向相反的 stokes (逆時針）光，反向的stokes光在環形腔中形成諧振，實現單頻也即窄線寬輸出。 [0037] 布里淵激光器輸出作為泵浦光經過第二環形器14的第一端口 1，由第二端口輸出 到非一致性光纖15,產生背向瑞利散射，背向散射光與泵浦光同頻率。由于瑞利散射在長波 長方向增益較小，而在短波長方向增益較大，因此瑞利散射的線寬要小于泵浦光。瑞利散射 第二環形器14的第二端口到第三端口后，經第三光纖合束器17、第三摻銩光纖18、第三光 纖隔離器19,反饋回布里淵光纖環形腔。瑞利散射作為受激布里淵的信號光（逆時針），繼 續放大，與新產生的受激布里淵信號光干涉，從而進一步壓縮輸出光的線寬。非一致性光纖 15的另一端作為激光器的輸出端。
【權利要求】
1. 一種基于瑞利散射反饋的2um布里淵單頻光纖激光器，特征在于其構成包括：種子 光源（1)、第一光纖隔離器（2)、第一光纖合束器（3)、第一泵浦光（4)、第一摻錢光纖（5)、第 二光纖隔離器（6)、第二泵浦光（7)、第二光纖合束器（8)、第二摻錢光纖（9)、第一光纖環形 器（10)、偏振控制器（11)、單模光纖（12)、光纖耦合器（13)、第二光纖環形器（14)、非一致 性光纖（15)、第三泵浦光（16)、第三光纖合束器（17)、第三摻錢光纖（18)、第三光纖隔離器 (19)，上述部件的連接關系如下： 所述的種子光源與所述的第一光纖隔離器的輸入端相連，該第一光纖隔離器的輸出 端與所述的第一光纖合束器的信號光纖輸入端相連，第一泵浦光與所述的第一光纖合束器 的泵浦光纖輸入端相連，該第一光纖合束器的輸出端經第一摻銩光纖與所述的第二光纖隔 離器的輸入端相連，該第二光纖隔離器的輸出端接所述的第二光纖合束器的信號光纖輸入 端，所述的第二泵浦光與所述的第二光纖合束器的泵浦光纖輸入端相連，該第二光纖合束 器的輸出端經第二摻銩光纖與所述的第一光纖環形器的第一端口相連，該第一光纖環形器 的第二端口經所述的偏振控制器和單模光纖接所述的光纖耦合器的第一端口，該光纖耦合 器的第二端口與所述的第一光纖環形器的第三端口相連，第一光纖環形器第二端口與第三 端口之間的光路構成受激布里淵激光器的環形腔，所述的光纖耦合器的第三端口與所述的 第二光纖環形器的第一端口相連，該第二光纖環形器的第二端口接所述的非一致性光纖的 一端，該第二光纖環形器的第三端口與所述的第三光纖合束器的信號光纖輸入端相連，所 述的第三泵浦光與該第三光纖合束器的泵浦光纖輸入端相連，該第三光纖合束器的輸出端 經第三摻銩光纖與所述的第三光纖隔離器的輸入端相連，該第三光纖隔離器的輸出端接所 述的光纖耦合器的第四端口，所述的非一致性光纖的另一端為激光器的輸出端。
2. 根據權利要求1所述的基于瑞利散射反饋的2um布里淵單頻光纖激光器，其特征在 于所述的種子光源是帶尾纖2μπι DFB固體激光器，其線寬小于1MHz，輸出功率為2mW，輸出 尾纖為 Corning SM_28e。
3. 根據權利要求1所述的基于瑞利散射反饋的2um布里淵單頻光纖激光器，其特征 在于所述的第一泵浦光、第二泵浦光和第三泵浦光的中心波長均為793±3nm，光纖芯徑 105/125 μ m，最大輸出功率為12W。
4. 根據權利要求1所述的基于瑞利散射反饋的2um布里淵單頻光纖激光器，其特征 在于所述的第一光纖隔離器的隔離度為30dB，承受功率為200mW，中心波長為2 μ m，帶寬 ±10nm，插入損耗1. 3dB ;所述第二光纖隔離器的隔離度為50dB，承受功率為5W，中心波長 為2 μ m，帶寬± 10nm，插入損耗1. 3dB。
5. 根據權利要求1所述的基于瑞利散射反饋的2um布里淵單頻光纖激光器，其特征在 于所述的第一光纖合束器、第二光纖合束器與第三光纖合束器均為（2+1) :1型，閾值功率 20W，泵浦端光纖芯徑105/125 μ m，信號端光纖芯徑9/125 μ m，信號光損耗0. 23dB，輸出光 纖為 10/125 μ m。
6. 根據權利要求1所述的基于瑞利散射反饋的2um布里淵單頻光纖激光器，其特征 在于所述的第一摻銩光纖、第二摻銩光纖與第三摻銩光纖均為雙包層光纖，10/130NA = 0. 15/0. 46,吸收系數為 3dB/m@793nm，長度為 4m。
7. 根據權利要求1所述的基于瑞利散射反饋的2um布里淵單頻光纖激光器，其特 征在于所述的第一光纖環形器與第二光纖環形器的工作波長均為2 μ m，1 - 2插入損耗 1. 05dB，2 - 3插入損耗1. 14dB，2 - 1隔離度20dB，3 - 2隔離度20dB，尾纖類型Corning SMF-28e。
8. 根據權利要求1所述的基于瑞利散射反饋的2um布里淵單頻光纖激光器，其特征在 于所述的偏振控制器為thorlabs微型偏振控制器FPC020。
9. 根據權利要求1所述的基于瑞利散射反饋的2um布里淵單頻光纖激光器，其特征在 于所述的單模光纖類型為Corning SMF-28e,長度10m。
10. 根據權利要求1所述的基于瑞利散射反饋的2um布里淵單頻光纖激光器，其特征 在于所述的光纖耦合器的工作波長為2 μ m，帶寬為± 10nm，分光比40 :60,尾纖Corning SMF-28e。
【文檔編號】H01S3/08GK104104001SQ201410370908
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月31日 優先權日:2014年7月31日
【發明者】徐劍秋, 羅永鋒, 唐玉龍, 楊建龍, 王世偉, 王堯, 顏碩, 張耿 申請人:上海交通大學