多腔結構光纖激光器及提高光纖激光器重復頻率的方法
【專利摘要】本發明提供的多腔結構光纖激光器，實現1GHz以上重復頻率的脈沖輸出，其特征在于，包括：激光放大器，包含：激光放大輸出端和激光放大輸入端；光分束器，與所述激光放大器的所述激光放大輸出端相連接；至少二個鎖模元件，與所述光分束器相連接；至少二個延遲光纖，與所述鎖模元件的數量相同，分別與所述鎖模元件一一連接，構成至少二個分支光路;以及光合束器，一端與所述延遲光纖相連接，另一端與所述激光放大輸入端相連，構成激光器回路。
【專利說明】多腔結構光纖激光器及提高光纖激光器重復頻率的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及激光【技術領域】，特別涉及一種利用多腔結構提高光纖激光器重復頻率 的多腔結構光纖激光器及提高光纖激光器重復頻率的方法。
【背景技術】
[0002] 高重復頻率激光在激光測距、激光雷達、激光通信、光學頻率梳等方面有著十分 重要的應用。如高重復頻率激光測距具有目標搜索時間短、定位精度高、回波點數多的特 點，可極大推進衛星激光測距技術的發展。又如高分辨率的天文階梯光柵的頻率分辨間隔 10-30GHZ，常規的光學頻率梳的重復頻率只有100-500MHZ，并不能直接用于天文光譜儀的 定標和校準。因此，有必要將常規的脈沖激光器的重復頻率提高一至幾個數量級。
[0003] 一般的，較短的激光器腔長對應于較高的重復頻率。因此，要提高激光振蕩器的重 復頻率就需要縮短激光器回路的幾何長度。無論是主動鎖模激光器還是被動鎖模激光器， 激光器回路中的增益光纖的長度、光纖器件的封裝尺寸和器件的尾纖長度是限制光纖激光 器重復頻率進一步提高的主要因素。通常光纖激光器的重復頻率為一般不大于500MHz。 通過采用集成化的光纖器件，及盡量減少尾纖長度可獲得750MHz的脈沖輸出（Optics Letters, Vol. 38，pp314, 2013)。但是目前要進一步提高重復頻率至超過1GHz，光路結構復 雜，光纖熔接和處理難度越大，容錯率越低。
【發明內容】
[0004] 本發明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種利用多腔結構，提高重 復頻率至超過1GHz的多腔結構光纖激光器及提高光纖激光器重復頻率的方法。
[0005] 本發明提供的多腔結構光纖激光器，其特征在于，包括：激光放大器，包含：激光 放大輸出端和激光放大輸入端；光分束器，與激光放大器的激光放大輸出端相連接；至少 二個鎖模元件，與光分束器相連接；至少二個延遲光纖，與鎖模元件的數量相同，分別與鎖 模元件一一連接，構成至少二個分支光路；以及光合束器，一端與延遲光纖相連接，另一端 與激光放大輸入端相連，構成激光器回路。
[0006] 本發明提供的多腔結構光纖激光器，還具有這樣的特征：其中，激光放大器還包 含：光隔離器、激光泵浦源、波分復用器和增益光纖，光隔離器，依次與激光泵浦源、波分復 用器和增益光纖相連接，光隔離器的輸入端作為激光放大輸入端，增益光纖的輸出端作為 激光放大輸出端。
[0007] 本發明提供的多腔結構光纖激光器，還具有這樣的特征：其中，鎖模元件可以采用 非線性偏振旋轉器件、起偏光纖、半導體可飽和吸收體、石墨烯、碳納米管等。
[0008] 本發明提供的多腔結構光纖激光器，還具有這樣的特征：其中，增益光纖摻雜有稀 土離子，稀土離子可為：Yb3+、Er3\ Tm3\ Ho3+或Lu3+等中的一種或者組合。
[0009] 本發明還提供的提高光纖激光器重復頻率的方法，具有以下步驟：利用權利要求 1至4多腔結構光纖激光器，當激光放大器和第一分支光路形成回路，其它分支回路為斷路 時，多腔結構光纖激光器的第一重復頻率fi等于激光腔內頻譜的第一縱模間隔V i，當激光 放大器和第二分支光路形成回路，其它分支回路為斷路時，激光器的第二重復頻率f2等于 激光腔內頻譜的第二縱模間隔v2，當同時開啟第一和第二分支光路時，滿足vm=q V1 = P v 2 (q和p為整數）的頻率才能在光路中實現振蕩，當第一重復頻率和第二重復頻率f2 無公約數，總重復頻率為4 = 4X4 = 143MHz,當第一分支光路和第二分支光路與激光放 大器共同形成回路時，且第一重復頻率和第二重復頻率f2有公約數n，總重復頻率為fm' =f^Xf^/n。
[0010] 發明作用和效果
[0011] 根據本發明所涉及多腔結構光纖激光器及提高光纖激光器重復頻率的方法，利用 光分路器、鎖模元件和延遲光纖將光路分成至少兩個分支光路，再通過光合路器將分支光 路合路，從而形成1GHZ以上重復頻率的脈沖輸出。因此，本發明的腔結構光纖激光器及提 高光纖激光器重復頻率的方法光路結構簡單，在不增加技術難度的基礎上，僅采用光路復 制，即在一個環形腔的基礎上，加上復制的分支光路部分，就可實現脈沖激光器重復頻率的 提聞。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012] 圖1是本發明在實施例中的多腔結構提高光纖激光器的結構框圖；
[0013] 圖2是本發明在實施例中的激光放大器的結構框圖；
[0014]圖3是本發明在實施例中的非線性偏振旋轉鎖模元件結構框圖；以及
[0015] 圖4是本發明在實施例中的多腔結構光纖激光器縱模間隔的原理圖。
【具體實施方式】
[0016] 以下參照附圖實及施例對本發明所涉及的爬壁機器人裝置作詳細的描述。
[0017] 實施例
[0018] 圖1是本發明在實施例中的多腔結構提高光纖激光器的結構框圖。
[0019] 如圖1所不，多腔結構提高光纖激光器100具有激光放大器10、光分束器20、鎖模 元件30、延遲光纖40和光合束器50。
[0020] 激光放大器10為多腔結構光纖激光器中回路的共有光路，包含有激光放大輸出 端和激光放大輸入端。
[0021] 光分束器20的輸入端連接在激光放大輸出端，對光路進行分路現成分支光路，并 將分支光路分別從分束輸出端輸出。
[0022] N個鎖模兀件30 (N > 1), 一端與光分束器20的分束輸出端 對應連接，實現單 支回路的鎖模脈沖輸出。
[0023] N個延遲光纖40 (N > 1)，一端與鎖模元件30 -一對應連接，用于調整第一至第N 分支光路不同激光回路的重復頻率。
[0024] 光合束器50，一端與延遲光纖40連接，另一端與激光放大輸入端連接，使得每個 分支光路都形成一個回路。
[0025] 圖2是本發明在實施例中的激光放大器的結構框圖。
[0026] 如圖2所示，激光放大器10具有：光隔離器11、激光泵浦源12、波分復用器13和 增益光纖14。
[0027] 光隔離器11的輸出端順次連接有波分復用器13的信號輸入端和增益光纖14。
[0028] 激光泵浦源12的輸出端與波分復用器13的泵浦輸入端相連。光隔離器11的輸 入端作為激光放大器10的輸入端。
[0029] 增益光纖14的輸出端作為激光放大器10的輸出端，摻雜有稀土離子增益光纖，稀 土離子可為：Yb3+、Er3+、Tm3+、H 03+或Lu3+等中的一種或者組合。所用光學器件的波長與所選 摻雜光纖的波長匹配。
[0030]圖3是本發明在實施例中的非線性偏振旋轉鎖模元件結構框圖。
[0031] 如圖3所示，鎖模元件30可以采用非線性偏振旋轉器件、起偏光纖、半導體可飽和 吸收體、石墨烯、碳納米管等鎖模器件。本實施例中的鎖模元件30為非線性偏振旋轉器件。 鎖模兀件30具有：第一偏振控制器31,光纖稱合偏振分束器32和第二偏振控制器33。
[0032] 第一偏振控制器31，順次連接光纖耦合偏振分束器32和第二偏振控制器33。第 一偏振控制器31的輸入端作為鎖模兀件30的輸入端，第二偏振控制器33的輸出端作為鎖 模元件30的輸出端，實現單支回路的鎖模脈沖輸出。
[0033] 圖4是本發明在實施例中的多腔結構光纖激光器縱模間隔的原理圖。
[0034] 如圖4所示，當激光放大器10和第一分支光路形成回路，其它分支回路為斷路時， 激光器的重復頻率4等于激光腔內頻譜的縱模間隔?當激光放大器10和第二分支光 路形成回路，其它分支回路為斷路時，激光器的重復頻率f2等于激光腔內頻譜的縱模間隔 v2。當同時開啟第一和第二分支光路時，等于為整個回路加入了選頻功能，使得滿足vm = q v i = P v2(q和p為整數）的頻率才能在光路中實現振湯。
[0035] 當激光放大器10和第一分支光路形成回路，其它分支回路為斷路時，輸出脈沖重 復頻率為= 11MHz ;激光放大器10和第二分支光路形成回路時，其它分支回路為斷路，輸 出脈沖重復頻率為f2 = 13MHz。當第一和第二分支回路與激光放大器10共同形成回路時， 且與f2無公約數，激光脈沖的重復頻率4 = 4X4= 143MHz,即重復頻率提高一個數量 級。此時，所需的激光泵浦源12的輸出功率也需相應提高。
[0036] 同理，當激光放大器10和第一分支光路形成回路，其它分支回路為斷路時，輸出 脈沖重復頻率為4 = 110MHz ;激光放大器10和第二分支光路形成回路時，其它分支回路為 斷路，輸出脈沖重復頻率為f2 = 130MHz。當第一和第二分支回路與激光放大器10共同形 成回路時，且與有公約數n = 10,激光脈沖的重復頻率fm = fj X f2/n = 1. 43GHz,即 重復頻率提高至1.43GHz。
[0037] 增益光纖為摻雜有稀土離子增益光纖，稀土離子可為：Yb3+、Er3\ Tm3\ Ho3+或Lu3+ 等中的一種或者組合。所用光學器件的波長與所選摻雜光纖的波長匹配。
[0038] 實施例的作用與效果
[0039] 根據本實施例所涉及多腔結構光纖激光器及提高光纖激光器重復頻率的方法，利 用光分路器、鎖模元件和延遲光纖將光路分成至少兩個分支光路，再通過光合路器將分支 光路合路，從而形成1GHz以上重復頻率的脈沖輸出。因此，本發明的腔結構光纖激光器及 提高光纖激光器重復頻率的方法光路結構簡單，在不增加技術難度的基礎上，僅采用光路 復制，即在一個環形腔的基礎上，加上復制的分支光路部分，就可實現脈沖激光器重復頻率 的提聞。
[0040] 本實施例所涉及多腔結構光纖激光器及提高光纖激光器重復頻率的方法，由于具 有非線性偏振旋轉器件，因此能夠穩定地形成鎖模鎖模脈沖輸出。
[0041] 本實施例所涉及多腔結構光纖激光器及提高光纖激光器重復頻率的方法，由于具 有稀土離子，因此能夠通過使得光纖具有增益特性。
[0042] 上述實施方式為本發明的優選案例，并不用來限制本發明的保護范圍。
【權利要求】
1. 一種多腔結構光纖激光器，其特征在于，包括： 激光放大器，包含：激光放大輸出端和激光放大輸入端； 光分束器，與所述激光放大器的所述激光放大輸出端相連接； 至少二個鎖模元件，與所述光分束器相連接； 至少二個延遲光纖，與所述鎖模元件的數量相同，分別與所述鎖模元件一一連接，構成 至少二個分支光路；以及 光合束器，一端與所述延遲光纖相連接，另一端與所述激光放大輸入端相連，構成激光 器回路。
2.根據權利要求1所述的多腔結構光纖激光器，其特征在于： 其中，所述激光放大器還包含：光隔離器、激光泵浦源、波分復用器和增益光纖， 所述光隔離器，依次與所述激光泵浦源、所述波分復用器和所述增益光纖相連接，所述 光隔離器的輸入端作為所述激光放大輸入端，所述增益光纖的輸出端作為所述激光放大輸 出端。
3.根據權利要求1所述的多腔結構光纖激光器，其特征在于： 其中，所述鎖模元件可以采用非線性偏振旋轉器件、起偏光纖、半導體可飽和吸收體、 石墨烯、碳納米管等。
4.根據權利要求2所述的多腔結構光纖激光器，其特征在于： 其中，所述增益光纖摻雜有所述稀土離子，稀土離子可為：Yb3+、Er3+、Tm 3+、H03+或Lu3+等 中的一種或者組合。
5. 一種提高光纖激光器重復頻率的方法，具有以下步驟： 利用權利要求1至4所述多腔結構光纖激光器， 當所述激光放大器和第一分支光路形成回路，其它分支回路為斷路時，所述多腔結構 光纖激光器的第一重復頻率等于激光腔內頻譜的第一縱模間隔v 17當激光放大器和第 二分支光路形成回路，其它分支回路為斷路時，激光器的第二重復頻率4等于激光腔內頻 譜的第二縱模間隔v2，當同時開啟第一和第二分支光路時，滿足vm = q v1=p v2(q和 P為整數）的頻率才能在光路中實現振湯， 當所述第一重復頻率和所述第二重復頻率f2無公約數，總重復頻率為= f\Xf2 =143MHz,當所述第一分支光路和第二分支光路與所述激光放大器共同形成回路時，且第 一重復頻率和所述第二重復頻率f2有公約數n，所述總重復頻率為f/ = AXfVn。
【文檔編號】H01S3/16GK104218438SQ201410448506
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月4日 優先權日:2014年9月4日
【發明者】郝強, 張青山, 孫婷婷, 曾和平 申請人:上海理工大學