一種短諧振腔全光纖窄線寬單頻激光器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明公開了一種短諧振腔全光纖窄線寬單頻激光器，屬于激光技術與非線性光學領域。
【背景技術】
[0002]光纖激光器由于具有體積小、成本低、光束質量好、效率高等優點，在通信、醫學、生物以及雷達等領域有著廣泛且重要的應用，已經成為激光器家族中的重要一員。特別是單頻光纖激光器因其線寬窄、低噪聲、抗電磁干擾等特性，廣泛應用于光纖通信、光纖傳感、光纖遙感、材料技術以及高精度光譜等領域。
[0003]對于單頻光纖激光器的產生主要有兩種方法:超短線型腔光纖激光器和帶有窄帶選頻器件的環形腔光纖激光器。前者主要有分布式反射(DBR)和分布式反饋(DFB)兩種類型。DFB結構:將高增益有源光纖的兩端連接一對光纖光柵，為了實現低噪聲單頻輸出，增益有源光纖一般只有幾個cm長。DFB結構:將諧振腔直接刻寫在有源光纖上，由于有源光纖的增益比較低，所以輸出功率有限，但是這種結構輸出穩定性更高。環形腔單頻光纖激光器:在環形腔中加入一個窄帶的濾波器實現單頻輸出，由于這種結構中采用的有源纖長度較長，這會導致激光頻率穩定性變差，容易出現跳模現象。
【發明內容】
[0004]對于采用超短線性腔的單頻激光技術，無論是分布式反射(DBR)或分布式反饋(DFB)其中的任何一種方式，由于采用超短結構，增益光纖長度要求很短，這對于增益光纖的摻雜要求很高，限制不同波長的單頻激光輸出，而且輸出功率很低，為了實現高功率的單頻輸出，就必須擺脫增益光纖短的限制，但是對于采用長增益光纖的環形腔方案，增益光纖過長很難保證穩定的單頻輸出，容易出現跳模現象。本發明采用一種基于摻稀土光纖和光纖布拉格光柵的短諧振腔方案，實現單頻激光器的全光纖化、高穩定性、高效率、窄線寬、結構緊湊的單頻激光輸出。
[0005]為實現上述目的，本發明采用的技術方案為一種短諧振腔全光纖窄線寬單頻激光器主要栗浦及相關裝置、激光諧振腔、增益光纖、激光輸出裝置和其它輔助裝置組成。
[0006]激光諧振腔可以為線性或者環形結構；整個激光器的諧振腔分為諧振腔I和諧振腔II兩部分，其中諧振腔I為激光器的外腔，諧振腔II為激光器的內腔；諧振腔I由線性諧振腔或者環形諧振腔組成；諧振腔II為由兩個光纖布拉格光柵組成具有濾波作用的F-P腔，兩個光纖布拉格光柵中間有一段雙摻雜光纖；在諧振腔I與諧振腔II之間可布置有增益光纖或光纖合束器或波分復合器裝置；栗浦光首先射入諧振腔II的雙摻雜光纖中，再進入諧振腔I，諧振腔I產生的激光進入諧振腔II中，通過諧振腔II的濾波作用，將濾波后的光反饋回諧振腔I中再進行振蕩，最終在短諧振腔中實現穩定的窄線寬單頻輸出。
[0007]栗浦及相關裝置包括栗浦源、光纖合束器或波分復用器；激光諧振腔包括反射型光纖布拉格光柵包括第一反射型光纖布拉格光柵、第二反射型光纖布拉格光柵、第三反射型光纖布拉格光柵或全反鏡。
[0008]諧振腔內的光纖包括雙摻雜光纖、增益光纖；雙摻雜光纖置于諧振腔II中，增益光纖置于諧振腔I中；激光輸出裝置包括光隔離器、環形器或分束器；其它輔助裝置為濾波器。
[0009]諧振腔為線形結構時，第一反射型光纖布拉格光柵、雙摻雜光纖和第二反射型光纖布拉格光柵構成諧振腔II ;第三反射型光纖布拉格光柵、增益光纖以及第一增益光纖構成諧振腔I ;或者，諧振腔內的第三反射型光纖布拉格光柵可以由全反鏡代替作為諧振腔I的反射鏡。
[0010]諧振腔為環形結構時，增益光纖、第三反射型布拉格光纖光柵、波分復用器以及環形器或者分束器組成環形腔，即諧振腔I ;第一反射型光纖布拉格光柵、雙摻雜光纖和第二反射型光纖布拉格光柵構成諧振腔II。
[0011]栗浦源產生栗浦光，通過光纖合束器或者波分復用器耦合進入諧振腔II中，在進入諧振腔I中，諧振腔I產生的激光再進入諧振腔II，由于諧振腔II具有濾波的作用，通過諧振腔II濾波后的光再反饋回諧振腔I，經過諧振腔I的振蕩，雙摻雜光纖對激光進行放大、反饋、噪聲抑制，最終實現短腔窄線寬單頻激光輸出。
[0012]所述栗浦源是半導體激光器、固體激光器、氣體激光器、光纖激光器或拉曼激光器，輸出栗浦光的中心波長λ的范圍為700nm彡λ彡2000nmo
[0013]所述增益光纖是摻有稀土元素的光纖或光子晶體光纖，其中摻雜的稀土元素是鐿(Yb)、鉺(Er)、鈥(Ho)、銩(Tm)、釹(Nd)、鉻(Cr)、釤(Sm)、鉍(Bi)中的一種或幾種。雙摻雜光纖是摻有兩種稀土元素的光纖或光子晶體光纖。
[0014]所述的第一反射型光纖布拉格光柵、第二反射型光纖布拉格光柵、第三反射型光纖布拉格光柵和全反鏡的反射率為R，其中0〈R〈1。
[0015]所述栗浦方式是纖芯或包層的單端栗浦。
[0016]所述光纖合束器是(2+l)xl或(6+1)合束器。
[0017]與現有技術相比，本發明具有如下有益效果。
[0018]1、本發明利用超短線性諧振腔，對外腔的激光進行選模，并將光反饋回外腔作為種子光，實現了高穩定性的窄線寬單頻激光輸出。
[0019]2、本發明利用外腔產生激光，內腔對腔內的激光進行選擇并提供濾波、反饋、放大和噪聲抑制，這種設計可以擺脫增益光纖長度的限制，實現不同波長，高功率，穩定的單頻激光輸出。
[0020]3、本發明設計簡單、結構緊湊，同時可以輸出穩定性高的窄線寬單頻激光，易于實現產業化。
【附圖說明】
[0021]圖1為短諧振腔全光纖窄線寬單頻激光器基本原理圖。
[0022]圖2為諧振腔為線形結構時的示意圖。
[0023]圖3為諧振腔為環形結構時的示意圖。
[0024]圖4為全反鏡代替反射型光纖布拉格光柵時的不意圖。
[0025]圖5為實施例1短諧振腔全光纖窄線寬單頻激光器工作示意圖。
[0026]圖6為實施例2短諧振腔全光纖窄線寬單頻激光器工作示意圖。
[0027]圖7為實施例3短諧振腔全光纖窄線寬單頻激光器工作示意圖。
[0028]圖中:1、栗浦源，2、光纖合束器，3、第一反射型光纖布拉格光柵，4、雙摻雜光纖，5、第二反射型光纖布拉格光柵，6、增益光纖，7、第三反射型光纖布拉格光柵，8、光隔離器，9、全反鏡10、波分復用器，11、環形器，12、濾波器，13、分束器。
【具體實施方式】
[0029]以下結合附圖和實例對本發明作進一步詳細說明。
[0030]如圖1-4所示，一種短諧振腔全光纖窄線寬單頻激光器，該激光器包括栗浦及相關裝置、激光諧振腔、增益光纖、激光輸出裝置和其它輔助裝置。
[0031]激光諧振腔可以為線性或者環形結構；整個激光器的諧振腔分為諧振腔I和諧振腔II兩部分，其中諧振腔I為激光器的外腔，諧振腔II為激光器的內腔；諧振腔I由線性諧振腔或者環形諧振腔組成；諧振腔II為由兩個光纖布拉格光柵組成具有濾波作用的F-P腔，兩個光纖布拉格光柵中間有一段雙摻雜光纖；在諧振腔I與諧振腔II之間可布置有增益光纖或光纖合束器或波分復合器裝置；栗浦光首先射入諧振腔II的雙摻雜光纖中，再進入諧振腔I中，增益光纖產生的激光進入諧振腔II中，通過諧振腔II的濾波作用，將濾波后的光反饋回諧振腔I中再進行振蕩，雙摻雜光纖對激光進行放大、反饋和噪聲抑制，最終在短諧振腔中實現穩定的窄線寬單頻輸出。
[0032]栗浦及相關裝置包括栗浦源1，光纖合束器2或波分復用器10 ;激光諧振腔包括反射型光纖布拉格光柵包括第一反射型光纖布拉格光柵3、第二反射型光纖布拉格光柵5、第三反射型光纖布拉格光柵7或全反鏡9。
[0033]諧振腔內的光纖包括雙摻雜光纖4、增益光纖6 ;雙摻雜光纖4置于諧振腔II中，增益光纖6置于諧振腔I中；激光輸出裝置包括光隔離器8、環形器11或分束器13 ;其它輔助裝置為濾波器12。
[0034]諧振腔為線形結構時，第一反射型光纖布拉格光柵3、雙摻雜光纖4和第二反射型光纖布拉格光柵5構成諧振腔II ;第三反射型光纖布拉格光柵7、增益光纖6、第一反射型光纖布拉格光柵3構成諧振腔I ;或者，諧振腔內的第三反射型光纖布拉格光柵7可以由全反鏡9代替作為諧振腔I的反射鏡。
[0035]諧振腔為環形結構時，增益光纖6、第三反射型布拉格光纖光柵7、波分復用器10以及環形器11或者分束器13組成環形腔，即諧振腔I ;第一反射型光纖布拉格光柵3、雙摻雜光纖4和第二反射型光纖布拉格光柵5構成諧振腔II。
[0036]栗浦源1產生栗浦光，通過光纖合束器2或者波分復用器10耦合進入諧振腔II中，再進入諧振腔I中，諧振腔I產生的激光再進入諧振腔II，由于諧振腔II具有濾波作用，通過諧振腔II濾波后的光再反饋回諧振腔I，經過諧振腔I的振蕩，雙摻雜光纖4對激光進行放大、反饋和噪聲抑制