[0001] 本发明属于光纤激光器技术领域， 涉及一种多波长单频调 Q光纤激光器。

背景技术

[0002] 调 Q脉冲光纤激光器由于其具有可调谐、 结构简单、 便于集成等优势， 因此在 激光雷达、 激光传感、 气体探测等方面有着重要的应用前景。 尤其是多波长单 频调 Q光纤激光器， 其在一般调 Q脉冲光纤激光器基础上， 在激光谐振腔内同时 产生不同波长的梳状脉冲激光， 并且保证每个激光波长都以单频运转， 有效提 高了脉冲激光器作为探测光源的探测精度， 大大拓宽了激光雷达的探测种类范 围， 其应用在差分吸收气体分析激光雷达上， 可以增加单次探测气体种类， 提 高探测效率。

[0003] 对于光纤激光器， 可以通过在谐振腔中插入光纤环或多波长光纤 光栅来引起多 波长激光振荡。 另一方面， 可以通过插入可饱和吸收体引起谐振腔内被动 调 Q来 实现脉冲激光。 可饱和吸收体的吸收系数会随光强变化， 从而改变谐振腔内的 吸收损耗， 起到 Q开关的作用。 且与其他脉冲调制元件相比， 可饱和吸收体反射 率高、 结构紧凑、 易于集成， 与多波长光纤光栅可以组成谐振腔的前后腔镜 ， 有利于缩短谐振腔腔长。 缩短腔长可以使得谐振腔内相邻激光纵模间隔 更宽， 当保偏多波长窄带光纤光栅的每个反射区间反 射带宽窄至一定程度， 就能确保 每个波长下只有一个激光纵模达到增益阈值， 从而使得激光器保持单纵模运转 。 此外， 在室温条件下， 由于稀土离子会导致增益均匀展宽， 从而引起的各个 波长之间模式竞争， 导致多波长脉冲激光很难实现稳定输出。 因此需要对谐振 腔进行温度控制， 通过调节谐振腔温度， 可以调节不同波长信号光的增益， 使 得每个波长信号光增益都大于其损耗， 从而实现了激光波长的控制。 另一方面 ， 采用保偏结构的光路可以使不同波长激光工作 在不同偏振态， 进而减少增益 竞争。 基于保偏短直腔结构的多波长单频调 Q光纤激光器线宽窄、 结构紧凑、 输 出稳定， 有广泛的应用前景。 [0004] 相关的专利有： （1） 2014年， 中国科学院上海光学精密机械研究所申请了基 于电光晶体调谐腔长的种子注入单频脉冲激光 器的专利 [CN 103779776A] , 利用 电光晶体的电光效应， 通过改变驱动电源电压， 改变电光晶体折射率和系统光 学腔长， 形成 Q开关， 实现单频调 Q脉冲激光输出。 但该专利非全光纤化， 结构 复杂， 且只能实现单一波长的单频运转， 没有实现多波长激光同时输出。 （2） 2014年， 山东理工大学申请了多波长可调谐调 Q光纤激光器的专利 [公开号： CN 104377541A] , 利用在拉锥光纤表面覆盖上石墨烯来引起调 Q， 并且光场在拉锥 光纤内产生相位差形成干涉形成多波长激光， 从而实现了多波长可调谐调 Q激光 输出。 （3） 2016年， 中国人民解放军军事医学科学院申请了双通道 多波长脉冲 激光器的专利 [公开号： CN 205693132U] , 利用空间光路和倍频镜， 将双通道脉 冲激光耦合到输出光路， 实现了双通道多波长脉冲激光输出。 但是上述专利 （2 ） 和 （3） 所要求的调 Q脉冲激光在每个输出波长激光并未实现单纵� � （单频） 运转。

发明概述

技术问题

问题的解决方案

技术解决方案

[0005] 本发明的目的是提供一种多波长单频调 Q光纤激光器。 本发明利用可饱和吸收 体的调 Q特性， 结合保偏多波长窄带光纤光栅对信号光波长的 选择， 把可饱和吸 收体和保偏多波长窄带光纤光栅分别对接在厘 米级高增益光纤两端， 构成分布 式布拉格短线形腔结构的激光谐振腔。 通过温度控制模块对谐振腔进行精确温 度控制， 并且在泵浦源的泵浦作用下， 可以直接从谐振腔中输出高性能的多波 长单频调 Q光纤激光。

[0006] 为达到上述目的， 本发明采用如下技术方案。

[0007] 一种多波长单频调 Q光纤激光器， 包括： 布拉格激光谐振腔、 腔温度控制模块

、 高增益光纤、 保偏波分复用器（Wavelength Division Multiplexer， WDM）、 泵浦 源（Laser Diode， LD）和保偏光隔离器（Isolator， ISO）； 所述布拉格激光谐振腔包 括高增益光纤、 可饱和吸收体和保偏多波长窄带光纤光栅； 高增益光纤的两端 分别与可饱和吸收体、 保偏多波长窄带光纤光栅连接， 布拉格激光谐振腔置于 谐振腔温度控制模块中进行精确温度控制； 保偏波分复用器的泵浦端与泵浦源 连接， 保偏波分复用器的公共端与保偏多波长窄带光 纤光栅连接， 保偏波分复 用器的信号端与保偏光隔离器的输入端连接。 由泵浦源产生泵浦光经由保偏波 分复用器的泵浦端输入， 再经由保偏多波长窄带光纤光栅耦合到高增益 光纤中 进行泵浦， 在布拉格激光谐振腔中产生多波长单频脉冲激 光， 保偏波分复用器 的信号端与保偏光隔离器的输入端连接， 最终布拉格激光谐振腔所产生的多波 长单频调 Q光纤激光经保偏光隔离器的输出端口输出。

[0008] 进一步优化的， 所述的可饱和吸收体的弛豫时间小于 20ps， 其对每个波长的激 光信号光的反射率均大于 80%， 对泵浦光的反射率小于 20%。

[0009] 进一步优化的， 所述的高增益光纤为稀土掺杂单模玻璃光纤， 高增益光纤的纤 芯成分包含有磷酸盐玻璃、 锗酸盐玻璃、 硅酸盐玻璃、 氟化物玻璃中的一种以 上， 所述高增益光纤的纤芯掺杂高浓度的发光离子 ， 所述发光离子为镧系离子 、 过渡金属离子中一种或多种的组合体， 所述发光离子掺杂浓度大于 1x10 ¹⁹ ions/cm ³ ,且在其纤芯中是均勻掺杂。

[0010] 进一步优化的， 所述的保偏多波长窄带光纤光栅是在保偏光纤 上写入两个或以 上中心波长不同的布拉格光栅， 使得其对激光信号波长有选择性梳状反射。

[0011] 进一步优化的， 所述的保偏多波长窄带光纤光栅的每个反射区 间的 3dB反射带 宽均不大于 0.08nm; 其对激光信号光波长的反射率大于 50%。

[0012] 进一步优化的， 所述的保偏多波长窄带光纤光栅和高增益光纤 之间是通过研磨 抛光各自的光纤端面后直接对接耦合， 或者通过光纤熔接机熔接耦合。

[0013] 进一步优化的， 所述的谐振腔温度控制模块包括半导体制冷器 (Thermoelectric Cooler, TEC) 谐振腔温度控制模块的控制精度为 ±0.01°C。

发明的有益效果

有益效果

[0014] 与现有技术相比， 本发明的技术效果是： 可以同时利用可饱和吸收体的调 Q特 性， 结合保偏多波长窄带光纤光栅对激光波长的选 择， 把可饱和吸收体和保偏 多波长窄带光纤光栅分别对接在厘米级高增益 光纤两端， 构成分布式布拉格结 构的短线形激光谐振腔， 在激光泵浦源的连续激励下， 通过谐振腔温度控制模 块对谐振腔的工作温度进行精确控制， 可以实现在短线形腔中同时实现激光的 调 Q和多波长激射， 此外， 由于谐振腔腔长较短且窄带光纤光栅的每个波 长的反 射带宽较窄， 保证了每一个波长激光都是单频运转， 可以得到性能稳定的多波 长单频调 Q脉冲激光输出。 该发明获得的多波长单频调 Q光纤激光器可以实现全 光纤化， 其结构紧凑、 工作性能稳定、 易于维护、 成本低， 是激光雷达、 激光 遥感、 气体探测等系统的理想光源。

对附图的简要说明

附图说明

[0015] 图 1为实施例中一种多波长单频调 Q光纤激光器的结构示意图。

[0016] 图中： 1一可饱和吸收体， 2—谐振腔温度控制模块， 3—高增益光纤， 4一保偏 多波长窄带光纤光栅， 5 -保偏波分复用器， 6 -泵浦源， 7 -保偏光隔离器。 发明实施例

本发明的实施方式

[0017] 以下结合附图， 通过具体实施例子对本发明作进一步描述， 需要说明的是本发 明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范 围。

[0018] 如图 1， 本实施例提供的一种多波长单频调 Q光纤激光器， 其包括可饱和吸收体 1、 高增益光纤 3、 保偏多波长窄带光纤光栅 4、 谐振腔温度控制模块、 泵浦源 6 、 保偏波分复用器 5和保偏光隔离器 7。 各部件之间的结构关系是： 高增益光纤 3 的一端与可饱和吸收体 i连接， 高增益光纤 3的另一端与保偏多波长窄带光纤光 栅 4的一端连接， 三者连接形成分布式布拉格单频激光谐振短腔 即布拉格激光谐 振腔， 并将布拉格激光谐振腔置于谐振腔温度控制模 块 2中进行精确温度控制。 保偏波分复用器 5的泵浦端与泵浦源 6的尾纤连接， 保偏波分复用器 5的公共端与 保偏多波长窄带光纤光栅 4的另一端连接， 保偏波分复用器 5的信号端与保偏光 隔离器 7的输入端连接。 最终布拉格激光谐振腔所产生的多波长单频调 Q光纤激 光经由保偏光隔离器 7的输出端口输出。

[0019] 本例中所使用的激光工作介质高增益光纤 3为掺铥磷酸盐玻璃光纤， 该磷酸盐 光纤钱离子在纤芯内掺杂浓度为 4.5x10 ²⁽⁾ ions/cm ³ ， 其使用长度为 2cm。 可饱和 吸收体 1为基于 m-V族半导体的半导体可饱和吸收镜， 反射带宽为 1880-2040nm ， 在 1950nm附近的反射率为 90%， 弛豫时间为 10ps。 本例中的保偏多波长窄带 光纤光栅 4是在保偏光纤的同一位置上写入两个布拉格� �栅， 使得窄带光纤光栅 反射谱上具有四个波长间隔为 0.4nm的反射峰， 其中慢轴中心波长分别为 1950.4 和 1951.2nm， 快轴中心波长分别为 1950和 1950.8nm， 每个波长反射峰的 3dB反射 带宽均为 0.08nm， 其对激光信号波长的反射率为 65%。 其中， 可饱和吸收体 1与 掺铥磷酸盐玻璃光纤采用端面对接耦合， 掺铥磷酸盐玻璃光纤和保偏多波长窄 带光纤光栅 4通过研磨各自端面对接耦合， 三者结合组成布拉格激光谐振腔。 将 布拉格激光谐振腔置于金属铜槽中， 金属铜槽对谐振腔有良好的包裹性， 能够 固定且保护谐振腔， 并用 TEC制冷器构成的谐振腔温度控制模块 2对整个布拉格 激光谐振腔进行精确温度控制， 控制精度 ±0.01°C。 同时选择工作波长为 1610nm 的泵浦源 6， 其泵浦输出功率为 200mW。 泵浦源 6通过一个 1610/1950nm的保偏波 分复用器 5完成对布拉格激光谐振腔的泵浦抽运作用， 最终布拉格激光谐振腔输 出的多波长单频调 Q脉冲激光经由一个工作中心波长为 1950nm的保偏光隔离器 7 输出。 基于上述方式， 最终可以实现多波长 （工作中心波长分别为 1950， 1950.4 ， 1950.8和 1951.2nm） 且每个波长内单一纵模运转的调 Q脉冲光纤激光输出。