1.6μm波段脈沖型單頻線偏振激光器的制造方法
【專利摘要】一種1.6μm波段脈沖型單頻線偏振激光器，其特點(diǎn)在于，包括依次連接的種子源激光器、種子隔離器、分束器、拉曼光纖放大器、放大級(jí)隔離器、準(zhǔn)直器、耦合系統(tǒng)和固體激光放大器。本發(fā)明激光器無復(fù)雜的控制系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性高、重復(fù)頻率和脈寬可調(diào)等特點(diǎn)。
【專利說明】1.6 μ m波段脈沖型單頻線偏振激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及單頻線偏振激光器，特別是一種應(yīng)用于相干激光雷達(dá)的1.6μπι波段脈沖型單頻線偏振激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]單頻脈沖激光器由于具有相干長度長、譜線寬度窄、光束質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，在遙感技術(shù)、相干激光雷達(dá)探測(cè)和相干光通信等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景。在這些領(lǐng)域中，往往要求激光線寬在IOMHz以下，同時(shí)對(duì)脈沖重復(fù)頻率也有不同的要求。實(shí)現(xiàn)1.5?1.6 μ m單頻激光輸出的主要方法包括光參量振蕩器、固體激光器和光纖激光器。種子注入1.5 μ m波段光參量振蕩器和種子注入1.6μπι波段摻鉺固體激光器可以獲得高單脈沖激光能量，其脈寬一般較窄，重復(fù)頻率較低，線寬在數(shù)十MHz至百M(fèi)Hz左右，特別是種子注入諧振腔的控制系統(tǒng)復(fù)雜，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。Er-Yb共摻單頻激光器是獲得1.5 μ m波段單頻輸出的另一種重要技術(shù)手段?；谥髡袷?功率放大結(jié)構(gòu)的光纖激光器具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性高、散熱性好等特點(diǎn)，但是受限于光纖中的非線性效應(yīng)，輸出單脈沖能量難以進(jìn)一步提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明旨在克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種1.6 μ m波段脈沖型單頻線偏振激光器，該激光器無復(fù)雜的控制系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性高、重復(fù)頻率和脈寬可調(diào)等特點(diǎn)。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0005]一種1.6 μ m波段脈沖型單頻線偏振激光器，其特點(diǎn)在于，包括依次連接的種子源激光器、種子隔離器、分束器、拉曼光纖放大器、放大級(jí)隔離器、準(zhǔn)直器、耦合系統(tǒng)和固體激光放大器。
[0006]所述的種子源激光器為1.6μπι波段、尾纖輸出的連續(xù)單頻分布反饋式(DFB)半導(dǎo)體激光器或分布布拉格反射式(DBR)半導(dǎo)體激光器。
[0007]所述的拉曼光纖放大器包括依次連接的第一波分復(fù)用器、保偏拉曼增益光纖、第二波分復(fù)用器和第一泵浦源。
[0008]所述的拉曼光纖放大器的第一泵浦源為偏振輸出的1.5μπι波段脈沖光纖激光器，其重復(fù)頻率、脈沖寬度及脈沖波形根據(jù)雷達(dá)系統(tǒng)的需要進(jìn)行調(diào)整，第一泵浦源經(jīng)第二波分復(fù)用器后向泵浦所述的保偏拉曼增益光纖。
[0009]所述的保偏拉曼增益光纖的基質(zhì)材料為石英、磷酸鹽、硅酸鹽、碲酸鹽或氟化物；所述的拉曼增益光纖為低布里淵散射光纖，或在光纖上施加應(yīng)力或溫度分布以抑制布里淵散射。
[0010]所述的固體激光放大器包括第二泵浦源、準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)、雙色耦合鏡、1/4波片、增益介質(zhì)、偏振分光鏡、半波片構(gòu)成，所述的耦合系統(tǒng)輸出的線偏振激光經(jīng)過半波片后偏振態(tài)調(diào)整為垂直方向的線偏振光，經(jīng)偏振分光鏡后入射到增益介質(zhì)中放大，放大后的激光經(jīng)過1/4波片、雙色耦合鏡反射后，再次經(jīng)過1/4波片后偏振態(tài)變?yōu)樗椒较虻木€偏振光，經(jīng)增益介質(zhì)第二次放大后，由偏振分光鏡反射輸出.[0011]所述的增益介質(zhì)為低摻雜的Er:YAG激光晶體，所述的增益介質(zhì)(85)的結(jié)構(gòu)為圓棒、板條、波導(dǎo)或類光纖。
[0012]所述的第二泵浦源為帶尾纖輸出的窄線寬1532nm半導(dǎo)體激光器、1470nm半導(dǎo)體激光器或1532nm摻鉺光纖激光器，采用端面同帶泵浦技術(shù)，經(jīng)過準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)到增益介質(zhì)中。
[0013]本發(fā)明的技術(shù)效果:
[0014]本發(fā)明利用1.5μπι波段脈沖光纖激光器泵浦拉曼光纖放大器，同時(shí)注入對(duì)
1.6 μ m波段單頻線偏振種子光，得到一定單脈沖能量的1.6 μ m波段單頻線偏振脈沖光，避免了種子注入激光器所需的復(fù)雜控制系統(tǒng)，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性高。通過控制1.5 μ m波段脈沖光纖激光器的脈寬與重復(fù)頻率，可以使輸出脈沖的脈寬和重復(fù)頻率可調(diào)。放大到一定單脈沖能量后采用固體激光器放大，得到更高單脈沖能量，從而避免了使用光纖放大器時(shí)非線性效應(yīng)的限制。利用拉曼光纖激光器提供一種有效的前級(jí)放大的技術(shù)手段，為后續(xù)塊狀晶體的功率放大提供一定的功率輸入。整個(gè)系統(tǒng)基于光纖-固體混合放大結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定可靠，易于控制，適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)合。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明1.6 μ m波段脈沖型單頻線偏振激光器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2是本發(fā)明拉曼光纖放大器結(jié)構(gòu)示意圖
[0017]圖3是本發(fā)明固體激光放大器的偏振控制雙程放大結(jié)構(gòu)示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明，圖1為本發(fā)明1.6 μ m波段脈沖型單頻線偏振激光器結(jié)構(gòu)示意圖，基于光纖-固體混合放大結(jié)構(gòu)。由圖可見，本發(fā)明1.6μπι波段單頻激光器，包括依次的種子源激光器1、種子隔離器2、分束器3、拉曼光纖放大器4、放大級(jí)隔離器5、準(zhǔn)直器6、耦合系統(tǒng)7以及固體激光放大器8。所述的種子源激光器I的輸出激光經(jīng)種子隔離器2之后進(jìn)入分束器3，分出部分光作為相干探測(cè)中的本振光，其余種子光作為信號(hào)光經(jīng)拉曼光纖放大器4進(jìn)行放大，然后依次經(jīng)過放大級(jí)隔離器5、準(zhǔn)直器6、耦合系統(tǒng)7，最終進(jìn)入固體激光放大器8進(jìn)一步放大，得到更高的單脈沖輸出能量。
[0020]圖2為本發(fā)明拉曼光纖放大器示意圖，包括第一波分復(fù)用器41、第二波分復(fù)用器43、拉曼增益光纖42和第一泵浦源44。其特點(diǎn)在于種子光經(jīng)過第一波分復(fù)用器41耦合入拉曼增益光纖42，泵浦源44通過第二波分復(fù)用器43后向耦合入拉曼增益光纖42)所述的拉曼增益光纖42的基質(zhì)材料為石英、磷酸鹽、硅酸鹽、碲酸鹽或氟化物；所述的拉曼放大增益光纖42為低布里淵散射光纖，或在光纖上施加應(yīng)力或溫度分布以抑制布里淵散射。第一泵浦源44的輸出波長λ ρ由所述的種子源激光器I的波長λ s與所述的拉曼增益光纖42提供的拉曼增益峰值對(duì)應(yīng)的頻移量Λ V決定:XP = C/[(C/XS) + A V]，這里c為光速。[0021]本發(fā)明固體激光放大器采用偏振控制的雙程放大結(jié)構(gòu)，以得到高的增益倍數(shù)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括第二泵浦源81、準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)82、雙色耦合鏡83、1/4波片84、增益介質(zhì)85、偏振分光鏡86、半波片87。耦合系統(tǒng)7輸出的線偏振激光經(jīng)過半波片87后，偏振態(tài)調(diào)整為垂直方向的線偏振光，經(jīng)偏振分光鏡86后入射到增益介質(zhì)85中放大，放大后的激光經(jīng)過1/4波片84、雙色耦合鏡83反射后，再次經(jīng)過1/4波片84后偏振態(tài)變?yōu)樗椒较虻木€偏振光，經(jīng)增益介質(zhì)85第二次放大后，由偏振分光鏡86反射輸出。所述的泵浦源81為帶尾纖輸出的窄線寬1532nm半導(dǎo)體激光器、1470nm半導(dǎo)體激光器或1532nm摻鉺光纖激光器，采用端面同帶泵浦技術(shù)，經(jīng)過準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)82耦合到增益介質(zhì)85中。雙色耦合鏡83鍍有對(duì)泵浦光高透且信號(hào)光高反的介質(zhì)膜。
[0022]下面給出具體實(shí)施例:
[0023]種子源激光器I選用中心波長為1645nm、帶尾纖輸出的線偏振DFB激光器，經(jīng)種子隔離器2之后由分束器3分出部分光作為相干探測(cè)中的本振光，其余種子光作為信號(hào)光經(jīng)波分復(fù)用器41耦合入石英基質(zhì)保偏拉曼增益光纖42。石英基質(zhì)保偏拉曼增益光纖的拉曼增增益譜峰值約對(duì)應(yīng)13.4THz，經(jīng)計(jì)算得泵浦光波長為1532nm，因此第一泵浦源44選用中心波長為1532nm、重復(fù)頻率與脈沖寬度可調(diào)、線偏振輸出的保偏鉺鐿共摻脈沖光纖激光器，通過泵浦合束器43后向泵浦。保偏拉曼增益光纖42通過施加應(yīng)力梯度的方式抑制激光放大過程中伴隨的受激布里淵散射，并消耗泵浦光放大種子源激光器I產(chǎn)生的單頻線偏振激光。放大后的1645nm單頻線偏振脈沖激光通過泵浦合束器43的信號(hào)纖輸出，經(jīng)過放大級(jí)隔離器、準(zhǔn)直器6后，通過耦合系統(tǒng)7耦合到偏振控制的多程固體放大器8。為有效抑制能量上轉(zhuǎn)換和自吸收損耗，同時(shí)增加對(duì)泵浦光的吸收效率，固體放大器8的增益介質(zhì)85選用直徑2mm、長60mm、摻雜濃度為0.5at.%、側(cè)面鍍有SiO2膜的Er = YAG類光纖晶體?；谕瑤П闷旨夹g(shù)，第二泵浦源81選用帶尾纖輸出的窄線寬1532nm半導(dǎo)體激光器，纖芯直徑為200 m，數(shù)值孔徑為0.22，通過1:5的準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)82耦合到增益介質(zhì)85中。信號(hào)光經(jīng)半波片87后偏振態(tài)調(diào)整為垂直方向的線偏振光,通過偏振分光鏡86后，由增益介質(zhì)85第一次放大，經(jīng)過1/4波片84、雙色耦合鏡83反射，再次經(jīng)過1/4波片84后，偏振方向與原偏振方向垂直，經(jīng)增益介質(zhì)85第二次放大后，由偏振分光鏡86反射輸出放大后的單頻線偏振1645nm脈沖激光。
【權(quán)利要求】
1.一種1.6μπι波段脈沖型單頻線偏振激光器，其特征在于，包括依次連接的種子源激光器(I)、種子隔離器(2)、分束器(3)、拉曼光纖放大器(4)、放大級(jí)隔離器(5)、準(zhǔn)直器(6)、耦合系統(tǒng)(7)和固體激光放大器(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的1.6 μ m波段脈沖型單頻線偏振激光器，其特征在于所述的種子源激光器(I)為1.6 μ m波段、尾纖輸出的連續(xù)單頻分布反饋式(DFB)半導(dǎo)體激光器或分布布拉格反射式(DBR)半導(dǎo)體激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的1.6 μ m波段脈沖型單頻線偏振激光器，其特征在于所述的拉曼光纖放大器(4)包括依次連接的第一波分復(fù)用器(41)、保偏拉曼增益光纖(42)、第二波分復(fù)用器(43)和第一泵浦源(44)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的1.6 μ m波段脈沖型單頻線偏振激光器，其特征在于所述的拉曼光纖放大器(4)的第一泵浦源(44)為偏振輸出的1.5μπι波段脈沖光纖激光器，其重復(fù)頻率、脈沖寬度及脈沖波形根據(jù)雷達(dá)系統(tǒng)的需要進(jìn)行調(diào)整，第一泵浦源(44)經(jīng)第二波分復(fù)用器(43)后向泵浦所述的保偏拉曼增益光纖(42)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3或4所述的1.6 μ m波段脈沖型單頻線偏振激光器，其特征在于所述的保偏拉曼增益光纖(42)的基質(zhì)材料為石英、磷酸鹽、硅酸鹽、碲酸鹽或氟化物；所述的拉曼增益光纖(42)為低布里淵散射光纖，或在光纖上施加應(yīng)力或溫度分布以抑制布里淵散射。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的1.6 μ m波段脈沖型單頻線偏振激光器，其特征在于所述的固體激光放大器(8)包括第二泵浦源(81)、準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)(82)、雙色耦合鏡(83)、1/4波片(84)、增益介質(zhì)(85)、偏振分光鏡(86)、半波片(87)構(gòu)成，所述的耦合系統(tǒng)(7)輸出的線偏振激光經(jīng)過半波片(87)后偏振態(tài)調(diào)整為垂直方向的線偏振光，經(jīng)偏振分光鏡(86)后入射到增益介質(zhì)(85)中放大，放大后的激光經(jīng)過1/4波片(84)、雙色耦合鏡(83)反射后，再次經(jīng)過1/4波片(84)后偏振態(tài)變?yōu)樗椒较虻木€偏振光，經(jīng)增益介質(zhì)(85)第二次放大后，由偏振分光鏡(86)反射輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的1.6 μ m波段脈沖型單頻線偏振激光器，其特征在于所述的增益介質(zhì)(85)為低摻雜的Er:YAG激光晶體，所述的增益介質(zhì)(85)的結(jié)構(gòu)為圓棒、板條、波導(dǎo)或類光纖。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的1.6 μ m波段脈沖型單頻線偏振激光器，其特征在于所述固體激光放大器(8)的泵浦源(81)為帶尾纖輸出的窄線寬1532nm半導(dǎo)體激光器、1470nm半導(dǎo)體激光器或1532nm摻鉺光纖激光器，采用端面同帶泵浦技術(shù)，經(jīng)過準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)(82)到增益介質(zhì)(85)中。
【文檔編號(hào)】H01S3/30GK104009380SQ201410231227
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】陳衛(wèi)標(biāo), 于真真, 王明建, 侯霞 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所