一种高稳定可调谐单纵模环形腔光纤激光器[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 109004501 A(43)申请公布日 2018.12.14

(21)申请号 201810801787.X(22)申请日 2018.07.20

(71)申请人 中国科学院合肥物质科学研究院

地址 230031 安徽省合肥市蜀山湖路350号(72)发明人 毛庆和　姚波　刘昊炜　张骥　(74)专利代理机构 安徽合肥华信知识产权代理

有限公司 34112

代理人 余成俊(51)Int.Cl.

H01S 3/067(2006.01)H01S 3/083(2006.01)H01S 3/10(2006.01)

权利要求书1页 说明书3页 附图2页

(54)发明名称

一种高稳定可调谐单纵模环形腔光纤激光器

(57)摘要

本发明公开了一种高稳定可调谐单纵模环形腔光纤激光器，包括有泵浦源、波分复用器、掺杂光纤、环形器、可调谐光纤滤波器、光纤耦合器一、光纤耦合器二、光纤耦合器三、光纤耦合器四、隔离器一和隔离器二,其中泵浦源的输出端口与波分复用器的泵浦端口相连，波分复用器的公共端与掺杂光纤一端相连，掺杂光纤另一端与环形器的端口一相连，在掺杂光纤与环形器的端口一之间的光纤上粘贴有伸缩材料一。本发明的

具单纵模环形腔光纤激光器可有效的抑制跳模，

有高稳定性、可调谐、输出功率高的优点。CN 109004501 ACN 109004501 A

权　利　要　求　书

1/1页

1.一种高稳定可调谐单纵模环形腔光纤激光器，其特征在于：包括有泵浦源、波分复用器、掺杂光纤、环形器、可调谐光纤滤波器、光纤耦合器一、光纤耦合器二、光纤耦合器三、光纤耦合器四、隔离器一和隔离器二,其中泵浦源的输出端口与波分复用器的泵浦端口相连，波分复用器的公共端与掺杂光纤一端相连，掺杂光纤另一端与环形器的端口一相连，在掺杂光纤与环形器的端口一之间的光纤上粘贴有伸缩材料一，环形器的端口二与可调谐光纤滤波器相连，环形器的端口三与光纤耦合器一的端口一相连，光纤耦合器一的端口二与端口三相连，且在光纤耦合器一的端口二与端口三之间的光纤上粘贴有伸缩材料二，光纤耦合器一的端口四与隔离器一的输入端相连，隔离器一输出端与光纤耦合器二的端口一相连，光纤耦合器二的端口四与光纤耦合器三的端口一相连，光纤耦合器二的端口二与光纤耦合器三的端口三相连，且在光纤耦合器二的端口二与光纤耦合器三的端口三之间的光纤上粘贴有伸缩材料三，光纤耦合器三的端口四与光纤耦合器四的端口一相连，光纤耦合器四的端口三与所述的波分复用器的信号端口相连，光纤耦合器四的端口四与隔离器二的输入端相连，隔离器二的输出端为激光输出端口。

2.根据权利要求1所述的一种高稳定可调谐单纵模环形腔光纤激光器，其特征在于：所述的掺杂光纤为稀土掺杂单模或者双包层玻璃光纤，掺杂光纤的纤芯成分包含有硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、锗酸盐玻璃、氟化物玻璃中的一种以上，掺杂光纤的纤芯稀土掺杂离子为镧系离子、过渡金属离子中的一种或多种组合。

3.根据权利要求1所述的一种高稳定可调谐单纵模环形腔光纤激光器，其特征在于：所述的泵浦源、波分复用器、掺杂光纤、环形器、可调谐光纤滤波器、光纤耦合器一、光纤耦合器二、光纤耦合器三、光纤耦合器四、隔离器一和隔离器二均是非保偏器件或者均是保偏器件。

4.根据权利要求1所述的一种高稳定可调谐单纵模环形腔光纤激光器，其特征在于：所述的伸缩材料一、伸缩材料二、伸缩材料三为电致伸缩材料或者磁致伸缩材料，伸缩范围是1μm~100μm。

5.根据权利要求1所述的一种高稳定可调谐单纵模环形腔光纤激光器，其特征在于：所述的可调谐光纤滤波器对信号波长的反射率大于50%，其3dB反射带宽为0.02nm~0.2nm，调谐方式为机械或者温度进行程序控制调谐，调谐范围0.1nm~100nm。

2

CN 109004501 A

说　明　书

一种高稳定可调谐单纵模环形腔光纤激光器

1/3页

技术领域

[0001]本发明涉及光纤激光器技术领域，尤其涉及一种高稳定可调谐单纵模环形腔光纤激光器。

背景技术

[0002]单纵模光纤激光器在精密光谱、相干测量、激光雷达等领域具有广泛应用。目前有两种结构光纤激光器能实现单纵模运转：一种是短腔结构，如分布布拉格反射（Distributed Bragg Reflection，DBR）和分布反馈布拉格（Distributed Feed-back，DFB）结构，它们均采用非常短的腔长来获取足够大的纵模间隔，从而使得激光腔的滤波带宽内只有一个纵模能够起振，形成激光振荡。这种结构激光器单纵模输出较稳定，结构紧凑简单，但是由于激光器腔长较短，增益光纤长度有限导致输出功率较低，且调谐范围受限。一种是环形腔结构，通过在腔中加入窄带滤波器、辅腔和可饱和吸收体等选频器件实现单纵模运转。这种结构激光器腔长较长，可以采用较长增益光纤和可调谐滤波器件，因此输出功率较高且便于调谐，弥补了短腔结构激光器的不足。但是较长的腔长也导致了纵模间隔较小，易受到外界环境（温度、振动等）扰动造成跳模，难以长时间实现单纵模稳定运转。因此如何实现高稳定单纵模运转的环形腔光纤激光器是亟需解决重要问题。

发明内容

[0003]本发明目的就是为了弥补已有技术中单纵模环形腔光纤激光器的跳模问题的缺陷，提供一种高稳定可调谐单纵模环形腔光纤激光器。[0004]本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高稳定可调谐单纵模环形腔光纤激光器，包括有泵浦源、波分复用器、掺杂光纤、环形器、可调谐光纤滤波器、光纤耦合器一、光纤耦合器二、光纤耦合器三、光纤耦合器四、隔离器一和隔离器二,其中泵浦源的输出端口与波分复用器的泵浦端口相连，波分复用器的公共端与掺杂光纤一端相连，掺杂光纤另一端与环形器的端口一相连，在掺杂光纤与环形器的端口一之间的光纤上粘贴有伸缩材料一，环形器的端口二与可调谐光纤滤波器相连，环形器的端口三与光纤耦合器一的端口一相连，光纤耦合器一的端口二与端口三相连，且在光纤耦合器一的端口二与端口三之间的光纤上粘贴有伸缩材料二，光纤耦合器一的端口四与隔离器一的输入端相连，隔离器一输出端与光纤耦合器二的端口一相连，光纤耦合器二的端口四与光纤耦合器三的端口一相连，光纤耦合器二的端口二与光纤耦合器三的端口三相连，且在光纤耦合器二的端口二与光纤耦合器三的端口三之间的光纤上粘贴有伸缩材料三，光纤耦合器三的端口四与光纤耦合器四的端口一相连，光纤耦合器四的端口三与所述的波分复用器的信号端口相连，光纤耦合器四的端口四与隔离器二的输入端相连，隔离器二的输出端为激光输出端口。

[0005]所述的掺杂光纤为稀土掺杂单模或者双包层玻璃光纤，掺杂光纤的纤芯成分包含有硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、锗酸盐玻璃、氟化物玻璃中的一种以上，掺杂光纤的纤芯稀土

3

CN 109004501 A

说　明　书

2/3页

掺杂离子为镧系离子、过渡金属离子中的一种或多种组合。[0006]所述的泵浦源、波分复用器、掺杂光纤、环形器、可调谐光纤滤波器、光纤耦合器一、光纤耦合器二、光纤耦合器三、光纤耦合器四、隔离器一和隔离器二均是非保偏器件或者均是保偏器件。

[0007]所述的伸缩材料一、伸缩材料二、伸缩材料三为电致伸缩材料或者磁致伸缩材料，伸缩范围是1μm~100μm。

[0008]所述的可调谐光纤滤波器对信号波长的反射率大于50%，其3dB反射带宽为0.02nm

调谐方式为机械或者温度进行程序控制调谐，调谐范围0.1nm~100nm。

~0.2nm，

[0009]本发明的优点是：本发明的单纵模环形腔光纤激光器可有效的抑制跳模，具有高稳定性、可调谐、输出功率高的优点。

[0010]

附图说明

[0011]图1为本发明的结构示意图。

[0012]图2为抑制第一透射峰选取单纵模示意图。[0013]图3为稳定单纵模运行图。

具体实施方式

[0014]如图1所示，一种高稳定可调谐单纵模环形腔光纤激光器，包括有泵浦源1、波分复用器2、掺杂光纤3、环形器5、可调谐光纤滤波器6、光纤耦合器一8、光纤耦合器二10、光纤耦合器三11、光纤耦合器四13、隔离器一9和隔离器二14,其中泵浦源1的输出端口与波分复用器2的泵浦端口相连，波分复用器2的公共端与掺杂光纤3一端相连，掺杂光纤3另一端与环形器5的端口一相连，在掺杂光纤3与环形器5的端口一之间的光纤上粘贴有伸缩材料一4，环形器5的端口二与可调谐光纤滤波器6相连，环形器5的端口三与光纤耦合器一8的端口一相连，光纤耦合器一8的端口二与端口三相连，且在光纤耦合器一8的端口二与端口三之间的光纤上粘贴有伸缩材料二7，光纤耦合器一8的端口四与隔离器一9的输入端相连，隔离器一9输出端与光纤耦合器二10的端口一相连，光纤耦合器二10的端口四与光纤耦合器三11的端口一相连，光纤耦合器二10的端口二与光纤耦合器三11的端口三相连，且在光纤耦合器二10的端口二与光纤耦合器三11的端口三之间的光纤上粘贴有伸缩材料三12，光纤耦合器三11的端口四与光纤耦合器四13的端口一相连，光纤耦合器四13的端口三与所述的波分复用器2的信号端口相连，光纤耦合器四13的端口四与隔离器二14的输入端相连，隔离器二14的输出端为激光输出端口。

[0015]所述的掺杂光纤3为稀土掺杂单模或者双包层玻璃光纤，掺杂光纤的纤芯成分包含有硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、锗酸盐玻璃、氟化物玻璃中的一种以上，掺杂光纤的纤芯稀土掺杂离子为镧系离子、过渡金属离子中的一种或多种组合。[0016]所述的泵浦源1、波分复用器2、掺杂光纤3、环形器5、可调谐光纤滤波器6、光纤耦合器一8、光纤耦合器二10、光纤耦合器三11、光纤耦合器四13、隔离器一9和隔离器二14均是非保偏器件或者均是保偏器件。[0017]所述的伸缩材料一4、伸缩材料二7、伸缩材料三12为是通过加载信号能够改变其

4

CN 109004501 A

说　明　书

3/3页

长度的一种材料，为电致伸缩材料或者磁致伸缩材料，伸缩范围是1μm~100μm。[0018]所述的可调谐光纤滤波器6对信号波长的反射率大于50%，其3dB反射带宽为0.02nm~0.2nm，调谐方式为调谐方式为机械或者温度进行程序控制调谐，调谐范围0.1nm~100nm。

[0019]波分复用器2、掺杂光纤3、环形器5、可调谐光纤滤波器6、光纤耦合器13、隔离器一9、二14构成了单纵模环形腔光纤激光器的主腔，为增大主腔纵模间隔提高稳定性，各器件尾纤尽量缩短以减小主腔长度，一般小于5m。泵浦源1所发出的泵浦光通过波分复用器2泵浦掺杂光纤3，放大后信号经过环形器5后进入可调谐光纤滤波器6，所需信号波长和带宽的光经可调谐光纤滤波器6反射后通过环形器5又注入到主腔中，可调谐光纤滤波器6的3dB反射带宽小于0.2nm。由光纤耦合器8构成的是具有带阻滤波效应的单耦合器辅腔，由光纤耦合器二10和三11构成的是带通滤波效应的双耦合器辅腔。设计两种辅腔的长度要小于主腔长度，一般为主腔的0.1倍，并且双耦合器辅腔3dB透射带宽内只存在一个主腔模式，这样两种辅腔的自由光谱范围（FSR）就会大于主腔的纵模间隔，根据维纳效应主腔的纵模间隔会被相应的增大，大大减少了可调谐光纤滤波器6的3dB反射带宽内纵模数量，降低了跳模几率。环形腔光纤激光器跳模的主要原因是由于受到外界环境影响，主腔起振模式邻近模式的增益特性发生变化，当超过激光阈值后就容易发生跳模。为此，将单耦合器辅腔FSR设计为双耦合器辅腔FSR的两倍，并且通过对伸缩材料二7和三12施加以不同的信号以对两种辅腔长度进行精准微调，如图2所示，这样可以实现级联后两种辅腔的某一高透射率峰与可调谐光纤滤波器6的最高反射率峰对齐并抑制该透射峰两边第一透射峰，并且通过对伸缩材料4施加信号让主腔某一模式也与该高透射率峰对齐，使得该主腔模损耗最小，从而在该透射峰内主腔模式最先起振并且起振后两边第一透射峰内主腔模式难以起振，这就抑制了跳模的产生，如图3所示。通过调谐可调谐光纤滤波器6的反射峰波长，并且对伸缩材料一4、二7和三12进行微调，可以实现稳定的无跳模单纵模步进调谐。

5

CN 109004501 A

说　明　书　附　图

1/2页

图1

图2

6

CN 109004501 A

说　明　书　附　图

2/2页

图3

7