[发明专利]一种纳秒脉冲光纤激光器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳秒脉冲光纤激光器及其控制方法。

背景技术

纳秒脉冲光纤激光器在光纤拉曼传感器中有着广泛的应用。光纤 拉曼传感器要求激光器的脉冲宽度在纳秒量级(几个纳秒到几十个纳 秒)，脉冲峰值功率能达到数十瓦，脉冲重复频率达到几千赫兹到几十 千赫兹。

现有技术中，如“一种脉冲光纤激光器”专利(专利号： 200820086781.0)所公开的技术方案存在的不足之处在于，背景ASE 噪声大、输出激光信噪比低、脉冲峰值功率低、脉冲不平坦和激光器 使用寿命低，不能用于长距离分布式拉曼光纤传感系统。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种纳秒脉冲光纤激光器及其控制方 法，能够有效提高脉冲峰值功率，降低背景ASE噪声，提高输出激光 信噪比，延长激光器的使用寿命。

本发明基于同一发明构思，具有两个独立技术方案：

1、一种纳秒脉冲光纤激光器，具有源激光器，其特征在于：还具 有噪声控制激光器，源激光器和噪声控制激光器的输出端通过光纤耦 合器与三端口光纤环形器输入端相连，三端口光纤环形器的第二端口 和泵浦激光二极管的输出端接波分复用器，波分复用器、掺杂光纤、 光纤光栅和第一光电探测器从左到右依次串联。控制单元分别与源激 光器、噪声控制激光器、泵浦激光二级管、第一光电探测器和第二光 电探测器连接。

泵浦激光二极管将泵浦光注入掺杂光纤，源激光发生器产生的激 光脉冲经过掺杂光纤进行一次放大，激光脉冲经过光纤光栅反射后再 次经过掺杂光纤进行二次放大，二次放大后的激光脉冲由三端环形器 输出。噪声控制激光器产生的脉冲光经过光纤耦合器、三端口光纤环 行器、波分复用器后在掺杂光纤里面产生光放大，消耗掺杂光纤内的 反转粒子数，抑制ASE背景噪声的产生，放大后的激光经过光纤光栅 输出，被第一光电探测器探测到。

纳秒脉冲光纤激光器的源激光器产生激光中心波长和噪声控制激 光器产生激光的中心波长均在掺杂光纤增益谱范围之内。源激光器中 心波长在通信C波段1550nm附近。噪声控制激光器中心波长在1530nm 附近。源激光器、噪声控制激光器、光纤耦合器、三端口光纤环形器、 波分复用器、半导体泵浦激光二级管、掺杂光纤均采用光通信用单模 光器件。

纳秒脉冲光纤激光器采用三端口光纤环形器、波分复用器、半导 体泵浦激光二级管、掺杂光纤和宽带高反射率光纤光栅结构，构成一 个特殊的光纤放大器，在单段掺杂光纤上实现了两级激光放大。其中， 宽带高反射率光纤光栅用来滤除源激光器发出激光的激光光谱以外的 噪声。并且，噪声控制激光器产生的激光光谱不在宽带高反射率光纤 光栅的反射带宽内。噪声控制激光器输出的激光经掺杂光纤放大之后 经过光纤光栅被光电探测器接受。源激光器产生的脉冲光经过掺杂光 纤放大之后从三端口光纤环行器输出端口输出。

纳秒脉冲光纤激光器采用噪声控制激光器来抑制背景ASE噪声， 提高了输出激光的信噪比。源激光器发出一个光脉冲，在掺杂光纤中 实现光放大，源激光器发出该脉冲光之后，噪声控制激光器发出一个 脉冲光来消耗掺杂光纤中的反转粒子数，抑制ASE噪声的产生。

2、一种前述纳秒脉冲光纤激光器的控制方法，其特征在于：控制 单元给源激光器和噪声控制激光器提供时序脉冲电流，其特征在于包 括如下循环步骤：控制单元给源激光器一个脉冲电流，使源激光器发 出一个宽度为T0的光脉冲，经过T1时间间隔后，控制单元给噪声控 制激光器发出一个脉冲电流，使噪声控制激光器发出一个宽度为T2的 光脉冲；然后再经过T3时间间隔后，控制单元再给源激光器发出一个 脉冲电流，使源激光器发出下一个光脉冲。在T3这段时间里，将弥补 前一段时间内噪声控制激光器产生的脉冲激光对掺杂光纤中反转粒子 数过多的消耗，使掺杂光纤中的反转粒子数恢复到较高的水平，从而 保证了源激光器产生的光脉冲在掺杂光纤中能够产生足够高的增益。 同时，T3不能太长；以免在T3时间内产生较大的ASE脉冲噪声。T1 时间长短以电路稳定转换时间为准。