[发明专利]单点注入式有源并联子腔的单纵模窄线宽光纤激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤激光器，尤其涉及一种单点注入式有源并联子腔的单纵模窄线宽光纤激光器，属于激光技术领域。

背景技术

单频窄线宽光纤激光器具有高时间相干性和低相位噪声特性，在超高精度长距离光纤传感系统、高速光通信系统、相干光通信、激光雷达、微波光子学等民用和军用领域具有广泛的应用。

实现激光器的单纵模输出的关键在于通过模式选择与稳定技术获得激光器的单纵模运转和抑制多模振荡和跳模现象，尤其是对于具有高功率连续波输出光纤激光器，长时间运行的稳定性决定了激光器性能优劣。目前采用的实现单纵模选择的滤波技术主要包括激光腔结构和腔内光纤滤波器选模的方法。前者包括环形腔或者线性腔；后者按照滤波效应分类包括：基于光衍射效应的光纤布拉格光栅滤波器；基于干涉效应的法布里-法布里－珀罗滤波器、多层介质膜滤波器和马赫-曾德干涉滤波器等。滤波器选模能够获得的中心波长滤波光谱宽度普遍大于0.01nm，具有GHz以上频谱宽度，并且激光输出模式取决于腔内光纤器件与滤波器的稳定性，易受环境因素影响。如何在获得达到kHz窄线宽的单纵模输出的同时确保光纤激光器的运行稳定性成为制约光纤激光器性能提升的技术难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种单点注入式有源并联子腔的单纵模窄线宽光纤激光器，能够实现单纵模、窄线宽、高稳定输出。

本发明的单点注入式有源并联子腔的单纵模窄线宽光纤激光器，包括：

一星形耦合器，具有N×N的端口，N为大于1的整数；

一光纤有源子腔，其两端分别与所述星形耦合器的其中一个分路的两端连接，形成闭合回路；

N-1个光纤无源子腔，每一个光纤无源子腔的两端分别与所述星形耦合器剩余分路的其中一个的两端连接，分别形成闭合回路；其中一个闭合回路中依次连接有增益放大单元、选模单元，以及一1×2耦合器；所述1×2耦合器的输入端和其中一个输出端分别接入其所在闭合回路，另外一个输出端作为光纤激光器的输出端；

一种子激光器，其输出端通过种子激光器耦合单元与所述光纤有源子腔连接。

进一步地，除连接有1×2耦合器的光纤无源子腔外，其余的N-2个光纤无源子腔中至少还有一个连接有增益放大单元、选模单元。优选地，所述增益放大单元包含多级放大结构。

优选地，所述种子激光器耦合单元包括光隔离器和光纤环形器；光隔离器的输入端与种子激光器的输出端连接，输出端与光纤环形器的一个端口连接；光纤环形器的另外两个端口分别与分别与所述光纤有源子腔连接。

所述种子激光器优选波长与功率可调谐激光器。

相比现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、  采用子腔并联结构，增加了整个激光器谐振腔模式选择的精细度，提高了激光

器输出效率，改善了输出光模式噪声特性。 可以在不同子腔内进行滤波与稳定性控制，增加了激光器输出的稳定性；

2、  有源腔内注入的种子源锁定了激光器输出波长，压缩了激光器频谱宽度，提高

了激光器输出相干性；

3、采用将MHz种子源激光器注入光纤子腔的方法与并联子腔共同作用，压缩了激

光器频谱宽度，提高了激光器输出相干性；

3、  单个子腔内采用多级光放大结构，增加了激光器腔内增益，提高了激光器输出

功率；

5、采用全光纤腔结构，耦合损耗小，结构紧凑，输出效率高，对外界环境干扰免疫力高。

附图说明

图1为本发明单点注入式有源并联子腔的单纵模窄线宽光纤激光器的结构原理示意图；

图2为具体实施方式中所述实施例的结构示意图；

图3为种子注入工作频率锁定区域与种子激光器和无源子腔激光波长之间的失谐量的关系示意图；

图4为用光谱仪测得的激光器单纵模连续波输出光谱图；

图5为对种子激光器采用脉冲外调制光方式实现的激光器脉冲输出时域图；

图6为利用延时自外差法测得的本发明激光器连续波单频输出；

图7为本发明光纤激光器长期运行稳定性测试结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

本发明的思路是利用耦合器将一个光纤有源子腔与一个或多个光纤无源子腔并联，从而形成子腔并联的谐振回路，然后通过种子激光器向光纤有源子腔中注入种子光源，从而改善激光输出特性。下面先对本发明的发明原理进行简要说明。