[发明专利]全光纤型外腔式可调谐光纤激光器

说明书

技术领域

本发明涉及激光器，具体地说是一种全光纤型外腔式可调谐光纤激光器。

背景技术

激光器自问世以来，被广泛地应用于光纤干涉传感、光通信网络等领域。目前，大多数光纤干涉传感系统和光通信网络系统都是基于激光器的干涉传感系统和以激光器出射的激光作为通信信号源，而激光器的线宽和可调谐特性限制了其干涉传感距离、传感的动态特性和光纤通信网络的带宽以及其动态特性，因此窄线宽可调谐激光器的研究吸引了众多研究者的关注。

常见的可调谐激光器主要有外腔激光器、注入电流调制半导体激光器。

外腔式可调谐激光器主要是基于半导体的外腔激光器，其基本结构是在外腔中插入分光元件，通过调节分光元件与腔外的反馈机构来实现激光波长的调谐。在外腔激光器中采用高锐的光学标准具来压缩激光输出带宽和相匹配的可调谐的窄带光滤波器。外腔的引入可以降低激光器阈值电流、减小其光发散角和压窄激光器的线宽。

在外腔激光器中，采用三镜腔理论模型分析其压窄线宽的机理，如图1所示。令激光器前端面7与激光器后端面8之间的长度为L₀，前端面和后端面的反射系数分别为r₁和r₂，后端面8到外腔端面9之间的外腔长度为L_ext，外腔反射系数为r₃，激光介质的折射率为n，初始的光频为ν₀，有外腔后的光频为ν，τ_in和τ_ext分别为内腔和外腔时延，α为线宽展宽因子，C为光反馈强度，则相位条件为：

                                                                （1）

根据相位条件得出无外腔时线宽δν₀，有外腔时线宽δν二者关系如下式：

                （2）

由式（2）得，在有外腔时，选择合适的外腔长度和反馈强度C可以获得压窄的线宽δν。

外腔式半导体激光器获得的窄线宽可调谐激光器主要存在以下问题：1、外腔式半导体激光器中温度特性影响激光器的输出特性，需要采用额外的温度控制装置和窄带光滤波器，加大了制作难度和制作成本。2、外腔式半导体激光器与光纤系统耦合度较低，限制了其在光纤传感和光纤通信系统的应用。

注入电流调制半导体激光器是通过注入电流调谐半导体激光器的输出波长，进而实现波长调谐的目的，其主要存在以下问题：

1、由于半导体激光器注入电流的幅度受限于半导体的注入电流工作范围，从而限制了其输出波长的调谐范围，典型的电流注入型F-P型半导体激光器的调谐范围一般在0.1nm左右，造成应用范围受限；

2、电流注入型半导体激光器进行调谐时，激光器工作性能不稳定，输出功率波动严重，影响应用场合；

3、半导体激光器典型线宽范围为2nm，一般为多纵模工作，导致激光光束的单色性和相干性差，影响了其传输和传感特性，并且远距离工作时发散角较大，直接限制其应用场合和工作距离。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种全光纤型外腔式可调谐光纤激光器，该激光器工作性能稳定，应用场合广泛。

按照本发明的技术方案：一种全光纤型外腔式可调谐光纤激光器，包括顺序相连的具有反射特性的外腔、波分复用器、可调谐特性的光纤光栅、增益介质及耦合器，所述波分复用器的另一输入端口与泵浦单元相连；所述泵浦单元出射的泵浦激光通过所述波分复用器引入所述增益介质使增益介质粒子数反转；所述可调谐特性的光纤光栅与所述耦合器构成激光器的线性谐振腔，并选择与所述可调谐特性的光纤光栅波长匹配的可调谐激光并由所述耦合器的输出端口输出。

所述可调谐特性的光纤光栅包括机械调节装置，所述机械调节装置包括一段固定另一段可移动的调节架，光纤光栅粘贴在可移动的调节架，通过手动对光纤光栅的拉力进行调节而获得波长的调谐。

所述可调谐特性的光纤光栅包括机械调节装置，所述机械调节装置包括压电陶瓷，光纤光栅粘贴在压电陶瓷的二端，使用信号发生器或可编程的信号发生器发生信号对压电陶瓷驱动而获得波长的调谐。

所述可调谐特性的光纤光栅包括机械调节装置，所述机械调节装置包括可编程的调节架，光纤光栅粘贴在可编程的调节架上，通过编程驱动调节架的移动而获得波长的调谐。

所述具有反射特性的外腔为耦合器二输出端融合形成的环形镜构成的外腔。