[发明专利]一种可调谐窄线宽单频线偏振激光器

说明书

技术领域

本发明涉及到光纤遥感、相干光谱合束、引力波探测、激光雷达以及非线性频率转换等领域所用到的激光器光源，尤其是一种可调谐式、窄线宽、线偏振运转的单频激光器。

 

背景技术

窄线宽单频光纤激光器是激光器发展的一个重要分支，它具有极窄线宽、低噪声、优异的相干特性。尤其是其光谱线宽极其狭窄（可达10^-8nm），比现有最好的窄线宽DFB激光器的线宽要窄2个数量级，比目前光通信网络中DWDM信号光源的线宽还要窄5～6个数量级。在相干光谱合束、激光雷达、非线性频率转换等应用领域有着巨大的潜在价值，显得十分重要。而这些领域一般要求激光器的光谱线宽极窄、线偏振运转和可调谐（多信道或多波长工作），这些参数决定和影响了应用场合的分辨率、转换效率、成本等诸多指标。因此，迫切需要发展一种简单可靠的可调谐窄线宽单频线偏振激光器。

目前研究报道的可调谐单频激光器，一般是使用稀土离子掺杂石英光纤或者稀土离子掺杂固态晶体作为单频激光的工作介质，在光路中插入可靠性低的块体光学调制晶体（电光晶体、热光晶体或F-P标准具等）用于维持单频运转或者调节激光频率，但都存在掺杂稀土离子的浓度无法进一步提高、谐振腔腔长较长、容易跳模、可靠性较差等一系列问题，一般最大只能直接输出几十mW量级的可调单频激光，而且最大难点是线宽较难做到10kHz以下，噪声较大。

使用稀土离子高掺杂多组分玻璃光纤作为激光的增益介质，结合短直单频激光谐振腔，可以有效实现输出功率大于100mW、线宽小于2kHz的单频激光输出。与此相关的研究工作有：C. Spiegelberg等人采用2cm长的铒镱共掺磷酸盐玻璃光纤，实现了输出功率大于200mW、线宽小于2kHz、波长为1.5μm的单频光纤激光输出报道[J. Lightwave Technol., 2004, 22: 57]。 Z. Feng等人采用0.8cm长的掺镱磷酸盐玻璃光纤，实现了输出功率大于200mW、线宽小于2kHz、消光比大于30dB、波长为1.06μm的线偏振单频光纤激光输出报道[Appl. Phys. Express, 2013, 6:052701]。此外，2004年，美国亚历山大大学和NP光子公司申请了高功率窄线宽单频激光系统专利[公开号：US 2004/0240508 A1]，采用微片式激光谐振腔结构，但是其所要求的单频激光器并未具有线偏振输出、波长可调谐的特征。2011年，美国IPG公司申请了高功率窄线宽光纤激光器专利[公开号：US 7903696 B2]，采用2个超短单频谐振腔输出低功率窄线宽单频激光信号，分别经过普通掺铒光纤放大器和高功率双包层光纤放大器进行激光功率放大，但是其所要求的光纤激光器也并未具有线偏振输出、波长可调谐的特征。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种可调谐式的窄线宽单频线偏振激光器，可以连续与选择性的调谐激光的输出波长，使其能够覆盖较宽的波长可调谐范围。本发明采用短直单频谐振腔结构，利用多组分玻璃光纤的高掺杂和高增益特征，再利用热光可调滤波器与超结构保偏光纤光栅的选频作用与波长调谐功能，结合精密温度调节技术（热电制冷器TEC），最终在泵浦源提供泵浦（抽运）能量的前提下，可以有效地实现可宽范围调谐、kHz量级线宽、高消光比的单频线偏振激光的稳定输出。

本发明的目的通过如下技术方案实现。

一种可调谐窄线宽单频线偏振激光器，其包括热沉及封装在热沉上的泵浦源、第一准直透镜、激光后腔镜、热光可调滤波器、第二准直透镜、稀土离子高掺杂多组分玻璃光纤、超结构保偏光纤光栅、保偏光隔离器、保偏光纤和热电制冷器TEC；所述泵浦源、第一准直透镜、激光后腔镜、热光可调滤波器、第二准直透镜、稀土离子高掺杂多组分玻璃光纤、超结构保偏光纤光栅、保偏光隔离器、保偏光纤顺次排布，泵浦源、热光可调滤波器、超结构保偏光纤光栅均各自安装在一个热电制冷器TEC上。 

进一步地，所述泵浦源的输出端经第一准直透镜与激光后腔镜耦合连接，激光后腔镜与热光可调滤波器耦合连接，热光可调滤波器与第二准直透镜耦合连接，第二准直透镜与稀土离子高掺杂多组分玻璃光纤的输入端耦合连接，稀土离子高掺杂多组分玻璃光纤的输出端与超结构保偏光纤光栅的输入端耦合连接，超结构保偏光纤光栅的输出端与与保偏光隔离器的输入端耦合连接，保偏光隔离器的输出端与保偏光纤的尾纤耦合连接。 

进一步地，所述激光后腔镜的镜片端面镀有薄膜层，薄膜膜层对激光信号波长高反，反射率要求大于80%；对泵浦光波长高透，透射率要求大于80%。