[发明专利]一种单频调Q脉冲光纤激光器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤激光器，特别是涉及一种单频调Q脉冲光纤激光器。

背景技术

光纤激光器效率高、阈值低、线宽窄、可调谐、便于集成,。因此受到普遍关注。在波分复用(WDM)系统、激光测距、光传感等众多领域中更是作为最基本的光源而被广泛的使用。近几年来，各种新型光纤器件、新型结构光纤的出现。调Q 光纤激光器的研究也得到了快速的发展，推动了激光雷达、激光微加工等应用技术的发展。传统的主动或者被动调Q激光器( 声光、电光、机械转镜以及可饱和吸收体等) 都已形成可靠、成熟的技术。

对于脉冲工作形式的光纤激光器来说，可以在不太高的输出能量下获得极高的输出功率，同时保持良好的光束质量。根据其产生机理，脉冲光纤激光器可以分为:调Q光纤激光器、锁模光纤激光器和主控振荡器的功率放大器(MOPA)光纤激光器三种。锁模激光器是在激光产生的时候引入一个增益的调制信号，使得激光腔各个纵模之间产生叠加干涉效应，从而输出脉冲激光。用锁模方法产生的激光脉冲的脉冲宽度比较短(可小于100fs),但对光纤激光器的谐振腔要求较高,比如谐振腔的稳定性和谐振腔的外界条件要控制得非常好,但是锁模的脉冲的输出能量较低。MOPA光纤激光器是把一个输出良好的连续光的光纤激光器当做种子光源，然后通过对种子光进行调制产生脉冲，再把脉冲信号耦合进放大器中进行放大，从而获得能量较高，质量较好脉冲激光输出。MOPA激光器可以将脉冲质量高但能量低的种子激光多级放大,从而获得高质量的激光脉冲输出，但是MOPA光纤激光器的结构相对来说比较复杂。调Q激光器则是在光纤激光器的谐振腔内插入调制元件，通过输入调制信号调节激光腔内的损耗，实现脉冲输出。调Q的办法结构非常简单，很容易就可以获得光束质量高的脉冲激光输出。短直腔结构的单频调Q脉冲光纤激光器一直被认为是最有发展前景的类型。窄线宽单频脉冲激光在非线性频率变换、激光雷达和遥感等超高精尖端领域有着广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供提出一种单频调Q脉冲光纤激光器，具有新型的谐振腔结构，保偏窄带光纤光栅、高增益光纤和宽带光纤光栅构成激光器谐振腔。本发明利用温控热沉调节并稳定住保偏窄带光纤光栅的温度，通过加载一个周期性信号到伸缩材料上，周期性改变伸缩材料和保偏窄带光纤光栅的长度，从而改变激光谐振腔的腔内损耗，输出千赫兹量级的脉冲信号。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

一种单频调Q脉冲光纤激光器，其包括一个单模半导体泵浦激光器、保偏波分复用器、保偏光隔离器、保偏窄带光纤光栅、伸缩材料、第一温控热沉、第二温控热沉、高增益光纤和宽带光纤光栅；各部件之间的结构关系是：高增益光纤作为激光增益介质，保偏窄带光纤光栅和宽带光纤光栅组成激光腔前后腔镜，实现激光在腔内的振荡以及对输出波长的选择；保偏窄带光纤光栅紧固定在伸缩材料上，通过加载信号能改变伸缩材料和保偏窄带光纤光栅的长度，从而改变保偏窄带光纤光栅的中心波长；保偏窄带光纤光栅、高增益光纤、非保偏宽带光纤光栅组成了单频调Q脉冲光纤激光器的谐振腔；激光谐振腔放置在精密温控热沉上跟伸缩材料一起对激光谐振腔的腔内损耗进行调制，其中保偏窄带光纤光栅放置在第一温控热沉，高增益光纤和宽带光纤光栅放置在第二温控热沉上，第一温控热沉和第二温控热沉能稳定住激光谐振腔的温度，使其工作在一个比较稳定的外界条件下，输出光脉冲信号，谐振腔输出的保偏脉冲激光信号经由保偏波分复用器的信号端进入保偏光隔离器，从保偏光隔离器的输出端输出。

进一步优化的，所述高增益光纤为稀土掺杂单模玻璃光纤，其纤芯成分包括但不限于磷酸盐玻璃、锗酸盐玻璃、硅酸盐玻璃、氟化物玻璃，所述高增益光纤的纤芯掺杂高浓度的发光离子，所述发光离子为镧系离子、过渡金属离子中一种或多种的组合体,所述发光离子掺杂浓度大于1×10¹⁹ions/cm³,且在其纤芯中是均匀掺杂。

进一步优化的，所述的保偏窄带光纤光栅、高增益光纤和宽带光纤光栅之间是通过研磨抛光各自的光纤端面后直接对接耦合，或者通过光纤熔接机熔接耦合的。

进一步优化的，所述高增益光纤的单位长度增益大于0.2 dB/cm，光纤长度为0.5～50cm。

进一步优化的，所述伸缩材料是通过加载信号可以改变其体积的一种材料，包括但不限于电致伸缩材料、磁致伸缩材料。

进一步优化的，所述伸缩材料伸缩距离大于1μm ，第一温控热沉对窄带保偏光纤光栅中心波长的调节范围大于0.1nm。