[发明专利]一种单频光纤激光器专用波长快速调制系统

说明书

技术领域

本发明涉及光纤及激光技术领域,具体的说是一种结构简单，设计灵活，调制特性在不同频率下恒定，可靠性高的单频光纤激光器专用波长快速调制系统。

背景技术

单频光纤激光器由于特殊的设计，在光纤激光器中具有相干长度长，单色性好，谱线宽度窄等优点；连续可调单频光纤激光器在很多领域有独特的应用，例如：光纤传感，激光指示和远距离测距，多普勒激光雷达等。研制单频连续可调光纤激光器并将其产业化具有重要的科研，经济及社会效益。

以往用压电元件调制波长的系统往往将振荡腔的一部分，如高掺杂增益光纤或低反射率光纤布拉格光栅直接固定在压电元件上进行拉伸，结果是系统的机械特性非常复杂，尤其在高调制频率下，不仅结构复杂，可靠性也较差。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种结构简单，设计灵活，调制特性在不同频率下恒定，可靠性高的单频光纤激光器专用波长快速调制系统。

本发明可以通过如下措施达到：

一种单频光纤激光器专用波长快速调制系统，包括激光器底座、压电元件和压电元件控制系统，其特征在于激光器底座上设有两根对称的拉伸杆，压电元件上下两侧分别与上下两个拉伸杆相连，压电元件的伸缩方向为水平方向，拉伸杆与压电元件伸缩的方向平行，在压电元件伸长时拉伸杆活动端被推开，从而实现对拉伸杆的拉伸。压电元件4与激光器底座8的结合必须做到无缝隙，并且在完成组装时拉伸杆要处于预定的被拉伸状态，从而对压电元件实现定量的预压。波长调制系统组装完成后，振荡腔被用强力粘合剂固定在一根拉伸杆上预先加工的U型槽中。保证在在拉伸杆被拉伸（或压缩）时，振荡腔经历同样的拉伸（或压缩）。

以往用压电元件调制波长的系统往往将振荡腔的一部分，如高掺杂增益光纤或低反射率光纤布拉格光栅直接固定在压电元件上进行拉伸，结果是系统的机械特性非常复杂，尤其在高调制频率下。为实现高频稳定调制，本发明将以往复杂的机械系统变为简单的弹簧-质量系统。其中质量对应拉伸杆活动端，其质量为，弹簧对应拉伸杆，其弹性系数为。压电元件的效果被简化为按正玄方程周期变化的力，其共振频率的计算公式为：

,

其中为弹簧的弹性系数，为质量。

由此可见在设计中要提高共振频率需要增加弹性系数，减少质量。本发明的频率调制是在相对不变的低频区域完成。可以看出在这一区域在驱动幅度相同时，位移幅度不随调制频率变化。本装置可用调制频率范围为0~6000Hz。共振频率为大约10000Hz。如上所述，本发明可以通过改变压电元件和机械设计调节共振频率和调制范围。本发明的优点在于它应用于实现单频全光纤激光器的无跳模波长调制，结构简单，设计灵活，调制特性在不同频率下恒定，可靠性高等优点。

附图说明

图1是本发明的一种示意图。

图2是解释本发明原理的弹簧-质量系统示意图。

图3是弹簧-质量系统的特性曲线示意图。

图4是波长调制-频率特性曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

一种单频光纤激光器专用波长快速调制系统，包括激光器底座1、压电元件4和压电元件控制系统5，其特征在于激光器底座上设有两根对称的拉伸杆3，压电元件4上下两侧分别与上下两个拉伸杆3相连，压电元件4的伸缩方向为水平方向，拉伸杆3与压电元件4伸缩的方向平行，在压电元件4伸长时拉伸杆3活动端被推开，从而实现对拉伸杆3的拉伸。压电元件4与激光器底座1的结合必须做到无缝隙，并且在完成组装时拉伸杆3要处于预定的被拉伸状态，从而对压电元件实现定量的预压。波长调制系统组装完成后，振荡腔2被用强力粘合剂固定在一根拉伸杆上预先加工的U型槽中。保证在在拉伸杆被拉伸（或压缩）时，振荡腔2经历同样的拉伸（或压缩）。

以往用压电元件调制波长的系统往往将振荡腔2的一部分，如高掺杂增益光纤或低反射率光纤布拉格光栅直接固定在压电元件上进行拉伸，结果是系统的机械特性非常复杂，尤其在高调制频率下。为实现高频稳定调制，本发明将以往复杂的机械系统变为简单的弹簧-质量系统。其中质量对应拉伸杆活动端6，其质量为，弹簧对应拉伸杆3，其弹性系数为。压电元件的效果被简化为按正玄方程周期变化的力，其共振频率的计算公式为：

,

其中为弹簧的弹性系数，为质量。

由此可见在设计中要提高共振频率需要增加弹性系数，减少质量。本发明的频率调制是在相对不变的低频区域完成。可以看出在这一区域在驱动幅度相同时，位移幅度不随调制频率变化。本装置可用调制频率范围为0~6000Hz。共振频率为大约10000Hz。如上所述，本发明可以通过改变压电元件和机械设计调节共振频率和调制范围。本发明的优点在于它应用于实现单频全光纤激光器的无跳模波长调制，结构简单，设计灵活，调制特性在不同频率下恒定，可靠性高等优点。