[实用新型]一种低噪声保偏单频光纤激光器

说明书

技术领域

本实用新型涉及到一种激光器光源，尤其涉及一种低噪声、偏振保持形式输出的单频光纤激光器。 

背景技术

单频（单纵模）光纤激光器指工作在单一纵模运转状态，具有输出光谱线宽窄、频率可调、相干长度长、噪声低、结构紧凑等优点，在相干光通信、相干光谱合束、激光雷达、非线性频率转换和高精度光谱测量等领域有着广泛的应用，然而一些应用领域尤其要求单频激光器具有低噪声、保偏输出特征。 

获得线偏振单频激光输出的方法较多，一般采用环形腔或者复合腔结构（谐振腔腔长长，适合在腔内插入偏振相关元器件），使用基于石英基质的保偏有源光纤作为激光的工作介质，结合保偏光路系统，以及在光路中插入一些光学元器件（如偏振控制器、保偏光纤光栅、饱和吸收体等）的方式。 

相关的专利有：（1）北京航空航天大学在2009年申请了可调谐单频单偏振光纤激光器的专利[公开号：CN 101667710A]，采用环形腔结构，使用偏振调制器、一段未抽运掺铒保偏光纤与保偏光纤光栅进行偏振控制和选频，实现了单偏振激光输出。（2）中科院上海光学精密机械研究所在2011年申请了线偏振光纤激光器的专利[公开号：CN 102227043A]，使用保偏光纤环形镜、保偏光纤与保偏光纤光栅进行偏振选择，实现了线偏振激光输出。上述腔结构设计存在一些问题：谐振腔腔长太长、纵模间隔过密、容易受外界环境扰动（如温度变化、振动）的影响而产生跳模、多纵模现象，单频工作稳定性较差，且最大只能输出几十mW量级的激光。 

相关的论文有：（1）Z. Meng等人采用环形腔结构，用一段保偏光纤作为可饱和吸收体，获得了波长1535nm、功率4.7mW、线宽1.5kHz、消光比24.8dB的单频单偏振激光输出[IEEE J. Lightwave Technol., 2006, 24:5]。（2）S. Xu等人采用0.8cm长的掺镱磷酸盐玻璃光纤，实现了波长1.06μm、功率400mW、线宽7kHz的单频光纤激光输出[Opt. Lett., 2011, 36:18]。不难看出，由于稀土离子掺杂石英光纤的掺杂浓度低，导致光纤使用长度长，且难以实现大功率的激光输出。然而使用基于多组分玻璃光纤的线形短直腔结构，可以有效地实现功率大于100mW的窄线宽单频光纤激光输出。上述论文中输出激光都未具有低噪声或偏振保持的特性，其原因是：一方面保偏类型的多组分玻璃光纤的设计与制备技术相对较困难，全保偏光路方案实现成本高、结构复杂；另一方面线形短直谐振腔受腔长设计限制，很难在腔内插入其它保偏元器件（如偏振控制器、起偏器）。 

实用新型内容

本实用新型目的是采用非全保偏光路结构，提供一种低噪声性能、偏振保持的单频光纤激光输出。该激光器采用超短F-P腔结构设计，利用高增益特性的多组分玻璃光纤替代传统的掺稀土离子石英光纤，利用具有高双折射的窄带保偏光纤光栅替代传统的光纤光栅进行选频，利用PZT压电陶瓷随加载不同电压值对光纤施加不同的侧向应力进行偏振态控制，而窄带保偏光纤光栅的反射谱与偏振态相关，当出现稳定的线偏振状态时，传输进入窄带保偏光纤光栅的慢轴，并经反射进行选频，这样可以提高激光器的转换效率，降低激光器的噪声。 

本实用新型的具体技术解决方案如下。 

一种低噪声保偏单频光纤激光器，其包括多组分玻璃光纤（掺稀土离子多组分玻璃光纤）、宽带光纤光栅、窄带保偏光纤光栅、PZT压电陶瓷、保偏波分复用器、保偏光隔离器、泵浦源和热沉，所述PZT压电陶瓷与窄带保偏光纤光栅共同构成偏振态控制装置；PZT压电陶瓷固定在多组分玻璃光纤的侧面或宽带光纤光栅的石英光纤一端的侧面，宽带光纤光栅的一端与多组分玻璃光纤的一端连接，多组分玻璃光纤的另一端与窄带保偏光纤光栅的一端连接，窄带保偏光纤光栅的另一端与保偏波分复用器的公共端连接，泵浦源的尾纤与保偏波分复用器的泵浦端连接，保偏波分复用器的信号端与保偏光隔离器的输入端连接，所有元器件固定封装在热沉中。 

进一步地，激光工作介质即所述多组分玻璃光纤为非保偏光纤，其纤芯的基质材料为磷酸盐玻璃，其组成为70P₂O₅-10Al₂O₃-10BaO-6La₂O₃-4Nd₂O₃。其基质材料包括但不限于磷酸盐玻璃、锗酸盐玻璃、碲酸盐玻璃、硅酸盐玻璃等组分玻璃。