[发明专利]一种高峰值功率的窄线宽光纤脉冲激光器及其使用方法

说明书

本发明为一种高峰值功率的窄线宽光纤脉冲激光器及其使用方法，本激光器种子源输出激光在第一光纤分路器分出主路经第一相位调制器、光纤移相器、级联光纤放大器、第二相位调制器和第二光纤分路器输出。两个分路器分出小束激光接入光纤干涉仪，拍频信号经光电探测器接入控制电路，其控制光纤移相器和射频放大器。本方法频率源驱动二相位调制器；窄线宽脉冲激光经光谱展宽相位调节级联放大压缩光谱后输出；控制电路连续调节光纤移相器相位，取拍频强度最小的移相器状态；渐增第二射频放大器功率，锁定于拍频强度最小功率点；控制电路持续监控拍频强度实时调节光纤移相器。本发明提高窄线宽光纤脉冲激光器的最大输出峰值功率，保证窄线宽特性不变。

技术领域

本发明涉及一种光纤激光器，具体涉及一种高峰值功率的窄线宽光纤脉冲激光器及其使用方法。

背景技术

窄线宽光纤脉冲激光器是激光雷达、遥感、3D成像等应用的主要光源之一。光纤激光器具有体积小、重量轻、单模特性好、工作效率高、散热简单、寿命长、可靠性高等优点；然而，由于光纤孔径限制，窄线宽光纤脉冲激光器的输出最大峰值功率受到非线性效应的限制，主要是受激布里渊散射(SBS)阈值的限制；一旦激光器输出功率达到SBS阈值，就会产生很强的后向激光脉冲，可能对激光器产生永久性破坏。目前提高窄线宽光纤脉冲激光器SBS阈值的主要方法有增加光纤纤芯直径、提高有源介质的掺杂浓度以缩短有源光纤使用长度等，但达到的激光脉冲最大峰值功率与固体激光器最大输出峰值功率仍有很大差距；使用相位调制器对激光光谱展宽，可以提高激光器的SBS阈值，但同时也失去了激光器的窄线宽特性。

发明内容

为了克服SBS对窄线宽光纤脉冲激光器最大输出峰值功率的限制，本发明提供一种高峰值功率的窄线宽光纤脉冲激光器及其使用方法，窄线宽脉冲激光源输出的激光首先经过光纤分路器分出部分光信号作为本地参考激光，光纤分路器输出的主激光信号则经光纤相位调制器进行光谱展宽，再经光纤移相器、级联光纤放大器放大，激光光谱展宽提高了SBS阈值，使放大器输出最大峰值功率提高；放大后的激光经过第二个相位调制器进行光谱压缩，输出窄线宽的高功率激光脉冲。通过激光光谱展宽—放大—激光光谱压缩，提高峰值功率、同时保持激光器窄线宽特性。

本发明一种高峰值功率的窄线宽光纤脉冲激光器包括窄线宽脉冲激光种子源和光纤放大器，还包括两个光纤分路器、两个相位调制器、光纤移相器、光纤干涉仪、光电探测器和控制电路，窄线宽脉冲激光种子源输出的连续激光接入第一光纤分路器，分为两路，主路接入第一相位调制器，另一路接入光纤干涉仪的一个输入臂。主路激光在第一相位调制器展宽激光光谱、以提高SBS阈值，之后接入光纤移相器、调节激光相位，其输出连接级联光纤放大器，提高峰值功率，再接入第二相位调制器，压缩光谱，最后进入第二光纤分路器，大部分作为输出，小部分接入上述光纤干涉仪的另一输入臂。窄线宽脉冲激光种子源发出的激光和本激光器输出信号在光纤干涉仪进行相干检测，产生的拍频信号经光电探测器光电转换，电信号接入控制电路，控制电路的控制信号连接光纤移相器和射频放大器，控制电路控制光纤移相器和射频放大器共同实现激光光谱压缩。

频率源为两个相位调制器的驱动频率源，频率源输出的信号分成相同的两束分别经第一射频放大器和第二射频放大器，分别驱动第一相位调制器和第二相位调制器，实现两个相位调制器的驱动频率一致。

所述窄线宽脉冲激光种子源为窄线宽半导体激光器连接电光调制器或声光调制器、或者为窄线宽光纤激光器连接电光调制器或声光调制器，激光器发出连续激光，调制器进行幅度调制。

所述第一光纤分路器分光比为99:1至50:50，较佳方案分光比为90:10至95:5，其中大部分光输出到主路，小部分光比输出端连接光纤干涉仪的一个输入臂。

所述两个相位调制器为驱动频率完全相同的铌酸锂电光相位调制器，调制频率为100MHz～10GHz，以达到较好的光谱展宽效果，且信号处理便捷；两个相位调制器的驱动功率有一定比例，在该比例下第二相位调制器的相位调制深度与第一相位调制器的相位调制深度相等。