[实用新型]一种基于光纤耦合型双微腔选模的单纵模窄带光纤激光器

说明书

技术领域

本实用新型属于光纤激光器技术领域，具体涉及一种基于光纤耦合型双微腔选模的单纵模窄带光纤激光器。

背景技术

单纵模窄带宽光纤激光器由于其阈值低、效率高、相干性好、输出波长灵活、结构简单等优点,被广泛用于光纤传感和通信、激光雷达、高精度光谱测试等众多前沿科学研究领域。目前，实现单纵模窄带激光输出主要通过线性短腔或者环形光纤谐振腔内加入窄带滤波器选模来实现。线性腔结构通常采用光纤光栅作为其反馈单元，主要包括分布式反馈(DFB)和分布式布拉格反射(DBR)两种。2010年，上海光机所的孟莉等研究了短直腔磷酸盐光纤激光器，激光器腔长1cm，输出功率79mW，由于线性腔腔长较短，短腔结构的光纤激光器的激光功率相对较低,并且增益光纤长度受到限制，对光栅的制作具有较高的要求。环形光纤谐振腔实现单纵模窄带激光输出，需要在系统中加入可饱和吸收体、FP腔、光纤光栅等滤波器件。2005年，S.Huang等人研究了一种光纤可饱和吸收体结合光纤环形镜相的结构，线宽小于1.5kHz，但是由于现有滤波器带宽通常在GHz以上，限制了激光器线宽的进一步压缩,并且仍然存在致跳模及频率漂移等不稳定现象。

随着人类探索领域的不断扩展，相关应用对光纤激光器的单色性、稳定性提出了更高的要求，如何在确保单纵模输出的前提下，将激光器带宽进一步压缩，以获得满足光纤通信及传感领域应用需求的、高度相干和高度稳定的窄带光纤激光器具有重要研究意义，是光纤激光器发展的重要方向。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的不足，提出了基于光纤耦合型双微腔选模的单纵模窄带光纤激光器，通过两个微腔并联构成双微腔，利用锥形光纤耦合接入光纤激光器谐振腔进行选模，基于光纤耦合型双微腔内的窄带回音壁模共振谱，实现单纵模窄带光纤激光输出。该光纤激光器具有单色性好、稳定性高、结构紧凑等优点。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为一种基于光纤耦合型双微腔选模的单纵模窄带光纤激光器，该激光器包括：半导体激光泵浦源、波分复用器、稀土掺杂光纤、光纤隔离器、N*N端口光纤耦合器、偏振控制器和光纤耦合型双微腔，上述部件通过全光纤耦合的方式相连，其中，所述半导体激光泵浦源的输出端与波分复用器输入端相连，波分复用器的输出端依次经由隔离器、耦合器、偏振控制器、光纤耦合型双微腔、光纤耦合器、稀土掺杂光纤与波分复用器相连，构成光纤谐振腔，光纤耦合器将环形光纤谐振腔主腔与N-1个光纤谐振子腔相连，光纤耦合型双微腔通过锥形光纤与其中一个光纤谐振子腔耦合连接，整个激光器谐振腔内通过多个光纤子腔级联的方式产生游标效应，实现单纵模窄带激光输出。

进一步，上述光纤耦合型双微腔的微腔形状可以为环形、球形、盘形或者柱形，光经锥形光纤一端进入双微腔，以全反射的方式在微腔内传输，形成窄带回音壁模式共振，再从锥形光纤的另一端输出连接至光纤谐振子腔。

上述光纤耦合型双微腔的两个微腔以并联方式分别置于锥形光纤的两侧。

上述N为大于1的整数。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型采用光纤耦合型双微腔实现选模，两个微腔并联后产生游标效应，相比于单个微腔，其获得的回音壁模共振谱边模抑制比更高、带宽更窄、自由光谱范围(FSR，Free Spectral Range)更大，单纵模窄带激光选模能力更强。

2、采用多个光纤子腔和双微腔并联结构，进一步增加了整个激光器谐振腔模式选择的精细度，压缩了激光器带宽、提高了激光器边模抑制比和稳定性。

3、采用全光纤腔结构，耦合损耗小，结构紧凑，输出效率高，对外界环境抗干扰能力强。

附图说明

图1为本实用新型基于光纤耦合型双微腔选模的单纵模窄带光纤激光器结构示意图。

图2为光纤耦合型双微腔结构和光场传输示意图。

图3为双微球耦合实验系统实物图。

图4(a)为单微球时域有限差分算法获得的双微球腔内回音壁模光场分布图。

图4(b)为双微球时域有限差分算法获得的双微球腔内回音壁模光场分布图。

图5所示为时域有限差分算法获得的单微球和双微球回音壁模透射谱对比。

图6所示为实验测得的单微球和双微球回音壁模透射谱对比。

图7为基于光纤耦合型双微腔、光纤耦合型单微腔、自由运转的光纤激光器光谱实验测试结果对比。

图8为本实用新型不同几何形状的微腔示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型的技术方案进行详细说明。