[发明专利]一种基于Er:YAG-SiO2光纤的可调谐单频激光器及其工作方法

说明书

本发明涉及一种基于Er:YAG‑SiO₂光纤的可调谐单频激光器及其工作方法。所述可调谐单频激光器，包括光路依次设置的泵浦激光器、波分复用器、低反射率窄带光纤布拉格光栅、Er:YAG‑SiO₂光纤和高反射率宽带光纤布拉格光栅；所述波分复用器还连接有光隔离器。本发明所述基于Er:YAG‑SiO₂光纤的可调谐单频激光器，设计简单、结构紧凑,有利于提高单频光纤激光器的功率、噪声、线宽、稳定性运转等输出特性，可以输出稳定性高的窄线宽单频激光,易于实现产业化。

技术领域

本发明涉及一种基于Er:YAG-SiO₂光纤的可调谐单频激光器及其工作方法，属于光纤激光器的技术领域。

背景技术

单频光纤激光器具有低噪声，优异相干性，结构紧凑等优点。特别是工作于1.5μm的单频掺铒光纤激光器，对人眼额损伤阈值较高，具有人眼安全特性；同时该波段对于烟雾穿透能力较强，可广泛用于光纤传感、激光雷达/测距/遥感、相干光通信、激光光谱学、气体吸收测量等领域。

单频光纤激光器通常有两种结构：线型腔光纤激光器和带有窄带选频器件的环形腔光纤激光器。环形腔单频光纤激光器在环形腔中加入一个窄带的滤波器实现单频输出,其结构复杂，且采用的有源纤长度较长,导致腔内纵模间隔较小，易受环境影响，激光频率稳定性变差,容易出现跳模现象。线型腔主要有分布式反射(DBR)和分布式反馈(DFB)两种类型。DBR结构将高增益有源光纤的两端连接一对光纤光栅,DFB结构将谐振腔直接刻写在有源光纤上。相比于环形腔结构，超短线型腔结构简单，且稳定性更高。

超短线型腔要求增益光纤长度很短,通常为几个厘米。在如此短的腔内要实现有效激光输出，需要增益光纤的掺杂浓度较高。目前常用的石英基质增益光纤受限于稀土离子的掺杂浓度水平，激光增益普遍偏低,意味着在较短的谐振腔内要实现有效的激光输出，需要较大的泵浦功率，这对激光的低噪声和稳定性均带来不利影响。而磷酸盐光纤尽管可以提升增益，但磷酸盐光纤的热性能不如石英光纤，且磷酸盐光纤的机械性能较差，不易实现高强度熔接，谐振腔可靠性差，不利于单频激光的稳定输出，难以适应苛刻的工作环境。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于Er:YAG-SiO₂光纤的可调谐单频激光器。

本发明还提供一种上述可调谐单频激光器的工作方法。

发明概述：

本发明所述可调谐单频激光器的增益光纤为Er:YAG-SiO₂光纤，其纤芯部分由Er:YAG晶体和SiO₂构成，该光纤引入的YAG可以降低稀土离子的浓度淬灭效应，因而可以实现较高浓度的稀土离子掺杂，提供更高的增益系数。本发明采用基于Er:YAG-SiO₂光纤和光纤布拉格光栅的超短线型腔方案,实现波长可调的高稳定性、高转换效率、窄线宽的单频激光输出。

本发明的技术方案为：

一种基于Er:YAG-SiO₂光纤的可调谐单频激光器，包括光路依次设置的泵浦激光器、波分复用器、低反射率窄带光纤布拉格光栅、Er:YAG-SiO₂光纤和高反射率宽带光纤布拉格光栅；所述波分复用器还连接有光隔离器。

根据本发明优选的，所述Er:YAG-SiO₂光纤的纤芯为Er³⁺掺杂的钇铝石榴石和SiO₂混合构成，Er³⁺在纤芯中均匀掺杂,掺杂浓度为0.5wt.％～50wt.％，或者Er³⁺掺杂浓度大于1×10¹⁹ions/cm³。分别从质量比(宏观)、单位体积中的粒子数限定(微观)限定了稀土离子掺杂浓度。SiO₂与稀土离子掺杂的钇铝石榴石混合比例大于90％。