[发明专利]一种基于晶体光纤的绿光单频光纤激光器及其工作方法

说明书

本发明涉及一种基于晶体光纤的绿光单频光纤激光器及其工作方法。本发明所述激光器，相比常规单频光纤激光器，该激光器的增益光纤为晶体光纤，其纤芯部分由稀土离子掺杂的YAG晶体构成，具有较高的稀土离子掺杂浓度，能够提供更高的增益系数；晶体光纤的包层部分为熔融石英，YAG晶体或蓝宝石晶体，有利于提高光纤散热性能。

技术领域

本发明涉及一种基于晶体光纤的绿光单频光纤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工作阈值低，转化效率高，光束质量好，结构紧凑等优点在光纤传感、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有不可替代的作用。特别在某些重要应用中，如水下通信，光学数据存储，彩色显示，医学诊断和原子/分子光谱学等，低噪声绿光单频激光器具有重要的应用价值。

增益光纤是单频光纤激光器的核心器件，其掺杂浓度，热导率等参数直接影响上述单频激光器性能。目前用做单频光纤激光器的增益光纤主要为稀土掺杂的石英玻璃光纤和稀土掺杂的磷酸盐光纤。其中石英光纤的导热系数为0.33W·m^-1K^-1，而磷酸盐光纤的导热系数更低，仅为0.2W·m^-1K^-1。低导热系数不利于激光器的散热，会对激光谐振腔区域热稳定性带来不利影响，导致激光器发生跳模、线宽不稳定等现象出现。

此外，超短线性腔是单频激光器常用的结构,该结构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，但如上所述，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晶体光纤的绿光单频光纤激光器。

本发明提供一种上述基于晶体光纤的绿光单频光纤激光器的工作方法。

发明概述：

本发明提供一种基于晶体光纤的绿光单频光纤激光器，相比常规单频光纤激光器，该激光器的增益光纤为晶体光纤，其纤芯部分由稀土离子掺杂的YAG晶体构成，具有较高的稀土离子掺杂浓度，能够提供更高的增益系数；晶体光纤的包层部分为熔融石英，YAG晶体或蓝宝石晶体，有利于提高光纤散热性能。

本发明的技术方案为：

一种基于晶体光纤的绿光单频光纤激光器，包括沿光路依次设置的泵浦激光器、波分复用器、低反射率窄带宽光纤布拉格光栅、晶体光纤和高反射率宽带光纤布拉格光栅；波分复用器的输出端口还依次连接有半导体光放大器、保偏带通滤波器和LiNbO₃波导；晶体光纤作为激光增益介质；所述低反射率窄带光纤布拉格光栅和高反射率宽带光纤布拉格光栅构成线型腔结构，低反射率窄带光纤布拉格光栅为前腔镜，高反射率宽带光纤布拉格光栅为后腔镜。线型腔结构使得激光的各相邻纵模间隔变大，便于有窄带光纤光栅选出单一纵模模式；结构简单；功率、噪声等方面表现的更加稳定。

根据本发明优选的，所述泵浦激光器与波分复用器的输入端连接；所述低反射率窄带宽光纤布拉格光栅与波分复用器的公共端连接。

根据本发明优选的，所述LiNbO₃波导为周期极化的MgO掺杂LiNbO₃波导；所述周期极化的MgO掺杂LiNbO₃波导长度为8mm，铌酸锂晶体极化周期为5μm，准相位匹配温度为30～40℃。