[发明专利]一种可调谐单频脉冲光纤激光器

说明书

本发明公开了一种可调谐单频脉冲光纤激光器，所述激光器包括高反射率啁啾光纤光栅、高增益光纤、低反射率啁啾光纤光栅、泵浦激光器、光波分复用器、光环形器、可调谐光滤波器组件、调Q元器件和光耦合器；所述光纤激光器是复合腔结构，其中由高反射率啁啾光纤光栅、高增益光纤和低反射率啁啾光纤光栅共同构成线型腔部分；由光环形器、可调谐光滤波器组件、调Q元器件和光耦合器共同构成环形腔部分。该光纤激光器结合复合腔的结构优势，具有波长调谐范围大、脉冲参数易于控制、光束质量好、相干性高等优点，可应用于雷达系统、医药、光谱学、传感、太赫兹生成、非线性频率转换等领域。

技术领域

本发明属于光纤激光器技术领域，具体涉及一种宽调谐范围、单频、脉冲输出形式的光纤激光器。

背景技术

脉冲单频光纤激光器具有良好的光束质量和高的相干性等优点，在雷达系统、医药、光谱学、传感、太赫兹生成、非线性频率转换等领域有较大的需求。对于以脉冲形式工作的单频激光器而言，即在谐振腔中插入调Q元器件，通过输入调制信号调节激光谐振腔的损耗来实现脉冲输出。常用的调制方式有主动调Q和被动调Q。主动调Q的优势在于脉冲重复频率和脉冲宽度可以独立调节，但是需要复杂的电子控制设备；被动调Q的优势在于调Q元件体积小、灵活性好，但是对脉冲的控制具有局限性，不能独立控制每个脉冲参数。

然而，一些应用场合要求脉冲单频光纤激光器的工作波长大范围可调，即对其调谐性能提出了强烈要求。例如，在雷达系统方面，将波长调谐至气体的吸收峰值对应的波长，可以产生显著的反射信号，从而得到气体的具体含量；在医学方面，可调谐单频脉冲光纤激光器可用于光声成像技术，在不同的波长条件下，通过光学方法生成组织的高空间分辨率图像；在光谱学方面，当激光波长被调谐到与样品的红外振动吸收峰相匹配时，样品在一定时间内发热，产生光热诱导共振，从而确定样品的光谱特征。目前，可调谐单频脉冲激光光源主要通过环形腔内插入可调谐元器件来实现可调谐操作，但存在容易跳模和输出功率不稳定的现象。另外，可调谐滤波器件难以应用在结构紧凑的线型单频谐振腔中，尽管采用加载应力或调节温度的方式可以使得线型谐振腔的中心波长发生改变，但此种调谐方法只能实现窄范围的波长调谐，通常小于2nm。

现有相关专利有：(1)2014年，中国电子科技集团公司第二十六研究所申请了一种MOPA结构的声光调Q脉冲光纤激光器，通过控制腔内的光纤声光调制器，实现了重复频率连续可调的脉冲激光输出[公开号：CN103944056]，但是该专利并非单频脉冲激光输出，且没有实现波长调谐；(2)2014年，中国科学院上海光学精密机械研究所申请了一种1.6μm波段脉冲型单频线偏振激光器，将1.5μm波段的脉冲进行泵浦，同时注入1.6μm保偏单频种子脉冲，通过放大实现了1.6μm保偏单频脉冲输出(公开号：CN103944056)，但是该专利并非全光纤结构，且没有实现波长调谐。相关论文有：(1)2011年，Y M Chang等人利用超快可变光衰减器作为Q开关插入到谐振腔中，通过对光衰减器加入调制信号，获得了最小脉宽为86ns的单频脉冲输出(Opt.Express,2011,19:26911)，但是并没有实现波长调谐；(2)2018年，X Xu等人通过RbTiOPO₄标准具和压电陶瓷的同步调节进行粗调频和细调频，实现了频率调谐范围为14GHz的1064nm单频激光输出(Appl.Opt.,2018,57:2287)，但是其激光输出的调谐能力有限，无法实现更大的调谐范围。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，公开了一种波长可调谐的单频脉冲光纤激光器，首先通过高反射率啁啾光纤光栅、高增益光纤和低反射率啁啾光纤光栅构成线型腔部分；然后通过光环形器、可调谐光滤波器组件、调Q元器件和光耦合器共同构成环形腔部分；通过自注入锁定方式，将线型腔和环形腔组合为复合腔结构，一起实现全光纤化、单纵模、宽调谐范围、脉冲输出形式的光纤激光输出。

为了达到上述目的，本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。