基于直线型瑞利散射和自反馈的超窄线宽环形光纤激光器

摘要

本发明公开了一种基于直线型瑞利散射和自反馈的超窄线宽环形光纤激光器，用以产生线宽更窄、功率更稳定的激光，包括一掺铒光纤环形腔放大模块、一直线型瑞利和受激瑞利散射压窄激光线宽模块及一光自注入反馈模块，所述掺铒光纤环形腔放大模块用以实现环形腔中的光放大和中心频率的选择，所述直线型瑞利和受激瑞利散射压窄激光线宽模块利用特殊材料或特殊结构的光纤产生瑞利散射信号，所述瑞利信号经过环形腔成千上万次的循环放大，并成千上万次的通过瑞利散射模块，从而实现超窄线宽的单纵模激光输出，所述光自注入反馈模块用以进一步压缩输出激光的线宽并进一步抑制输出激光的边模。

说明书

技术领域

本发明涉及超窄线宽光纤激光技术领域，特别涉及一种基于直线型瑞利散 射和自反馈的超窄线宽环形光纤激光器。

背景技术

超窄线宽的单纵模光纤激光器由于其具有极低的相位噪声和超长的相干长 度，因此其在光纤传感、光纤通信、激光雷达等超高精度和超长距离的探测系 统中具有广阔的应用前景，该优质光源还能作为种子源经过后继放大形成超窄 线宽、超高功率的激光器，或者通过拍频产生优异的太赫兹、微波信号等。到 目前为止，国内外科研团队已经利用短腔法、饱和吸收体、多环环形腔等方式 获得了线宽为1-2KHz的单纵模激光输出。传统机制所产生的窄线宽激光的线宽 通常为千赫兹量级，线宽在千赫兹以下并能稳定工作的优质超窄线宽激光器具 有更重要的需求。

发明内容

鉴于以上内容，本发明提出了一种基于直线型瑞利散射激光自反馈的超窄 线宽光纤激光器，可对激光器的线宽进行进一步的压缩。

本发明所提供的一种基于直线型瑞利散射和自反馈的超窄线宽环形光纤激 光器，包括一泵浦激光器、一波分复用器、一掺铒光纤、第一至第三耦合器、 一环形器、一特种光纤、一光纤布拉格光栅及一偏振控制器，所述泵浦激光器 连接所述波分复用器的第一输入端，所述波分复用器的输出端连接所述掺铒光 纤的输入端，所述第一耦合器的输入端连接所述波分复用器的第二输入端，所 述第一耦合器的第一输出端连接所述环行器的输出端，所述环行器的收发复用 端连接所述特种光纤的一端，所述特种光纤的另一端连接所述光纤布拉格光栅， 所述掺铒光纤的输出端连接所述偏振控制器的输入端，所述偏振控制器的输出 端连接所述第二耦合器的输入端，所述第二耦合器的第一输出端连接所述第三 耦合器的输入端，所述第二耦合器的第二输出端连接所述环行器的输入端，所 述第三耦合器的第一输出端连接所述第一耦合器的第二输出端，所述第三耦合 器的第二输出端为超窄线宽的单纵模激光输出端。

进一步的，所述第一耦合器为1×2耦合器。

进一步的，所述环行器为三端口环行器。

进一步的，所述特种光纤为高瑞利散射系数的特种光纤。

进一步的，所述光纤布拉格光栅为固定反射率的光纤布拉格光栅。

进一步的，所述特种光纤用于产生高布里渊阈值高瑞利散射信号，所述特 种光纤包括拉锥光纤、塑料光纤、液芯光纤、非均匀光纤或较短的普通光纤。

与现有技术相比，上述超窄线宽光纤激光器可获得窄线宽的单纵模的激光 输出，提高了泵浦效率，而且输出激光线宽更窄、功率更稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述 中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付 出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；

图1是本发明基于直线型瑞利散射和自反馈的超窄线宽环形光纤激光器的 一较佳实施方式的光路图。

具体实施例

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解的是，虽然此处可以使用“第一”、“第二”等术语来描述各种元 件，但是这些元件不应当由这些术语所限制。这些术语仅用来区分一个元件和 另一个元件。因此，下文所讨论的“第一”元件也可以被称为“第二”元件而 不偏离本发明的教导。应当理解的是，当提及一元件“连接”或者“联接”到 另一元件时，其可以直接地连接或直接地联接到另一元件或者也可以存在中间 元件。相反地，当提及一元件“直接地连接”或“直接地联接”到另一元件时， 则不存在中间元件。

在此使用的术语仅仅用于描述具体的实施方式的目的而无意作为对本发明 的限定。如此处所使用的，除非上下文另外清楚地指出，则单数形式意图也包 括复数形式。

应当进一步理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包括有” 时，这些术语指明了所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在， 但是也不排除一个以上其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群 组的存在和/或附加。

请参阅图1，在本发明的一较佳实施方式中，一种基于直线型瑞利散射和自 反馈的超窄线宽环形光纤激光器包括一泵浦激光器1、一波分复用器2及一掺铒 光纤3、一第一耦合器10、一环行器6、一特种光纤7、一光纤布拉格光栅8、 一偏振控制器4、一第二耦合器5及一第三耦合器9。

所述泵浦激光器1连接所述波分复用器2的第一输入端，所述波分复用器2 的输出端连接所述掺铒光纤3的输入端。所述第一耦合器10的输入端连接所述 波分复用器2的第二输入端，所述第一耦合器10的第一输出端连接所述环行器 6的输出端。所述环行器6的收发复用端连接所述特种光纤或特殊材料7的一端。 所述特种光纤或特殊材料7的另一端连接所述光纤布拉格光栅8。其中，所述第 一耦合器10为1×2耦合器。所述环行器6为三端口环行器。所述特种光纤或特 殊材料7为高瑞利散射系数的特种光纤或特殊材料。所述光纤布拉格光栅8为 固定反射率的光纤布拉格光栅。

所述掺铒光纤3的输出端连接所述偏振控制器4的输入端。所述偏振控制 器4的输出端连接所述第二耦合器5的输入端。所述第二耦合器5的第一输出 端连接所述第三耦合器9的输入端，所述第二耦合器5的第二输出端连接所述 环行器6的输入端。所述第三耦合器9的第一输出端连接所述第一耦合器10的 第二输出端，所述第三耦合器9的第二输出端为超窄线宽的单纵模激光输出端。

所述超窄线宽光纤激光器的工作原理是:所述泵浦激光器1通过所述波分复 用器2将所述掺铒光纤3从低能级泵浦到高能级，从而提供一个宽带光源。所 述第三耦合器9的第二输出端用于输出激光，所述第三耦合器9的第一输出端 用于将光耦合回环形腔中。所述偏振控制器4用于调节控制环形腔中激光的偏 振态。所述第一耦合器10的第一输出端连接所述环行器6的输入端。所述环行 器6的收发复用端依次连接所述特种光纤或特殊材料7和所述光纤布拉格光栅 8。所述环行器6的输入端连接所述第二耦合器5的第二输出端，从而形成完整 的环形激光腔。

由于光在光纤中传播时，具有很小的光场直径和低的损耗系数，光纤的非 线性增强因子相比于体材料提高了109倍，因此在光纤中瑞利散射光易于累积， 从而形成瑞利散射增益。当瑞利散射光经过所述掺铒光纤3形成的环形腔时， 所述瑞利散射光被放大，放大的瑞利散射光在高瑞利散射光纤中进一步产生窄 线宽的瑞利散射光。由于散射光的线宽是小于入射光的，因此光在环形激光腔 中经过成千上万次的循环放大后，输出激光的线宽将会越来越窄。当入射光足 够强时，形成的受激瑞利散射使得输出激光线宽进一步压窄。同时由于瑞利散 射对温度不敏感，因此当外界温度变化时，瑞利散射光的频率几乎无漂移。

其中，所述第一耦合器10、所述第二耦合器5及所述第三耦合器9的耦合 比是通过优化后的固定耦合值。当所述光纤布拉格光栅8的反射率过高、腔损 较小时，使得背向瑞利散射的光信号不占优势，形成多纵模激光器。当所述光 纤布拉格光栅8的反射率过低，使得背向瑞利散射的光信号占优势，此时所述 激光腔失去了选择中心波长的作用，因此所述光纤布拉格光栅8是激光腔优化 后所选取的具有最佳反射率的光纤布拉格光栅。所述光纤布拉格光栅8使得背 向瑞利散射的光信号占优势，同时起到中心波长的选择作用，获得具有高的边 摸抑制比的单纵模窄线宽激光输出。所述特种光纤或特殊材料7用于产生高布 里渊阈值高瑞利散射信号，所述特种光纤或特殊材料7包括拉锥光纤、塑料光 纤、液芯光纤或非均匀光纤等。

上述超窄线宽光纤激光器在腔损很小的情况下就可获得窄线宽的单纵模的 激光输出，提高了泵浦效率，而且输出激光线宽更窄、功率更稳定。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发 明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的 范围。