基于对称式布拉格光栅的双波长分布反馈式光纤激光器

摘要

本发明涉及一种基于对称式布拉格光栅的双波长分布反馈式光纤激光器，包括泵浦源、隔离器、光栅和分束器，光栅的具体结构是，宽度为L

说明书

技术领域

本发明涉及一种可产生双波长的激光器，尤其涉及一种可产生双波长的分布反馈式光纤激光器。

背景技术

现有的光纤激光器大多是单波长运转。普通的分布反馈式(DFB)光纤激光器也是单波长输出。但在某些特殊场合，需要用到双波长激光器。现有的双波长激光器主要包括以下几种：

1、半导体双波长激光器，这种激光器是将2个波长的半导体激光器封装于同一组件内；

2、固体激光器，如：LD侧面抽运Nd:YAG双波长激光器；

3、基于啁啾结构的双波长DFB光纤激光器。

但这几种双波长激光器都有明显的不足和缺陷：第一种光束质量差，且工艺复杂；第二种装置复杂且成本很高；第三种输出波长间隔太窄(大约40pm)且不可调谐。

发明内容

本发明目的是提供一种基于对称式布拉格光栅的双波长分布反馈式光纤激光器，其解决了背景技术中光束质量差，光信噪比低，装置复杂，成本高，输出波长间隔窄且不可调谐的技术问题。

本发明的技术解决方案是：

一种基于对称式布拉格光栅的双波长分布反馈式光纤激光器，包括泵浦源1、隔离器2、光栅3和分束器4，其特殊之处是，所述光栅3为对称式布拉格光栅，所述光栅的具体结构是，宽度为L₁的均匀光栅部分和无光栅部分交替分布，无光栅部分有两个宽度，分别为L₂、L₃，不妨以长度来代表各段光栅和无光栅部分，使有光栅部分和无光栅部分按…L₁L₂L₁L₃…L₃ L₁L₃…L₃L₁L₂L₁…方式排列，这种排列方式关于中心对称，其中L₂＝mΛ，L₃＝(n+0.5)Λ，Λ为布拉格周期，m，n分别代表整数。

上述泵浦源1为输出波长为978nm的半导体激光器，制作光栅3所用的光纤为铒镱共掺光纤。

上述布拉格周期Λ＝534.2nm，m＝600，n＝584。

本发明具有的优点是：克服了传统光纤激光器的单波长输出，双波长输出；改变相关参数，输出波长间隔可以在50pm到2000pm范围内改变；很高的光信噪比，从图5可以看出，光信噪比约为65dB；可有效避免模式竞争，因为此激光器内部相当于两个独立的谐振腔，因此可有效避免传统激光器中的模式竞争；单偏振态。

附图说明

图1为本发明激光器的结构示意图，其中，1-泵浦源，2-隔离器，3-光栅，4-分束器，5-光谱仪；泵浦源为输出波长为978nm的半导体激光器，在对称光栅(SFBG)和泵浦源之间是隔离器，用来隔离反馈光以保证泵浦源的稳定工作，对称光栅的输出端由分束器将残余的978nm的泵浦光与信号光分开；

图2是本发明激光器的对称式布拉格光纤光栅结构示意图，整个光栅由多个小段均匀光栅和空白光纤交替构成，其中：横轴是通光方向，纵轴是调制折射率，L₁是每段小均匀光栅的长度，L₂和L₃分别是两均匀光栅的间距；

图3是对称光栅的透射光谱示意图，其中：横轴是波长，纵轴是功率，可知，3dB带宽为0.7pm，曲线1和曲线2是透射光谱理论值；

图4是本发明激光器两个波长的腔内能量分布，其中，横轴是腔长，纵轴是能量，虚、实线分别代表两个不同波长；

图5是本发明激光器的输出光谱，其中，横轴是波长，纵轴是功率；由图可见，两个输出波长之间的间隔大约440pm；

图6是本发明激光器的泵浦功率-输出功率关系图；横轴是泵浦功率，纵轴是输出功率；

图7是输出双波在40分钟时间内的三维稳定性监测图；

具体实施方式

本发明光纤激光器主要由泵浦源，隔离器，对称光栅(SFBG)，分束器这几部分构成，详见图1。均匀光纤光栅(长度为L₁)被周期性无光栅部分分隔，构成SFBG，该SFBG以中间一个光栅的正中间为界被分为前后两部分，前半部分光栅间隔依次为L₂、L₃、L₂、L₃……，后半部分光栅间隔依次为L₃、L₂、L₃、L₂……，详见图2。其中前半部分的光栅由0到π取样，后半部分的光栅由π到0取样。在制作SFBG过程中，布拉格周期Λ是534.2nm。通过调整隔L₂和L₃的长度，使他们分别满足L₂＝mΛ，L₃＝(n+0.5)Λ，这里的m、n都是整数。因此，L₂、L₃分别对应2mπ、(2n+1)π的相移，相当于“0”和“π”相位。这样，0和π取样就在整个光纤上交替分布，前半部分光纤为0到π顺序，后半部分光纤为π到0顺序。

光纤光栅是用倍频氩离子激光器产生的紫外光刻制，它的功率约为130mW，波长是244nm，刻制精度为10纳米。在制作过程中，光纤横向移动，模板固定，光栅总长度约为57mm。

实验所用到的铒镱共掺光纤在978nm处的吸收率为250dB/m，在1535nm处的吸收率是35dB/m，光纤损耗是0.3dB/m。图5是实验测得双波长DFB光纤激光器的光谱图，它用AQ6317C光谱仪测量，该图表明，在0.01nm的分辨率下，光信噪比是65dB，总输出功率约4mW，跟普通的掺铒光纤DFB激光器相比(0.412mw)，明显提高了输出功率。我们设计的双波长DFB光纤激光器的波长间隔为400pm，有稳定的能量分布且空间独立(只有一小部分重叠)，详见图6。为了证实激光的稳定性，在室温中每4分钟测量一次，共测量40分钟，测量结果见图7，可见激光器在室温下稳定性很好。

本发明的工作原理：

普通DFB激光器的工作原理如下：光波在光栅中传输时，通过布拉格散射产生正方向和反方向的行波，这些行波被局限在腔体的中心部分，从而形成一个谐振腔。

本发明双波长DFB光纤激光器与传统DFB激光器工作原理类似。DFB激光器的理论表明，每个π相移可产生一个激光波长。但在构成本发明激光器的这种特殊对称式光栅作用下，在光纤内形成了两个独立的谐振腔，从而实现了双波长的输出。

由于我们的取样光纤光栅等效为两个独立的布拉格光栅交替组成，并且两者各自在不同的光纤位置提供一个π相移。同时，它们的波长间隔近似为：

$>>\Delta \lambda >=>{{}^{}}^{}$

由上式可以看出，通过调节L₁、L₂、L₃可以调节Δλ，调节范围为100pm～2nm。