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CN118630563B - 一种倾斜光纤光栅包层模激光器 - Google Patents

一种倾斜光纤光栅包层模激光器 Download PDF

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    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
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    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
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Abstract

本发明提供了一种倾斜光纤光栅包层模激光器，涉及光纤激光器技术领域。本发明倾斜光纤光栅通过包层模和纤芯模相互耦合，将倾斜光纤光栅作为激光谐振腔一端反射镜，另一端使用金反射膜作为反射镜，同时倾斜光纤光栅包层模光场强度及波长随着环境折射率的改变而改变，以实现全光纤式激光波长大范围调制，同时，该激光器具有结构紧凑、体积小、重量轻、波长调节范围广、抗电磁干扰、成本低廉的优点，也可以用于高灵敏度的光纤传感；将倾斜光纤光栅直接用于激光谐振腔反射，将未被有效利用的几百个包层模式重新耦合回纤芯进而被接收到，使激光能量在纤芯‑包层反复耦合，将光纤激光的高效率优势与倾斜光纤光栅高稳定性、高重复性优势相结合。

Description

一种倾斜光纤光栅包层模激光器
技术领域
本发明涉及光纤激光器技术领域，具体地说是涉及一种倾斜光纤光栅包层模激光器。
背景技术
光纤激光器由工作物质、泵浦源和谐振腔三部分组成。增益光纤为产生光子的增益介质；抽运光的作用是作为外部能量使增益介质达到粒子数反转，也就是泵浦源；光学谐振腔由两个反射镜组成，作用是使光子得到反馈并在工作介质中得到放大。其中，分布式布拉格反射激光器反射镜一般由两个布拉格光栅组成，基于布拉格反射原理，形成特定频率的激光。但是，受布拉格光栅周期性结构限制，布拉格反射激光器只能以特定波长输出，无法通过后期外部调制，进行输出波长的调节。
发明内容
本发明提供了一种倾斜光纤光栅包层模激光器，以解决“布拉格反射激光器波长无法调节”的技术问题。
本发明的技术方案如下：
一种倾斜光纤光栅包层模激光器，包括泵浦光源、波分复用器、倾斜光纤光栅、增益光纤、反射器和探测器；
泵浦光源的输出端连接波分复用器的第一端，波分复用器的第二端连接倾斜光纤光栅的后端，倾斜光纤光栅的前端连接增益光纤的后端，增益光纤的前端设置反射器，波分复用器的第三端连接探测器。
优选的，所述泵浦光源用于产生泵浦光，作为外部能量使增益介质达到粒子数反转；
所述波分复用器用于将泵浦光引入激光谐振腔，以及将由激光谐振腔激发的激光引出光路；
所述倾斜光纤光栅作为反射镜使用，将在纤芯传输的光反向耦合到包层，成为包层模，同时也将包层模反向耦合到纤芯，成为纤芯模；
所述增益光纤作为产生光子的增益介质，并和后端的反射器共同构成激光谐振腔；
所述反射器用于反射包层模及纤芯模；
所述探测器用于探测激光波长与强度。
优选的，改变环境折射率，所述倾斜光纤光栅的包层模光场强度及波长随着环境折射率的改变而改变，进而改变激光谐振腔激发的激光的能量及波长。
优选的，所述倾斜光纤光栅刻写于光敏单模光纤，具有折射率灵敏特性和后向耦合的包层模。
优选的，所述倾斜光纤光栅的倾斜角度小于等于45°。
优选的，所述反射器为通过磁控溅射方式镀膜在增益光纤前端面的金反射膜。
优选的，所述金反射膜的反射率大于95%。
优选的，所述增益光纤为铒镱共掺光纤。
优选的，所述泵浦光源为宽带光源或者可调谐激光器。
优选的，所述探测器为光谱仪。
本发明的有益技术效果：
本发明的倾斜光纤光栅包层模激光器，倾斜光纤光栅通过包层模和纤芯模相互耦合，将倾斜光纤光栅作为激光谐振腔一端反射镜，另一端使用金反射膜作为反射镜，同时倾斜光纤光栅包层模光场强度及波长随着环境折射率的改变而改变，以实现全光纤式激光波长大范围调制，同时，该激光器具有结构紧凑、体积小、重量轻、波长调节范围广、抗电磁干扰、成本低廉的优点，也可以用于高灵敏度的光纤传感；将倾斜光纤光栅直接用于激光谐振腔反射，将未被有效利用的几百个包层模式重新耦合回纤芯进而被接收到，使激光能量在纤芯-包层反复耦合，将光纤激光的高效率优势与倾斜光纤光栅高稳定性、高重复性优势相结合。
附图说明
图1为本发明倾斜光纤光栅包层模激光器的光路结构示意图；
图2为本发明倾斜光纤光栅包层模激光器传感探头的结构示意图；
附图标记：
1、泵浦光源，2、波分复用器，3、倾斜光纤光栅，4、增益光纤，5、反射器，6、探测器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。本发明某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本发明的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本发明满足适用的法律要求。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1、图2所示，一种倾斜光纤光栅包层模激光器，包括泵浦光源1、波分复用器2、倾斜光纤光栅3、增益光纤4、反射器5和探测器6。
泵浦光源1的输出端连接波分复用器2的第一端，波分复用器2的第二端连接倾斜光纤光栅3的后端，倾斜光纤光栅3的前端连接增益光纤4的后端，增益光纤4的前端设置反射器5，波分复用器2的第三端连接探测器6。
其中，泵浦光源1用于产生泵浦光，作为外部能量使增益介质达到粒子数反转。波分复用器2用于将泵浦光引入激光谐振腔，以及将由激光谐振腔激发的激光引出光路。倾斜光纤光栅3作为反射镜使用，将在纤芯传输的光反向耦合到包层，成为包层模，同时也将包层模反向耦合到纤芯，成为纤芯模。增益光纤4作为产生光子的增益介质，并和后端的反射器5共同构成激光谐振腔。反射器5用于反射包层模及纤芯模。探测器6用于探测激光波长与强度。
通过改变环境折射率，倾斜光纤光栅3的包层模光场强度及波长随着环境折射率的改变而改变，进而改变激光谐振腔激发的激光的能量及波长。
具体的，泵浦光源1为宽带光源或者可调谐激光器，本实施例的泵浦光源1为976nm半导体激光器。波分复用器2为980 nm/1550 nm光纤波分复用器，具有三个端口（第一端、第二端和第三端）。倾斜光纤光栅3刻写于光敏单模光纤，具有折射率灵敏特性和后向耦合的包层模，刻写深度在20 dB以上，包层模式波长集中在1550 nm，倾斜光纤光栅3的倾斜角度小于等于45°，倾斜光纤光栅3通过熔接方式连接增益光纤4。增益光纤4为铒镱共掺光纤，作为产生光子的增益介质。反射器5为通过磁控溅射方式镀膜在增益光纤4前端面的金反射膜，金反射膜的反射率大于95%。探测器6为光谱仪，用于检测激光的能量及波长。
本实施例的倾斜光纤光栅包层模激光器，其工作原理如下：
从泵浦光源1出射的976nm泵浦光，首先经过波分复用器2入射到倾斜光纤光栅3上，由于倾斜光纤光栅3的纤芯模和包层模波长均与泵浦光不在同一频段，倾斜光纤光栅3对泵浦光无任何影响，之后增益光纤4产生倾斜光纤光栅3包层模波长附近的光。具体的，倾斜光纤光栅3对976nm泵浦光不产生反射，976nm泵浦光透射到增益光纤4，泵浦光将大部分的基态离子泵浦到激发态,对于三能级系统处于激发态的离子会迅速无辐射跃迁到亚稳态，亚稳态与基态之间的粒子数形成反转状态产生1550nm附近的光。当增益光纤4纤芯1550nm光向后传输入射到倾斜光纤光栅3后，被倾斜光纤光栅3反射到增益光纤4包层，这些包层能量向前传输，产生表面倏逝场，到达反射器5被反射，再次入射到增益光纤4，耦合为纤芯光。这样，反射器5和增益光纤4形成了一个有效的激光谐振腔，在这过程中，增益光纤4表面分子由于倏逝场的存在，参与了激光激发过程，当环境折射率改变，倾斜光纤光栅3的包层模光场强度及波长随着环境折射率的改变而改变，进而改变激光谐振腔激发的激光的能量及波长。
至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明倾斜光纤光栅包层模激光器有了清楚的认识。本发明的倾斜光纤光栅包层模激光器，倾斜光纤光栅3通过包层模和纤芯模相互耦合，将倾斜光纤光栅3作为激光谐振腔一端反射镜，另一端使用金反射膜作为反射镜，同时倾斜光纤光栅3包层模光场强度及波长随着环境折射率的改变而改变，以实现全光纤式激光波长大范围调制，同时，该激光器具有结构紧凑、体积小、重量轻、波长调节范围广、抗电磁干扰、成本低廉的优点，也可以用于高灵敏度的光纤传感；将倾斜光纤光栅3直接用于激光谐振腔反射，将未被有效利用的几百个包层模式重新耦合回纤芯进而被接收到，使激光能量在纤芯-包层反复耦合，将光纤激光的高效率优势与倾斜光纤光栅高稳定性、高重复性优势相结合。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种倾斜光纤光栅包层模激光器，其特征在于：包括泵浦光源、波分复用器、倾斜光纤光栅、增益光纤、反射器和探测器；
泵浦光源的输出端连接波分复用器的第一端，波分复用器的第二端连接倾斜光纤光栅的后端，倾斜光纤光栅的前端连接增益光纤的后端，增益光纤的前端设置反射器，波分复用器的第三端连接探测器；
所述泵浦光源用于产生泵浦光，作为外部能量使增益介质达到粒子数反转；
所述波分复用器用于将泵浦光引入激光谐振腔，以及将由激光谐振腔激发的激光引出光路；
所述倾斜光纤光栅作为反射镜使用，将在纤芯传输的光反向耦合到包层，成为包层模，同时也将包层模反向耦合到纤芯，成为纤芯模；
所述增益光纤作为产生光子的增益介质，并和后端的反射器共同构成激光谐振腔；
所述反射器用于反射包层模及纤芯模；
所述探测器用于探测激光波长与强度；
改变环境折射率，所述倾斜光纤光栅的包层模光场强度及波长随着环境折射率的改变而改变，进而改变激光谐振腔激发的激光的能量及波长；
从泵浦光源出射的泵浦光，首先经过波分复用器入射到倾斜光纤光栅上，由于倾斜光纤光栅的纤芯模和包层模波长均与泵浦光不在同一频段，倾斜光纤光栅对泵浦光无任何影响，之后增益光纤产生倾斜光纤光栅包层模波长附近的光，当增益光纤纤芯光向后传输入射到倾斜光纤光栅后，被倾斜光纤光栅反射到增益光纤包层，包层能量向前传输，产生表面倏逝场，到达反射器被反射，再次入射到增益光纤，耦合为纤芯光，这样，反射器和增益光纤形成了一个激光谐振腔，在这过程中，增益光纤表面分子由于倏逝场的存在，参与了激光激发过程，当环境折射率改变，倾斜光纤光栅的包层模光场强度及波长随着环境折射率的改变而改变，进而改变激光谐振腔激发的激光的能量及波长。
2.根据权利要求1所述的一种倾斜光纤光栅包层模激光器，其特征在于：所述倾斜光纤光栅刻写于光敏单模光纤，具有折射率灵敏特性和后向耦合的包层模。
3.根据权利要求1所述的一种倾斜光纤光栅包层模激光器，其特征在于：所述倾斜光纤光栅的倾斜角度小于等于45°。
4.根据权利要求1所述的一种倾斜光纤光栅包层模激光器，其特征在于：所述反射器为通过磁控溅射方式镀膜在增益光纤前端面的金反射膜。
5.根据权利要求4所述的一种倾斜光纤光栅包层模激光器，其特征在于：所述金反射膜的反射率大于95％。
6.根据权利要求1所述的一种倾斜光纤光栅包层模激光器，其特征在于：所述增益光纤为铒镱共掺光纤。
7.根据权利要求1所述的一种倾斜光纤光栅包层模激光器，其特征在于：所述泵浦光源为宽带光源或者可调谐激光器。
8.根据权利要求1所述的一种倾斜光纤光栅包层模激光器，其特征在于：所述探测器为光谱仪。
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