具有往返結(jié)構(gòu)的脈沖光纖激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖激光器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有往返結(jié)構(gòu)的脈沖光纖激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]大氣中的氣體分子和懸浮粒子是光的主要吸收體，氣體分子主要是水蒸氣、二氧化碳和臭氧分子的吸收，其他分子的吸收在大多數(shù)的激光應(yīng)用中可以忽略。可見光波段激光和1.06um、1.54um、1.57um波長(zhǎng)光的大氣吸收衰減最小。而鐿離子本身能級(jí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單不會(huì)出現(xiàn)摻鉺光纖常見的濃度淬滅現(xiàn)象，所以1.06um光纖激光器功率制約更小。1.06um光纖激光器憑借其栗浦閾值功率低、轉(zhuǎn)換效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、散熱好、結(jié)構(gòu)緊湊，成為當(dāng)前激光領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。憑借其以上特點(diǎn)該波段激光被廣泛應(yīng)用于激光雷達(dá)、激光測(cè)距、3D掃描等領(lǐng)域。在探測(cè)傳感應(yīng)用方面窄脈寬激光可以有效提高系統(tǒng)的探測(cè)精度，目前聲光和電光調(diào)Q摻鐿1064nm脈沖光纖激光器的脈寬都在幾十納秒水平很難繼續(xù)把脈寬壓窄，MOPA (MasterOscillator Power-Amplif ier，主振蕩功率放大)結(jié)構(gòu)的1064nm脈沖光纖激光器可以實(shí)現(xiàn)幾納秒甚至亞納秒的脈沖寬度，但亞納秒的脈沖寬度時(shí)種子源功率水平為幾百nw至幾u(yù)w，如何在保證較高信噪比的同時(shí)實(shí)現(xiàn)如此微弱信號(hào)的放大是限制窄脈寬激光器發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。此外激光雷達(dá)、3D測(cè)繪等探測(cè)領(lǐng)域都希望能在不影響激光功率的同時(shí)進(jìn)一步縮小激光器體積實(shí)現(xiàn)更高的集成度。
[0003]普通窄脈寬1064nm的MOPA結(jié)構(gòu)脈沖光纖激光器一般都是采用兩級(jí)放大，需要兩個(gè)多模栗浦源，這種結(jié)構(gòu)兩級(jí)放大都需要獨(dú)立的電路驅(qū)動(dòng)，在電路方面就無(wú)法達(dá)到足夠的小型化。也有窄脈寬1064nm信號(hào)光直接經(jīng)過(guò)一級(jí)放大的方案，但這種方案的信噪比較低，輸出功率也明顯低于前一種兩級(jí)放大方式。
[0004]綜上可知，現(xiàn)有的激光器，在實(shí)際使用上顯然存在不便與缺陷，所以有必要加以改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)上述的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種具有往返結(jié)構(gòu)的脈沖光纖激光器，實(shí)現(xiàn)亞納秒級(jí)、窄脈寬、高信噪比、高功率、小體積，提高1064nm脈沖光纖激光器在傳感測(cè)繪方面的應(yīng)用價(jià)值。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種具有往返結(jié)構(gòu)的脈沖光纖激光器，包括電路模組和光路模組，所述光路模組包括用于預(yù)放大級(jí)的第一光纖放大器和用于主功率放大級(jí)的第二光纖放大器，所述預(yù)放大級(jí)和所述主功率放大級(jí)共用同一多模半導(dǎo)體激光器；所述第一光纖放大器還包括一往返機(jī)構(gòu)，信號(hào)光往返兩次經(jīng)過(guò)所述往返機(jī)構(gòu)進(jìn)行預(yù)放大；
[0007]根據(jù)本發(fā)明所述脈沖光纖激光器，所述往返機(jī)構(gòu)包括三端口環(huán)形器、第一合束器、第一增益光纖和窄帶反射鏡，且在所述單模半導(dǎo)體激光器后接所述三端口環(huán)形器，依次連接所述第一合束器、所述第一增益光纖和所述窄帶反射鏡，所述信號(hào)光經(jīng)過(guò)所述第一增益光纖進(jìn)行預(yù)放大，所述窄帶反射鏡將噪聲濾除；
[0008]所述光路模組還包括單模半導(dǎo)體激光器、第一光在線隔離器、模式匹配器、窄帶濾波器、第二光在線隔離器和輸出跳線；
[0009]所述第一光纖放大器包括依次連接的所述多模半導(dǎo)體激光器、多模分束器和所述往返機(jī)構(gòu)，所述信號(hào)光經(jīng)所述第一增益光纖和所述多模半導(dǎo)體激光器經(jīng)過(guò)所述多模分束器分別接入所述預(yù)放大級(jí)和所述主功率放大級(jí)；所述第二光纖放大器包括所述多模半導(dǎo)體激光器、所述多模分束器、第二合束器和第二增益光纖；
[0010]所述信號(hào)光經(jīng)過(guò)所述第二光纖放大器進(jìn)行主功率放大，經(jīng)過(guò)所述窄帶濾波器對(duì)噪聲光濾除，再經(jīng)所述第二光在線隔離器后通過(guò)所述輸出跳線輸出。
[0011]根據(jù)本發(fā)明所述脈沖光纖激光器，所述三端口環(huán)形器是1064nm三端口環(huán)形器，所述多模半導(dǎo)體激光器是915nm多模半導(dǎo)體激光器，所述窄帶反射鏡是1064nm窄帶反射鏡，所述信號(hào)光為1064nm信號(hào)光。
[0012]根據(jù)本發(fā)明所述脈沖光纖激光器，所述三端口環(huán)形器控制光路傳輸方向，第一端口輸入的所述信號(hào)光只從第二端口輸出，所述第二端口輸入的信號(hào)光只從第三端口輸出。
[0013]根據(jù)本發(fā)明所述脈沖光纖激光器，所述三端口環(huán)形器內(nèi)部三個(gè)端口設(shè)置的準(zhǔn)直器都為準(zhǔn)直擴(kuò)束的準(zhǔn)直器。
[0014]根據(jù)本發(fā)明所述脈沖光纖激光器，所述第二光纖放大器設(shè)置有正向栗浦或反向栗浦。
[0015]根據(jù)本發(fā)明所述脈沖光纖激光器，所述第二光纖放大器結(jié)構(gòu)中設(shè)置的是正向栗浦，所述第二合束器的信號(hào)輸入端與模式匹配器連接，所述第二合束器的信號(hào)輸出端與所述第二增益光纖連接，所述第二增益光纖與所述窄帶濾波器輸入端連接。
[0016]根據(jù)本發(fā)明所述脈沖光纖激光器，所述第二光纖放大器結(jié)構(gòu)中設(shè)置的是反向栗浦，所述第二增益光纖一端與所述模式匹配器連接，另一端與所述第二合束器的信號(hào)輸出端連接，所述第二在線合束器的信號(hào)輸入端與所述窄帶濾波器輸入端連接。
[0017]根據(jù)本發(fā)明所述脈沖光纖激光器，所述第一增益光纖和所述第二增益光纖都是摻鐿雙包層光纖。
[0018]根據(jù)本發(fā)明所述脈沖光纖激光器，所述脈沖光纖激光器是主振蕩功率放大結(jié)構(gòu)。
[0019]本發(fā)明通過(guò)采用摻鐿雙包層光纖和同一 915nm多模半導(dǎo)體激光器經(jīng)過(guò)多模分束器一分二構(gòu)成預(yù)放大級(jí)和主功率放大級(jí)，預(yù)放大級(jí)采用1064nm環(huán)形器和1064nm窄帶反射鏡等構(gòu)成的特殊往返結(jié)構(gòu)等獨(dú)特設(shè)計(jì)，解決了目前普通窄脈寬1064nm脈沖光纖激光器的輸出信噪比低、體積大等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了一種亞納秒級(jí)窄脈寬、高信噪比、高功率、小體積的1064nm脈沖光纖激光器，極具應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明的具有往返結(jié)構(gòu)的脈沖光纖激光器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2是本發(fā)明的具有往返結(jié)構(gòu)的脈沖光纖激光器第一優(yōu)選實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3是本發(fā)明的具有往返結(jié)構(gòu)的脈沖光纖激光器第二優(yōu)選實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0024]參見圖1，本發(fā)明提供了本發(fā)明提供一種具有往返結(jié)構(gòu)的脈沖光纖激光器100，包括電路模組和光路模組，所述光路模組包括用于預(yù)放大級(jí)的第一光纖放大器10和用于主功率放大級(jí)的第二光纖放大器20，所述預(yù)放大級(jí)和所述主功率放大級(jí)共用同一多模半導(dǎo)體激光器18 ;所述第一光纖放大器10還包括一往返機(jī)構(gòu)15，信號(hào)光往返兩次經(jīng)過(guò)所述往返機(jī)構(gòu)15進(jìn)行預(yù)放大；
[0025]所述往返機(jī)構(gòu)15包括三端口環(huán)形器4、第一合束器12、第一增益光纖13和窄帶反射鏡14，且在所述單模半導(dǎo)體激光器3后接所述三端口環(huán)形器，依次連接所述第一合束器12、所述第一增益光纖13和所述窄帶反射鏡14，所述信號(hào)光經(jīng)過(guò)所述第一增益光纖13進(jìn)行預(yù)放大，所述窄帶反射鏡14將噪聲濾除。更好的是，所述脈沖光纖激光器100是主振蕩功率放大結(jié)構(gòu)。
[0026]本發(fā)明采用獨(dú)特的設(shè)計(jì)有效地縮小了激光器的體積，與現(xiàn)有技術(shù)不同之處是兩級(jí)放大的栗浦源是同一個(gè)多模半導(dǎo)體激光器18，采用多模分束器17分為兩束分別接入所述預(yù)放大級(jí)和所述主功率放大級(jí)。這種設(shè)計(jì)省去了一級(jí)多模半導(dǎo)體激光器及其驅(qū)動(dòng)電路，有效縮減了電路板的尺寸和空間，光路同步縮小盤繞面積，實(shí)現(xiàn)了激光器的小型化，體積尺寸都小于同功率水平的普通1064nm窄脈寬光纖激光器。
[0027]本發(fā)明所述具有往返結(jié)構(gòu)的脈沖光纖激光器100 —個(gè)具體實(shí)施例子，如圖2所示，所述光路模組還包括單模半導(dǎo)體激光器3、第一光在線隔離器6、模式匹配器7、窄帶濾波器9、第二光在線隔離器16和輸出跳線11 ;
[0028]所述第一光纖放大器10包括依次連接的所述多模半導(dǎo)體激光器18、多模分束器17和所述往返機(jī)構(gòu)15，所述信號(hào)光經(jīng)所述第一增益光纖13和所述多模半導(dǎo)體激光器18再經(jīng)過(guò)所述多模分束器17分別接入所述預(yù)放大級(jí)和所述主功率放大級(jí)；所述第二光纖放大器20包括所述多模半導(dǎo)體激光器18、多模分束器17、第二合束器25和第二增益光纖26 ;優(yōu)選的是，所述第一增益光纖13和所述第二增益光纖都是摻鐿雙包層光纖，以及所述三端口環(huán)形器4是1064nm三端口環(huán)形器，所述多模半導(dǎo)體激光器18是915nm多模半導(dǎo)體激光器，所述窄帶反射鏡14是1064nm窄帶反射鏡，所述信號(hào)光為1064nm信號(hào)光。
[0029]本發(fā)明的實(shí)施例中，所述電路模組包括種子源脈沖驅(qū)動(dòng)電路19、種子源溫控電路34、栗浦連續(xù)驅(qū)動(dòng)電路31、控制電路32以及保護(hù)電路33共同構(gòu)成脈沖電路部分，因非本發(fā)明核心部分在此不再贅述，針對(duì)窄脈寬種子源功率較小放大后信噪比較低的問(wèn)題，往返機(jī)構(gòu)15來(lái)改善摻鐿雙包層光纖和多模栗浦源的預(yù)放大級(jí)的增益特性和噪聲特性，1064nm信號(hào)光往返回兩次經(jīng)過(guò)摻鐿雙包層光纖被放大，所述往返結(jié)構(gòu)在作用上相當(dāng)于同時(shí)增加了栗浦光的強(qiáng)度和增益光纖的長(zhǎng)度，而且窄帶反射鏡14可以把大部分的噪聲直接濾除，有效增加了與放大級(jí)的信噪比，所以此結(jié)構(gòu)使預(yù)放大級(jí)的增益得到有效提高而且保持了很好的信噪比。
[0030]所述信號(hào)光經(jīng)過(guò)所述第二光纖放大器20進(jìn)行主功率放大，經(jīng)過(guò)所述窄帶濾波器9對(duì)噪聲光濾除，再經(jīng)所述第二光在線隔離器16后通過(guò)所述輸出跳線11輸出。
[0031]所述