基于微凹槽光纖的窄線寬激光輸出裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術公開了一種基于微凹槽光纖的窄線寬激光輸出裝置。本實用新型專利技術以光纖光柵作為波長選擇器件，以摻鉺光纖作為增益介質，采用微凹槽光纖實現激光的線寬壓縮，實現了窄線寬激光輸出。本實用新型專利技術結構簡單、成本低廉，可應用于分布式光纖振動傳感、氣體檢測、環境監測、科學研究等領域。

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于激光
，特別涉及了一種基于微凹槽光纖的窄線寬激光輸出裝置。
技術介紹
窄線寬單縱模激光具有超長相干長度和極低相位噪聲的優點，在光纖傳感、光纖通信、激光雷達、分布式石油管道檢測等領域具有廣闊的應用前景。目前實現光纖激光器單頻窄線寬輸出的方式主要包括：1、基于分布式反饋光纖布拉格光柵的短腔法。該方法的優點是激光器結構緊湊，激光波長穩定；其缺點是需要高摻雜的光纖作為增益介質，分布式反饋光纖布拉格光柵制作工藝復雜，輸出的激光功率非常小。2、基于帶有飽和吸收體的環形腔法。該方法采用飽和吸收體內形成的長距光纖布拉格光柵實現激光選模，能夠實現較大功率的窄線寬激光輸出，但是受限于飽和吸收體和激光器腔長的穩定性，輸出激光存在跳模的缺點。3、基于布里淵散射的窄線寬光纖激光器，該方法的優點是激光器閾值和強度噪聲低。但是光纖中布里淵增益帶寬較寬(20MHZ左右)，若光纖太長，布里淵增益譜范圍(20MHZ)內存在多個激光模式，會形成隨機跳模現象，而無法實現穩定的單頻運轉。所以受光纖長度限制，諧振腔內不容易形成增益積累，信號較弱。理論已經證明，瑞利散射是一種有效的線寬壓縮機制，如果能利用瑞利散射實現激光線寬壓縮，窄線寬激光器的結構將得到簡化。但光與物質的相互作用所形成的散射除了瑞利散射，還有布里淵散射和拉曼散射；其中拉曼散射只有在高功率泵浦源的情況下才會產生，可以通過調節泵浦源參數來避免產生拉曼散射；而布里淵散射情況比較復雜，通常情況下，布里淵散射和瑞利散射幾乎同時存在，并且普通光纖對布里淵散射的增益系數比瑞利散射
增益系數高幾個數量級，而布里淵散射對線寬壓縮具有負面影響，因此有效抑制布里淵散射，實現瑞利增益累積對利用瑞利散射實現激光線寬壓縮具有重要意義。
技術實現思路
本技術針對現有技術的不足，提出了一種基于微凹槽光纖實現窄線寬激光輸出的裝置。本技術包括一個輸出功率大于100mW的980nm泵浦激光器，一個實現980nm激光和1.5微米激光耦合的波分復用器，一段長度2米至10米的摻鉺光纖，一個三端口環形器，一段微凹槽光纖，一個可變光衰減器，一個中心波長為λ0的光纖布拉格光柵，一個1*2耦合器。泵浦激光器的端口與波分復用器的第1端口光纖連接，波分復用器的第2端口與摻鉺光纖的一端光纖連接；摻鉺光纖的另一端與三端口環形器的第1端口光纖連接，三端口環形器的第2端口與微凹槽光纖的一端光纖連接，微凹槽光纖的另一端光纖與可變光衰減器連接，可變光衰減器另一端與中心波長為λ0的光纖布拉格光柵的一端光纖連接；三端口環形器的第3端口與1*2端耦合器的輸入端光纖連接，1*2端耦合器的第一輸出端波與分復用器的第3端口光纖連接，1*2端耦合器的第2輸出端作為窄線寬激光的輸出端。所述微凹槽光纖為刻寫有對稱凹槽的單模光纖，對稱凹槽在軸向上有多對，每個凹槽深度為6～7微米。進一步說，所述單個凹槽的軸向長度為1.8～2cm，相鄰兩個凹槽的軸向中心間隔4.5～6m，凹槽的最小直徑與單模光纖的外徑數值比為24:25～18:25。本技術的有益技術效果是：在保證激光器單頻運轉的同時，可有效地實現瑞利增益累積，提高輸出信號強度，不必進行額外的線寬壓縮，結構簡單，易于實現，是一種新型的窄線寬光源。附圖說明圖1a為本技術的結構示意圖；圖1b為微凹槽光纖的結構示意圖；圖2為本技術實施例中輸出窄線寬激光的光譜圖。具體實施方式如圖1a和圖1b所示，本實施例包括一個980nm泵浦激光器1、一個波分復用器2、一段長度2米至10米的摻鉺光纖3、一個三端口環形器4、一段微凹槽光纖5、一個可變光衰減器6、一個中心波長為1548.839nm的光纖布拉格光柵7、一個1*2耦合器8。本實施例中微凹槽光纖由普通單模光纖9經飛秒激光微加工制作而成，用飛秒激光在單模光纖表面刻寫兩個深6～7微米的對稱凹槽5-1，通過多次刻寫操作，在普通單模光纖上形成20～22對微凹槽區。所述微凹槽光纖接入激光器中，使激光器的諧振腔長度等于或大于100m，普通單模光纖上的多個微凹槽區可有效抑制布里淵散射，滿足瑞利散射大量累積，實現激光線寬壓縮效果。為了使光在微凹槽光纖中的傳輸損耗和對布里淵增益的抑制效果取得較佳的平衡，微凹槽光纖的參數設置為：單個微凹槽區的軸向長度為1.5～2cm，各個微凹槽區5-1是等間距設置，相鄰兩對微凹槽區的軸向中心之間間隔(見圖1b中標記M所示范圍)4.5～6m。微凹槽區5-1內的最小直徑與普通單模光纖的外徑之比值在24:25～18:25之間。采用本微凹槽光纖構成激光器諧振腔，可避免采用布里淵增益原理的激光器因存在隨機跳模現象而導致的單頻運轉不穩定問題，同時消除了對諧振腔長度的限制，使諧振腔可達到百米量級，有效實現瑞利增益累積，提高信號強度。980nm泵浦激光器1的端口與波分復用器2的第1端口光纖連接，波分復用器2的第2端口與摻鉺光纖3的一端光纖連接；摻鉺光纖3的另一端與三端口環形器4的第1端口光纖連接，三端口環形器4的第2端口與微凹槽光纖5的一端光纖連接，微凹槽光纖5的另一端光纖與可變光衰減器6連接，可變光衰減器6另一端與中心波長為1548.839nm的光纖布拉格光柵7的
一端光纖連接；三端口環形器4的第3端口與1*2端耦合器8的輸入端光纖連接，1*2端耦合器8的第一輸出端與波分復用器2的第3端口光纖連接，1*2端耦合器8的第2輸出端作為窄線寬激光的輸出端。該裝置的工作過程：開啟980nm泵浦激光器1，輸出的980nm激光通過波分復用器2進入摻鉺光纖3，摻鉺光纖3吸收980nm激光，從而提供一個寬帶光源；寬帶光源通過三端口環形器4的第2端口注入微凹槽光纖5、可變光衰減器6和中心波長為1548.839nm的光纖布拉格光柵7，三端口環形器的第3端口與1*2端耦合器8、波分復用器2的第3端口形成完整的環形激光腔。中心波長為1548.839nm的光纖布拉格光柵7和可變光衰減器6為微凹槽光纖5提供一個非常微弱的種子光，中心波長為1548.839nm的光纖布拉格光柵7是波長選擇元件，可變光衰減器6對種子光的強度進行控制，以免窄線寬的后向瑞利信號被淹沒掉，從而增加后向散射產生的概率，窄線寬的瑞利散射光在環形腔中循環，最終形成激光震蕩，從1*2端耦合器8的第2輸出端向外輸出窄線寬、高強度的激光信號。圖2為本技術實施例中輸出窄線寬激光的光譜圖。輸出激光線寬小于10kHz。本技術以光纖光柵作為波長選擇器件，以摻鉺光纖作為增益介質，采用微凹槽光纖實現激光的線寬壓縮，實現了窄線寬激光輸出。本技術結構簡單、成本低廉，可應用于分布式光纖振動傳感、氣體檢測、環境監測、科學研究等領域。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于微凹槽光纖的窄線寬激光輸出裝置，其特征在于：包括一個輸出功率大于100mW的980nm泵浦激光器，一個實現980nm激光和1.5微米激光耦合的波分復用器，一段長度2米至10米的摻鉺光纖，一個三端口環形器，一段微凹槽光纖，一個可變光衰減器，一個中心波長為λ0的光纖布拉格光柵，一個1*2耦合器；泵浦激光器的端口與波分復用器的第1端口光纖連接，波分復用器的第2端口與摻鉺光纖的一端光纖連接；摻鉺光纖的另一端與三端口環形器的第1端口光纖連接，三端口環形器的第2端口與微凹槽光纖的一端光纖連接，微凹槽光纖的另一端光纖與可變光衰減器連接，可變光衰減器另一端與中心波長為λ0的光纖布拉格光柵的一端光纖連接；三端口環形器的第3端口與1*2端耦合器的輸入端光纖連接，1*2端耦合器的第一輸出端波與分復用器的第3端口光纖連接，1*2端耦合器的第2輸出端作為窄線寬激光的輸出端；所述微凹槽光纖為刻寫有對稱凹槽的單模光纖，對稱凹槽在軸向上有多對，每個凹槽深度為6～7微米。

【技術特征摘要】
1.基于微凹槽光纖的窄線寬激光輸出裝置，其特征在于：包括一個輸出功率大于100mW的980nm泵浦激光器，一個實現980nm激光和1.5微米激光耦合的波分復用器，一段長度2米至10米的摻鉺光纖，一個三端口環形器，一段微凹槽光纖，一個可變光衰減器，一個中心波長為λ0的光纖布拉格光柵，一個1*2耦合器；泵浦激光器的端口與波分復用器的第1端口光纖連接，波分復用器的第2端口與摻鉺光纖的一端光纖連接；摻鉺光纖的另一端與三端口環形器的第1端口光纖連接，三端口環形器的第2端口與微凹槽光纖的一端光纖連接，微凹槽光纖的另一端光纖與可變光衰減器連接，可變光衰...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳達如，王曉亮，李海濤，
申請(專利權)人：浙江師范大學，
類型：新型
國別省市：浙江;33