专利名称：单频脉冲光纤激光器及其单频脉冲种子激光产生的方法
技术领域：
本发明属于激光器技术领域，涉及光纤激光器，尤其涉及一种大功率单频 脉冲光纤激光器及其单频脉冲种子激光产生的方法。
背景技术：
目前国际上的固体的单频激光器有两种， 一种是光纤激光器，另外一种是 半导体泵浦的固体激光器。其中光纤激光器包括有单频光纤激光器和脉冲光纤激光器。单频光纤激光器是进行连续功率输出，不能做到ns级脉冲工作；其谐振腔在原理上只能产生连续的单频激光输出，不能直接产生脉冲的单频激光 输出，因为以光纤为谐振腔的单频种子光纤激光器不能通过脉冲电流驱动泵浦激光器的方式产生脉冲的单频光信号输出。脉冲光纤激光器是用声光调Q或 电光调Q的方式产生激光脉冲，脉冲宽度都在几十ns量级，不能做到几个ns 量级的脉冲输出，并且由于传统的脉冲光纤激光器采用的脉冲方式的线宽都是 几百MHz到几十GHz，不能做到线宽几十KHz量级的超窄线宽单频输出。随着科技的发展，出现了半导体泵浦的单频脉冲固体激光器，该激光器采 用的是半导体泵浦的固体激光器技术，产生的是自由空间的单频脉冲输出，虽 然实现了单频脉冲输出，但是光束质量难以形成完美的单模单频分布，使用的 灵活性较差，且脉冲重复频率只能做到KHz。由于光纤激光器具有的特点，研发出一种能够实现超窄线宽单频输出又能 达到ns级短脉冲工作体制的光纤激光器大有必要。发明内容本发明目的是为了解决现有光纤激光器不能同时实现短脉冲单频激光输 出的问题，而提供了一种既是几十KHz的超窄线宽单频输出，又是ns级的脉 冲工作体制，同时又得到了 KW级的脉冲峰值功率，重复频率可以达到KHz 到MHz的单频脉冲光纤激光器，以及该单频脉冲种子产生的方法。为实现上述目的而提出的单频脉冲光纤激光器，主要包括由光路模组和电路模组构成的光电模块；所述光路模组包括依次通过光路连接的单频脉冲种子 激光器、泵浦合束器、大功率隔离器、分束器，所述率泵浦合束器同时连接第 二泵浦激光器；所述电路模组包括控制电路，控制电路包括脉冲触发电路、泵 浦激光器驱动电路。所述单频脉冲种子激光器包括半导体激光芯片、ns级脉冲发生器、光纤 光栅、隔离器、波分复用器、第一级光纤放大器、滤波/隔离混合器件、第一 泵浦激光器;所述ns级脉冲发生器与所示半导体激光电连接，所述的半导体 激光器与光纤、隔离器、波分复用器、第一级光纤放大器及滤波/隔离混合器 件通过光路连接，所述第一泵浦激光器与所述波分复用器连接；所述脉冲发生 器由所述脉冲触发电路控制；所述第一、第二泵浦激光器由所述泵浦激光器驱 动电路控制。所述光路模组还包括有双包层光纤放大器、光电探测器；所述电路模组还 包括自动温度控制电路和二级温度控制电路、自动光功率控制电路。所述激光器设有RS232/RS485接口，所述电路模组设置有RS232/RS485接口控制电路。所述的单频脉冲光纤激光器的单频脉冲种子激光产生的方法，是利用半导 体激光加光纤光栅产生单频超窄线宽的激光输出，利用ns级脉冲电流驱动半 导体激光器，产生单频脉冲通过光纤输出；然后通过第一级光纤放大器进行放 大，得到瓦级峰值功率的单频脉冲种子激光光纤输出。所述单频脉冲种子激光， 再次通过二级光纤放大器放大，达到KW级的单频脉冲光纤激光输出。所述 二级光纤放大器为双包层光纤放大器。单频脉冲光纤激光器的光束质量经过光纤的整形，整个空间分布是接近于完美的单模单频分布；另外由于单频脉冲光纤激光器是光纤输出，光纤长度可以任意延长，整个使用的灵活性大大改善；脉冲重复频率可以做到MHz。本发明的单频脉冲光纤激光器以及单频脉冲种子激光产生的方法，具有以下特 占."、、《一、 在国际上，首先在1550nm波段实现了既是稳定的线宽为KHz量级 的超窄线宽单频输出，又是ns级脉冲输出，为国际首创；二、 实现了 lKHz低重复频率至200MHz的高重复频率的输出；三、 实现了完全单频输出；四、 达到5ns级的短脉冲输出；五、 具有极好的波长稳定性，同时又可温度调谐。
图1是本发明单频脉冲光纤激光器的结构原理图； 图2是本发明单频脉冲光纤激光器的单频脉冲种子激光器结构原理图； 图3是本发明单频脉冲光纤激光器的底层电路模组与泵浦激光器安装示 意图；图4是本发明单频脉冲光纤激光器的上层光路示意图。
具体实施方式
如图1至图4所示，本发明的单频脉冲光纤激光器主要包括光电模块，光 电模块采用模组式结构，包括光路模组1和电路模组2。光路模组l包括单频脉冲种子激光器ll、泵浦合束器12、大功率隔离器 14、分束器15、双包层光纤放大器13、第二泵浦激光器17、光电探测器16; 其中单频脉冲种子激光器ll、泵浦合束12器、第二级光纤放大器13、大功率 隔离器14、分束器15依次通过光路连接，第二泵浦激光器17连接泵浦合束 器12，光电探测器16连接分束器15;其中泵浦合束器12和分束器15最佳选 用大功率泵浦合束器和大功率分束器，第二级光纤放大器13最佳采用双包层 光纤放大器，第二泵浦激光器17最佳采用975nm大功率泵浦激光器。单频脉冲种子激光器11包括半导体激光芯片111、 ns级脉冲发生器118、 光纤光栅(FBG) 112、隔离器113、 980/1550波分复用器114、第一级光纤放 大器115、滤波/隔离混合器件116、第一泵浦激光器117;其中ns级脉冲发生 器118与半导体激光芯片111电连接，半导体激光芯片111与光纤光栅(FBG) 112、隔离器113、 980/1550波分复用器114、滤波/隔离混合器件116依次通 过光路连接，第一泵浦激光器117连接980/1550波分复用器114;第一泵浦激 光器最佳采用980rnn泵浦激光器。电路模组2由包括完成激光器控制与监控功能的电路构成，包括脉冲触 发电路、泵浦激光器驱动电路、自动温度控制电路、二级温度控制电路、自动6光功率控制电路、RS232/RS485接口控制电路；其中脉冲触发电路输出端连接 ns级脉冲发生器118，泵浦激光驱动电路输出端分别连接第一、第二泵浦激光 器117、 17，自动温度控制电路、二级温度控制电路、自动光功率控制电路的 输入端连接光电探测器16。单频脉冲种子激光产生的方法，是利用半导体激光芯片11加光纤光栅 (FBG) 112产生单频超窄线宽的激光输出，然后利用ns级脉冲电流驱动半导 体激光芯片ll，产生单频脉冲通过光纤输出；输出的单频脉冲的光非常微弱， 在后面再加上第一级光纤放大器115进行放大，可以得到瓦级峰值功率的种子 单频脉冲光纤激光输出。 '通过脉冲单频种子激光器ll，产生ns级脉冲宽度、W级峰值功率单频脉 冲种子激光，然后经过第二级双包层光纤放大器13放大，产生输出峰值功率 为1000瓦以上的脉冲激光输出。本激光器还设有RS232/RS485接口 (图中未示出)，对应的，激光器的电 路模组2中设置有RS232/RS485接口控制电路。工作过程光路模组1中单频脉冲种子激光器11的半导体激光芯片111加光纤光栅 (FBG) 112产生超窄线宽的激光，ns级脉冲发生器118产生ns级脉冲电流 驱动半导体激光芯片11，于是产生单频脉冲激光通过光纤输出，此时输出的 单频脉冲光非常微弱，该微弱的单频脉冲光经过隔离器113进入980/1550波 分复用器114、第一泵浦激光器117泵浦，通过第一级光纤放大器115放大后， 经过滤波/隔离混合器件116的滤波整理，输出瓦级峰值功率的单频脉冲种子 激光光纤。单频脉冲种子激光经过大功率泵浦合束器12、 975nm大功率泵浦激光器 17泵浦，通过第二级双包层光纤放大器13再次放大，经大功率隔离器14、大 功率分束器15后准直输出，光电探测器16对二次放大后的单频脉冲激光进行 探测，并将信息回馈到电路模组2。电路模组2的自动光控制电路、自动温度控制电路以及二级温度控制电路 对反馈信息分析，控制单频脉冲激光的稳定输出和温度调谐，可达300pm范 围内的波长的温度调谐和pm级的波长高度稳定；脉冲触发电路控制ns级脉 冲发生器118; RS232/RS485接口控制电路通过RS232接口 (图中未示出)，使使用者能通过指令监控该光纤放大器的运行状态，包括产品电子序列号、 平均输入功率、平均输出功率，泵源驱动电流、泵源光功率、泵源温度、泵源 温控电压、模块内部温度等，并控制和设置该光纤放大器的运行，包括开关 泵源、设置泵源驱动电流等。无种子激光输入光功率时，放大器的泵浦源不能开启。单频脉冲光纤激光器的光束质量经过光纤的整形，整个空间分布是接近于 完美的单模单频分布，光纤长度可以任意延长，使用的灵活性大，脉冲重复频率可以做到MHz。本发明的单频脉冲光纤激光器达到的总体技术指标工作波长1550+/-lnm;工作波长稳定性〈4pmTC;线宽〈-50KHz;脉冲 宽度5-20ns;脉冲输出功率X000W (脉冲重复频率在20KHz情况下)；本发明的技术优点-1) 国际上首先在1550nm波段实现了既是稳定的线宽为KHz量级的超窄 线宽单频输出，又是ns级脉冲输出，为国际首创；2) 实现了 lKHz低重复频率至200MHz的高重复频率的输出；3) 完全单频输出；4) 低至5ns级的短脉冲输出；5) 具有极好的波长稳定性，同时又可温度调谐。本发明的单频脉冲光纤激光器可以广泛应用于高精度相干激光成像雷达， 高精度光纤温度应变传感系统，高精度光纤水声传感系统，高精度光纤微振动 传感系统，激光多普勒测风雷达，相干激光通讯系统，量子光纤通讯系统，激 光干涉测量仪，以及科学研究等。
权利要求
1、一种单频脉冲光纤激光器，其特征在于所述激光器主要包括由光路模组和电路模组构成的光电模块；所述光路模组包括依次通过光路连接的单频脉冲种子激光器、泵浦合束器、大功率隔离器、分束器，所述泵浦合束器同时连接第二泵浦激光器；所述电路模组包括控制电路，所述控制电路包括脉冲触发电路、泵浦激光器驱动电路。
2、 如权利要求1所述的单频脉冲光纤激光器，其特征在于所述单频脉冲种子激光器包括半导体激光芯片、ns级脉冲发生器、光纤光栅、隔离器、 波分复用器、第一级光纤放大器、滤波/隔离混合器件、第一泵浦激光器；所 述ns级脉冲发生器与所示半导体激光电连接，所述的半导体激光器与光纤、 隔离器、波分复用器、第一级光纤放大器及滤波/隔离混合器件通过光路连接， 所述第一泵浦激光器与所述波分复用器连接；所述脉冲发生器由所述脉冲触发 电路控制；所述第一、第二泵浦激光器由所述泵浦激光器驱动电路控制。
3、 如权利要求1或2所述的单频脉冲光纤激光器，其特征在于所述光 路模组还包括有双包层光纤放大器。
4、 如权利要求1或2所述的单频脉冲光纤激光器，其特征在于所述光 路模组还包括有光电探测器。
5、 如权利要求4所述的单频脉冲光纤激光器，其特征在于所述电路模 组还包括自动温度控制电路和二级温度控制电路。
6、 如权利要求4所述的单频脉冲光纤激光器，其特征在于所述电路模组还包括自动光功率控制电路。
7、 如权利要求1所述的单频脉冲光纤激光器，其特征在于所述激光器还设有RS232/RS485接口 ，所述电路模组对应设置有RS232/RS485接口控制电路。
8、 如权利要求1所述的单频脉冲光纤激光器的单频脉冲种子激光产生的 方法，是利用半导体激光芯片加光纤光栅产生单频超窄线宽的激光输出，利用 ns级脉冲电流驱动半导体激光器，产生单频脉冲通过光纤输出；然后通过第一级光纤放大器进行放大，得到瓦级峰值功率的单频脉冲种子激光光纤输出。
9、 如权利要求8所述的单频脉冲种子激光产生的方法，其特征在于所述单频脉冲种子激光，再次通过二级光纤放大器放大，达到KW级的单频脉 冲光纤激光输出。
10、 如权利要求9所述的单频脉冲种子激光产生的方法，其特征在于所述二级光纤放大器为双包层光纤放大器。
全文摘要
本发明涉及一种单频脉冲光纤激光器及其单频脉冲种子激光产生的方法。该单频脉冲光纤激光器，主要包括单频脉冲种子激光器和二级光纤放大器以及控制监控电路。该单频脉冲种子激光产生的方法，是利用半导体激光加光纤光栅产生单频超窄线宽的激光输出，和利用ns级脉冲电流驱动半导体激光器产生单频脉冲通过光纤输出；后通过二级光纤放大器放大，得到KW级的单频脉冲光纤激光输出。该单频脉冲光纤激光器及单频脉冲种子激光产生的方法，在国际上首先实现了在1550nm波段既是稳定的线宽为KHz量级的超窄线宽单频输出，又是ns级脉冲输出；具有极好的波长稳定性，同时又可温度调谐。
文档编号G02F1/35GK101330191SQ20081014258
公开日2008年12月24日 申请日期2008年7月28日 优先权日2008年7月28日
发明者胡小波, 黎永坚 申请人:深圳市明鑫科技发展有限公司