一种760nm高稳定性全光纤倍频激光器

1.本实用新型属于非线性光纤放大技术领域，特别是涉及一种760nm高稳定性全光纤倍频激光器。


背景技术：

2.光纤激光器目前在激光器领域中发挥着越来越重要的作用，而760nm全光纤激光器可用于大气激光雷达探测、空间冷原子钟、氧气浓度探测及科学试验等，在国防、太空、医疗及科研等领域发挥着至关重要的作用。
3.主振荡功率放大(mopa)技术是将泵浦光与种子光进行耦合，在增益光纤内进行放大，从而达到输出高功率的目的。基于mopa放大技术可实现功率可调的高质量激光，其输出光具备良好的光束质量及保持时域、频域等良好特性。通过mopa技术对种子光进行放大后，可实现高功率高能量输出，经ppln晶体进行倍频后，即可获得具有良好特性的高功率倍频光输出。
4.激光倍频技术是通过改变激光频率从而获得其他波长的一种方式。影响倍频转换效率的因素有很多，如基频光特性、倍频晶体材料物理特性及温度、角度等。为降低激光损耗，提高倍频转换效率，选用ppln(周期极化铌酸锂)作为倍频晶体，通过对ppln进行温度控制，可实现较高的光光转换效率，从而达到高效输出的目的。
5.现有的760nm激光器多为固体激光器，直接获得760nm全光纤激光器鲜有报道，而能输出瓦级以上光功率的760nm光纤激光器更是未见报道，并且固体激光器在转换效率、抗震动、易携带等方面都远不如光纤激光器。要达到直接产生760nm高功率输出技术难度极大，通过mopa技术放大后经ppln晶体倍频可获得高功率760nm激光输出，同时保留了种子光低噪声窄线宽等优良特性。用此方法获得的激光输出相较于固体激光输出具有体积轻、重量小、散热效果好，更高的稳定性，更紧凑空间结构，更长的使用寿命，因此更有利于航天航空、军事、雷达探测等领域使用。


技术实现要素：

6.基于目前的760nm激光器获取方式，固体激光器对稳定度要求高，光光转换效率低，导致输出光功率不稳定，便携性及稳定性不易于实现，输出光功率可调性差，获得的760nm波长输出光功率不理想等问题。本实用新型提供了一种760nm高稳定性全光纤倍频激光器。
7.为了达到上述的目的，本实用新型提供了一种760nm高稳定性全光纤倍频激光器，包括用于输出低噪声窄线宽1520nm种子光的种子光部分、将种子光放大至瓦级的放大级部分以及对1520nm波长进行转换的光输出和检测部分；
8.所述种子光部分包括1520nm低噪声窄线宽激光器，输出种子光线宽小于1mhz，边模抑制比优于40db，偏振消光比大于20db，经保偏光纤输出后功率不低于10mw；
9.所述放大级部分设置于所述种子光部分后，包括第一级预放大部分、第二级主放
大部分及第三级主放大部分；
10.所述第一级预放大部分包括依次排列的保偏隔离器、单模976nm泵浦激光器、单模泵浦保护器、保偏波分复用器、掺铒增益光纤、第一保偏隔离滤波器；
11.所述第二级主放部分设置于第一级预放部分保偏隔离滤波器后，所述第二级主放部分包括依次排列的第一多模976nm泵浦激光器、第一多模泵浦保护器、第二多模976nm泵浦激光器、第二多模泵浦保护器、第一保偏合束器、第一铒镒共掺增益光纤，第一泵浦滤除，第二保偏隔离滤波器；
12.所述第三级主放部分设置于第二级主放部分保偏隔离滤波器后，所述第三级主放部分包括依次排列的第三多模976nm泵浦激光器、第三多模泵浦保护器、第四多模976nm泵浦激光器、第四多模泵浦保护器、第二保偏合束器、第二铒镒共掺增益光纤，第二泵浦滤除，第三保偏隔离滤波器；
13.所述光输出部分设置于所述放大级部分后，所述光输出部分包括ppln倍频晶体和光输出检测装置。
14.所述全光纤倍频激光器由种子光，作为增益介质的掺杂稀土离子光纤以及向增益光纤端面注入的泵浦光组成，经由光纤合束装置耦合泵浦光以替代端面泵浦光方式。
15.所述增益介质，由掺铒光纤及铒镒共掺光纤构成。经稀土离子掺杂后的增益光纤，其可吸收泵浦源波长范围为940-980nm；
16.所述波分复用器和光纤合束器均为光纤泵浦/信号合束器，其中波分复用器为单模保偏光纤，光纤合束器为纤芯直径不低于10μm的双包层保偏光纤。
17.可选地，所述种子光部分与所述放大级部分可选择光纤熔接或法兰对接设置，所述放大级部分与所述光输出部分可选择光纤熔接或法兰对接设置；
18.可选地，所述光输出部分还包括光束检测装置，光束检测装置置于所述光输出部分后方。
19.与现有获得760nm激光器技术相比，本实用新型有益效果在于：
20.通过mopa放大技术与倍频技术相结合的方式，能够实现功率范围可调的低噪声窄线宽760nm激光光源。
21.可实现全光纤760nm瓦级以上高功率激光输出，在保证线宽小于1mhz，边模抑制比优于40db，偏振消光比大于20db。
22.本实用新型涉及的mopa放大及倍频装置结构简单，成本较低，转换效率及可靠性高，全光纤激光器易于携带，稳定性高，是各领域所使用760nm高功率激光器的首选。
附图说明
23.图1是本实用新型的装置平面结构示意图；
24.图中：1-1520nm种子激光部分、2-放大级部分、3-光输出及检测部分。
25.图2是本实用新型的放大级部分示意图；
26.图中：4-保偏隔离器、5-单模976nm泵浦激光器、6-单模泵浦保护器、7-偏波分复用器、8-增益光纤、9-保偏隔离滤波器、10-第一多模976nm泵浦激光器、11-第一多模泵浦保护器、12-第二多模976nm泵浦激光器、13-第二多模泵浦保护器、14-第一保偏合束器、15-第一铒镒共掺增益光纤，16-第一泵浦滤除，17-第二保偏隔离滤波器、18-第三多模976nm泵浦激
光器、19-第三多模泵浦保护器、20-第四多模976nm泵浦激光器、21-第四多模泵浦保护器、22-第二保偏合束器、23-第二铒镒共掺增益光纤，24-第二泵浦滤除，25-第三保偏隔离滤波器。
27.图3是本实用新型的光输出及检测部分示意图；
28.图中：26-波长转换装置、27-检测装置。
具体实施方式
29.在下文中，将参考附图对本实用新型的具体实施例进行详细地描述，依照这些详细的描述，所属领域技术人员能够清楚地理解本实用新型，并能够实施本实用新型。在不违背本实用新型原理的情况下，各个不同的实施例中的特征可以进行组合以获得新的实施方式，或者替代某些实施例中的某些特征，获得其它优选的实施方式。
30.随着激光技术的不断发展，高功率光纤激光器不断在航空航天、激光雷达探测、医疗、军事等各领域中发挥着至关重要的作用。在空间冷原子钟、激光雷达探测、生物医疗等领域对760nm波长激光器需求又迫在眉睫，而固体激光器在稳定性、航天领域携带性又不如光纤激光器。因此，本实用新型提出的一种760nm高稳定性全光纤倍频激光器具有稳定性高、占用空间小易于携带、光光转换效率高，成本造价低廉等优势，充分满足航空航天领域使用要求。
31.全光纤主振荡功率(mopa)放大技术通常采用半导体激光器经增益光纤放大实现高增益,高功率输出。通过mopa放大技术可保持种子特性不会受到改变，输出激光具有优良的偏振态，窄线宽及稳定的工作波长。
32.光学倍频技术又被称作二次谐波技术，通过倍频技术扩展了激光的波段，可获得更短波长的激光，倍频技术是将频率为ω的光波以某一角度入射非线性晶体介质后产生频率为2ω的光波现象。
33.参见图1，一种760nm高稳定性全光纤倍频激光器，包括种子光部分1、放大级部分2和光输出检测部分3；所述种子光部分包括1520nm低噪声窄线宽激光器，线宽小于1mhz，边模抑制比优于40db，偏振消光比大于20db，经保偏光纤输出后功率不低于10mw；
34.图2为所述放大级部分，设置于种子光部分1后，包括第一级预放大部分、第二级主放大部分及第三级主放大部分；
35.所述第一级预放大部分包括依次排列的保偏隔离器4、单模976nm泵浦激光器5、单模泵浦保护器6、保偏波分复用器7、掺铒增益光纤8、第一保偏隔离滤波器9；
36.所述第二级主放部分设置于第一级预放部分保偏隔离滤波器9后，所述第二级主放部分包括依次排列的第一多模976nm泵浦激光器10、第一多模泵浦保护器11、第二多模976nm泵浦激光器12、第二多模泵浦保护器13、第一保偏合束器14、第一铒镒共掺增益光纤15，第一泵浦滤除16，第二保偏隔离滤波器17；
37.所述第三级主放部分设置于第二级主放部分保偏隔离滤波器17后，所述第三级主放部分包括依次排列的第三多模976nm泵浦激光器18、第三多模泵浦保护器19、第四多模976nm泵浦激光器20、第四多模泵浦保护器21、第二保偏合束器22、第二铒镒共掺增益光纤23，第二泵浦滤除24，第三保偏隔离滤波器25；
38.所述种子光部分1经放大级部分2放大后，其输出光特性与种子光保持一致，且输
出光功率不低于瓦级。
39.图3为所述光输出部分3，设置于所述放大级部分2后。所述光输出部分包括ppln倍频晶体26、光输出检测系统27，经倍频晶体转换波长后，在保持线宽小于1mhz，边模抑制比优于40db，偏振消光比大于20db的同时，760nm光输出功率不低于1w。
40.所述的种子光经保偏隔离器4与经单模泵浦保护器6的单模976nm泵浦激光5通过所述的保偏波分复用器7进行合束，经掺铒增益光纤8预放大后，通过第一保偏隔离滤波器9将未吸收泵浦光进行滤除后进入第二级主放大部分；
41.经第一级预放大后的种子光与经第一多模泵浦保护器11的第一多模976nm泵浦激光及经第二多模泵浦保护器13的第二多模976nm泵浦光12通过第一保偏合束器14进行合束后在第一铒镒共掺增益光纤15内进行放大后依次经第一泵浦滤除16和第二保偏隔离滤波器17将第二级主放大未吸收泵浦光滤除后进入第三级主放大部分；
42.经第二级主放大后的种子光与经第三多模泵浦保护器19的第三多模976nm泵浦激光18及经第四多模泵浦保护器21的第四多模976nm泵浦激光20通过第二保偏合束器22进行合束后，在第二铒镒共掺增益光纤23内进行第二级主放大后，依次经第二泵浦滤除24及第三保偏隔离滤波器25将第二级主放大未吸收泵浦光滤除后进入光输出部分3。
43.这种排布方式是所有器件的一种，当然排布方式并不局限于这一种。
44.实施例：
45.参见图1，用1520nm，输出光功率10mw的二极管激光器作为种子光，线宽小于1mhz，边模抑制比优于40db、偏振消光比大于20db。种子光经放大级部分进行放大，在保证种子光的特性基础上，可将种子光功率放大至2w以上，泵浦保护装置保护泵浦光不会被非线性效应及自激辐射效应损坏。
46.经放大级部分放大后的瓦级种子光再通过ppln倍频晶体进行倍频。经ppln倍频晶体后可产生1w以上的760nm高功率光输出。
47.本实用新型涉及一种能够将低功率种子光经放大及倍频方式获得低噪声窄线宽760nm高功率激光的方法，相对于现有的760nm激光器，在尽可能的降低成本、简化结构的条件下，降低了对种子光功率的要求，且通过mopa放大泵浦的方式让种子光经过至少一次以上的放大，在保留种子光低噪声窄线宽的特性前提下，大大提高光输出功率，经倍频晶体后输出760nm波长高功率激光，具有极高的光光转换效率。是一种全新的760nm激光的获取方式，种子光部分经放大级部分进行放大，可在保持种子光优异特性的基础上大幅度提升光功率至瓦级、线宽小于1mhz、边模抑制比优于40db、偏振消光比大于20db、经输出光部分通过ppln晶体进行倍频，对1520nm波长进行转换后亦可输出1w以上高功率激光，可有效提升光光转换效率。全光纤结构输出稳定、装置结构简单、空间占用率小、对环境要求度低，放大部分大幅度提升了输出光功率，具有高功率、窄线宽、低噪声等优良特性，可调整性及可靠性高等优良特性，可应用于对环境要求极高的航空航天、军事及医疗等领域。
48.尽管在上文中参考特定的实施例对本实用新型进行了描述，但是所属领域技术人员应当理解，在本实用新型公开的原理和范围内，可以针对本实用新型公开的配置和细节做出许多修改。本实用新型的保护范围由所附的权利要求来确定，并且权利要求意在涵盖权利要求中技术特征的等同物文字意义或范围所包含的全部修改。