本發(fā)明涉及一種光纖激光器，具體涉及一種高峰值功率的窄線寬光纖脈沖激光器及其使用方法。

背景技術(shù)：

窄線寬光纖脈沖激光器是激光雷達(dá)、遙感、3d成像等應(yīng)用的主要光源之一。光纖激光器具有體積小、重量輕、單模特性好、工作效率高、散熱簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)；然而，由于光纖孔徑限制，窄線寬光纖脈沖激光器的輸出最大峰值功率受到非線性效應(yīng)的限制，主要是受激布里淵散射(sbs)閾值的限制；一旦激光器輸出功率達(dá)到sbs閾值，就會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的后向激光脈沖，可能對(duì)激光器產(chǎn)生永久性破壞。目前提高窄線寬光纖脈沖激光器sbs閾值的主要方法有增加光纖纖芯直徑、提高有源介質(zhì)的摻雜濃度以縮短有源光纖使用長(zhǎng)度等，但達(dá)到的激光脈沖最大峰值功率與固體激光器最大輸出峰值功率仍有很大差距；使用相位調(diào)制器對(duì)激光光譜展寬，可以提高激光器的sbs閾值，但同時(shí)也失去了激光器的窄線寬特性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服sbs對(duì)窄線寬光纖脈沖激光器最大輸出峰值功率的限制，本發(fā)明提供一種高峰值功率的窄線寬光纖脈沖激光器及其使用方法，窄線寬脈沖激光源輸出的激光首先經(jīng)過(guò)光纖分路器分出部分光信號(hào)作為本地參考激光，光纖分路器輸出的主激光信號(hào)則經(jīng)光纖相位調(diào)制器進(jìn)行光譜展寬，再經(jīng)光纖移相器、級(jí)聯(lián)光纖放大器放大，激光光譜展寬提高了sbs閾值，使放大器輸出最大峰值功率提高；放大后的激光經(jīng)過(guò)第二個(gè)相位調(diào)制器進(jìn)行光譜壓縮，輸出窄線寬的高功率激光脈沖。通過(guò)激光光譜展寬—放大—激光光譜壓縮，提高峰值功率、同時(shí)保持激光器窄線寬特性。

本發(fā)明一種高峰值功率的窄線寬光纖脈沖激光器包括窄線寬脈沖激光種子源和光纖放大器，還包括兩個(gè)光纖分路器、兩個(gè)相位調(diào)制器、光纖移相器、光纖干涉儀、光電探測(cè)器和控制電路，窄線寬脈沖激光種子源輸出的連續(xù)激光接入第一光纖分路器，分為兩路，主路接入第一相位調(diào)制器，另一路接入光纖干涉儀的一個(gè)輸入臂。主路激光在第一相位調(diào)制器展寬激光光譜、以提高sbs閾值，之后接入光纖移相器、調(diào)節(jié)激光相位，其輸出連接級(jí)聯(lián)光纖放大器，提高峰值功率，再接入第二相位調(diào)制器，壓縮光譜，最后進(jìn)入第二光纖分路器，大部分作為輸出，小部分接入上述光纖干涉儀的另一輸入臂。窄線寬脈沖激光種子源發(fā)出的激光和本激光器輸出信號(hào)在光纖干涉儀進(jìn)行相干檢測(cè)，產(chǎn)生的拍頻信號(hào)經(jīng)光電探測(cè)器光電轉(zhuǎn)換，電信號(hào)接入控制電路，控制電路的控制信號(hào)連接光纖移相器和射頻放大器，控制電路控制光纖移相器和射頻放大器共同實(shí)現(xiàn)激光光譜壓縮。

頻率源為兩個(gè)相位調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)頻率源，頻率源輸出的信號(hào)分成相同的兩束分別經(jīng)第一射頻放大器和第二射頻放大器，分別驅(qū)動(dòng)第一相位調(diào)制器和第二相位調(diào)制器，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)相位調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)頻率一致。

所述窄線寬脈沖激光種子源為窄線寬半導(dǎo)體激光器或窄線寬光纖激光器連接電光調(diào)制器或聲光調(diào)制器，激光器發(fā)出連續(xù)激光，調(diào)制器進(jìn)行幅度調(diào)制。

所述第一光纖分路器分光比為99:1至50:50，較佳方案分光比為90:10至95:5，其中大部分光輸出到主路，小部分光比輸出端連接光纖干涉儀的一個(gè)輸入臂。

所述兩個(gè)相位調(diào)制器為驅(qū)動(dòng)頻率完全相同的鈮酸鋰電光相位調(diào)制器，調(diào)制頻率為100mhz～10ghz，以達(dá)到較好的光譜展寬效果，且信號(hào)處理便捷；兩個(gè)相位調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)功率有一定比例，在該比例下第二相位調(diào)制器的相位調(diào)制深度與第一相位調(diào)制器的相位調(diào)制深度相等。

其中第一相位調(diào)制器為帶光纖尾纖的調(diào)制器，用于激光光譜展寬，以提高激光器的sbs閾值；第二相位調(diào)制器為空間光的體相位調(diào)制器，以提高調(diào)制器端面的激光破壞閾值，用于激光光譜壓縮，恢復(fù)為窄線寬激光。

所述光纖移相器為光波導(dǎo)調(diào)制器，即y波導(dǎo)，或者為纏繞在壓電陶瓷(pzt)上的光纖器件，相位調(diào)節(jié)量大于π。確保進(jìn)入兩個(gè)相位調(diào)制器的激光相位差為π的奇數(shù)倍。

所述級(jí)聯(lián)光纖放大器為級(jí)聯(lián)的兩級(jí)或三級(jí)光纖放大器，其中的末級(jí)放大器為低數(shù)值孔徑大模場(chǎng)雙包層光纖放大器。

所述第二光分路器分光比為99:1至90:10，其中比例較大的功率激光接入本激光器的輸出端，比例較小的功率激光連接光纖干涉儀的另一個(gè)輸入臂。

本發(fā)明一種高峰值功率的窄線寬光纖脈沖激光器的使用方法主要步驟如下：

步驟ⅰ、開(kāi)機(jī)

窄線寬脈沖激光種子源、相位調(diào)制器、級(jí)聯(lián)放大器和射頻放大器接通電源；

步驟ⅱ、頻率源驅(qū)動(dòng)相位調(diào)制器

頻率源輸出的電信號(hào)分成兩路分別進(jìn)入第一射頻放大器和第二射頻放大器，兩個(gè)射頻放大器放大輸出相同功率，分別驅(qū)動(dòng)第一相位調(diào)制器和第二相位調(diào)制器；

步驟ⅲ、光譜展寬的脈沖激光輸出

打開(kāi)窄線寬脈沖激光種子源和級(jí)聯(lián)光纖放大器，窄線寬脈沖激光種子源輸出的連續(xù)激光接入第一光纖分路器，分入主路的激光脈沖經(jīng)第一相位調(diào)制器，實(shí)現(xiàn)光譜展寬，之后進(jìn)入光纖移相器、調(diào)節(jié)激光相位，再進(jìn)入級(jí)聯(lián)光纖放大器，提高峰值功率，其輸出再接入第二相位調(diào)制器，送入第二光纖分路器，在第二光纖分路器分出大部分作為輸出的脈沖激光；

步驟ⅳ、調(diào)節(jié)光纖移相器相位，進(jìn)行光譜壓縮

第一光纖分路器分出的另一部分窄線寬脈沖激光種子源發(fā)出的脈沖激光和第一光纖分路器分出的另一部分本激光器輸出信號(hào)功率相同，同時(shí)進(jìn)入光纖干涉儀，以便于進(jìn)行相干檢測(cè)，光纖干涉儀輸出兩束脈沖激光相干所得的拍頻信號(hào)，經(jīng)光電探測(cè)器光電轉(zhuǎn)換，電信號(hào)接入控制電路，控制電路檢測(cè)拍頻信號(hào)的差拍頻率和拍頻強(qiáng)度，該拍頻信號(hào)的差拍頻率為頻率源的工作頻率；控制電路連續(xù)調(diào)節(jié)光纖移相器相位變化至π或±π/2，監(jiān)控拍頻強(qiáng)度的變化，當(dāng)拍頻強(qiáng)度最小時(shí)，就是兩個(gè)相位調(diào)制器的相位差為π的奇數(shù)倍，第二相位調(diào)制器對(duì)進(jìn)入的脈沖激光進(jìn)行光譜壓縮；

步驟ⅴ、調(diào)節(jié)第二射頻放大器放大功率，進(jìn)一步光譜壓縮

保持拍頻強(qiáng)度最小時(shí)，即兩個(gè)相位調(diào)制器的相位差為π的奇數(shù)倍時(shí)的光纖移相器的狀態(tài)，控制電路調(diào)節(jié)第二射頻放大器，逐漸增加其放大功率，驅(qū)動(dòng)第二相位調(diào)制器，監(jiān)控拍頻強(qiáng)度的變化，當(dāng)拍頻強(qiáng)度最小時(shí)，即為第二射頻放大器的最佳輸出功率；將第二射頻放大器輸出功率鎖定于該功率點(diǎn)，第二相位調(diào)制器對(duì)進(jìn)入的脈沖激光進(jìn)一步光譜壓縮，輸出高峰值功率的窄線寬光纖脈沖激光；

步驟ⅵ、監(jiān)控拍頻強(qiáng)度，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)光纖移相器

控制電路持續(xù)監(jiān)控拍頻強(qiáng)度的變化，當(dāng)激光器溫度變化或外界振動(dòng)，均可能造成激光器工作相位漂移，拍頻強(qiáng)度變化，控制電路實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)光纖移相器，將拍頻強(qiáng)度鎖定于最小狀態(tài)，輸出的脈沖激光光譜壓縮到最小，持續(xù)輸出高峰值功率的窄線寬光纖脈沖激光。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種高峰值功率的窄線寬光纖脈沖激光器及其使用方法有益效果是：1、克服了窄線寬激光脈沖在光纖放大過(guò)程中最大輸出功率受到sbs閾值限制的缺點(diǎn)，提高了窄線寬光纖脈沖激光器的最大輸出峰值功率，同時(shí)保證脈沖激光窄線寬特性不變，可實(shí)現(xiàn)將脈沖激光輸出峰值功率200w左右的脈寬100ns級(jí)別脈沖激光的峰值功率提高到千瓦級(jí)，最高可達(dá)10kw左右的受激拉曼閾值，線寬則可控制在1mhz以下，保證激光器的高相干性能；2、實(shí)時(shí)監(jiān)控激光器溫度變化和外界振動(dòng)造成激光器工作相位漂移，及時(shí)調(diào)節(jié)光纖移相器，保持激光脈沖光譜壓縮效果處于最佳狀態(tài)。

附圖說(shuō)明

圖1為本高峰值功率的窄線寬光纖脈沖激光器實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本高峰值功率的窄線寬光纖脈沖激光器的使用方法實(shí)施例工作流程圖。

具體實(shí)施方式

本高峰值功率的窄線寬光纖脈沖激光器實(shí)施例如圖1所示，圖中虛線箭頭為光信號(hào)傳輸，實(shí)線箭頭為電信號(hào)傳輸。窄線寬脈沖激光種子源輸出的連續(xù)激光接入第一光纖分路器，分為兩路，95％的光進(jìn)入主路接入第一相位調(diào)制器，另一路5％的光接入光纖干涉儀的一個(gè)輸入臂。主路激光在第一相位調(diào)制器展寬激光光譜，之后接入光纖移相器、調(diào)節(jié)激光相位，其輸出連接級(jí)聯(lián)光纖放大器，再接入第二相位調(diào)制器，壓縮光譜，最后進(jìn)入第二光纖分路器，99％的光作為輸出，1％接入上述光纖干涉儀的另一輸入臂。窄線寬脈沖激光種子源發(fā)出的激光和本激光器輸出信號(hào)在光纖干涉儀進(jìn)行相干檢測(cè)，產(chǎn)生的拍頻信號(hào)經(jīng)光電探測(cè)器光電轉(zhuǎn)換，電信號(hào)接入控制電路，控制電路的控制信號(hào)連接光纖移相器和射頻放大器，控制電路控制光纖移相器和射頻放大器共同實(shí)現(xiàn)激光光譜壓縮。

頻率源為兩個(gè)相位調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)頻率源，頻率源輸出的信號(hào)分成相同的兩束分別經(jīng)第一射頻放大器和第二射頻放大器，分別驅(qū)動(dòng)第一相位調(diào)制器和第二相位調(diào)制器，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)相位調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)頻率一致。

本例窄線寬脈沖激光種子源為窄線寬半導(dǎo)體激光器連接電光調(diào)制器。

本例兩個(gè)相位調(diào)制器為驅(qū)動(dòng)頻率完全相同的鈮酸鋰電光相位調(diào)制器，調(diào)制頻率為1ghz，兩個(gè)相位調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)功率的比例為：在該比例下第二相位調(diào)制器的相位調(diào)制深度與第一相位調(diào)制器的相位調(diào)制深度相等。

其中第一相位調(diào)制器為帶光纖尾纖的調(diào)制器，第二相位調(diào)制器為空間光的體相位調(diào)制器。

本例光纖移相器為光波導(dǎo)調(diào)制器，相位調(diào)節(jié)量大于π。

本例級(jí)聯(lián)光纖放大器為級(jí)聯(lián)的三級(jí)光纖放大器，其中的末級(jí)放大器為低數(shù)值孔徑大模場(chǎng)雙包層光纖放大器。

高峰值功率的窄線寬光纖脈沖激光器的使用方法實(shí)施例

本高峰值功率的窄線寬光纖脈沖激光器的使用方法實(shí)施例為上述高峰值功率的窄線寬光纖脈沖激光器實(shí)施例的使用方法，本例方法流程如圖2所示，主要步驟如下：

步驟ⅰ、開(kāi)機(jī)

窄線寬脈沖激光種子源、相位調(diào)制器、級(jí)聯(lián)放大器和射頻放大器接通電源；

步驟ⅱ、頻率源驅(qū)動(dòng)相位調(diào)制器

頻率源輸出的電信號(hào)分成兩路分別進(jìn)入第一射頻放大器和第二射頻放大器，兩個(gè)射頻放大器放大輸出相同功率，分別驅(qū)動(dòng)第一相位調(diào)制器和第二相位調(diào)制器；

步驟ⅲ、光譜展寬的脈沖激光輸出

打開(kāi)窄線寬脈沖激光種子源和級(jí)聯(lián)光纖放大器，窄線寬脈沖激光種子源輸出的連續(xù)激光接入第一光纖分路器，分入主路的激光脈沖經(jīng)第一相位調(diào)制器，實(shí)現(xiàn)光譜展寬，之后進(jìn)入光纖移相器、調(diào)節(jié)激光相位，再進(jìn)入級(jí)聯(lián)光纖放大器，提高峰值功率，其輸出再接入第二相位調(diào)制器，送入第二光纖分路器，在第二光纖分路器分出大部分作為輸出的脈沖激光；

步驟ⅳ、調(diào)節(jié)光纖移相器相位，進(jìn)行光譜壓縮

第一光纖分路器分出的另一部分窄線寬脈沖激光種子源發(fā)出的脈沖激光和第一光纖分路器分出的另一部分本激光器輸出信號(hào)功率相同，同時(shí)進(jìn)入光纖干涉儀，以便于進(jìn)行相干檢測(cè)，光纖干涉儀輸出兩束脈沖激光相干所得的拍頻信號(hào)，經(jīng)光電探測(cè)器光電轉(zhuǎn)換，電信號(hào)接入控制電路，控制電路檢測(cè)拍頻信號(hào)的差拍頻率和拍頻強(qiáng)度，該拍頻信號(hào)的差拍頻率為頻率源的工作頻率；控制電路連續(xù)調(diào)節(jié)光纖移相器相位變化至π或±π/2，監(jiān)控拍頻強(qiáng)度的變化，當(dāng)拍頻強(qiáng)度最小時(shí)，就是兩個(gè)相位調(diào)制器的相位差為π的奇數(shù)倍，第二相位調(diào)制器對(duì)進(jìn)入的脈沖激光進(jìn)行光譜壓縮；

步驟ⅴ、調(diào)節(jié)第二射頻放大器放大功率，進(jìn)一步光譜壓縮

保持拍頻強(qiáng)度最小時(shí)，即兩個(gè)相位調(diào)制器的相位差為π的奇數(shù)倍時(shí)的光纖移相器的狀態(tài)，控制電路調(diào)節(jié)第二射頻放大器，逐漸增加其放大功率，驅(qū)動(dòng)第二相位調(diào)制器，監(jiān)控拍頻強(qiáng)度的變化，當(dāng)拍頻強(qiáng)度最小時(shí)，即為第二射頻放大器的最佳輸出功率；將第二射頻放大器輸出功率鎖定于該功率點(diǎn)，第二相位調(diào)制器對(duì)進(jìn)入的脈沖激光進(jìn)一步光譜壓縮，輸出高峰值功率的窄線寬光纖脈沖激光；

步驟ⅵ、持續(xù)監(jiān)控拍頻強(qiáng)度，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)光纖移相器

控制電路持續(xù)監(jiān)控拍頻強(qiáng)度的變化，當(dāng)激光器溫度變化或外界振動(dòng)，均可能造成激光器工作相位漂移，拍頻強(qiáng)度變化，控制電路實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)光纖移相器，將拍頻強(qiáng)度鎖定于最小狀態(tài)，輸出的脈沖激光光譜壓縮到最小，持續(xù)輸出高峰值功率的窄線寬光纖脈沖激光。本例輸出的脈沖激光功率峰值達(dá)2kw。

上述實(shí)施例，僅為對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明的具體個(gè)例，本發(fā)明并非限定于此。凡在本發(fā)明的公開(kāi)的范圍之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。