[发明专利]基于声波的激光宽调谐方法及光纤激光器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤激光器领域，具体涉及一种基于声波的激光宽调谐方法及光纤激光器。

背景技术

自从20世纪60年代Snitzer报道了在玻璃基质中掺激活钕离子所制成的光纤激光器问世以来，光纤激光器因其可容强泵浦，兼容性好，制作简便，抗电磁干扰，转换效率高，线宽窄，输出光束质量好，可靠性高，波长容易选择，可调谐等优点，得到了很快的发展，在光学数据存储、光学通信、传感技术、激光加工、光谱和医学应用等多种领域都有广泛地应用。

尽管光纤激光器很容易实现调谐，但现有研究都主要集中在机械式调谐方式的研究，例如在腔内加入法布里-珀罗滤波器、声光滤波器、光纤布拉格光栅(FBG)的轴向拉伸调谐、轴向压缩调谐和悬臂梁(简支粱)调谐、光纤环镜、萨格纳克(Sagnac)干涉仪、偏振器件等波长选择器件。这些调谐方式最大的局限性是采用光学元器件的插入和机械式的调谐，这些因素导致了激光器的耦合损耗较大、输出功率和调谐效率较低、调谐范围较小、调谐速度慢、稳定性和可靠性降低以及结构复杂、成本高、不易于集成化。因此阻碍了它在光通信领域和光谱分析领域的广泛应用。

发明内容

本发明提供了一种基于声波的光纤激光器，其解决了现有机械式调谐光纤激光器调谐范围较小、调谐速度慢、耦合损耗较大、输出功率和调谐效率较低、稳定性和可靠性降低以及结构复杂、成本高、不易于集成化的问题。

本发明的技术解决方案是：

基于声波的激光宽调谐方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1】将泵浦光耦合进激光器激光腔中的FBG，产生激光，激光在激光腔内产生谐振；

2】将声波耦合进激光器中的FBG中，产生可调谐的激光；声波速度为V，声波频率为F；

3】激光器输出激光的波长z∈[0,L_eff]，

c为光在真空中的速度，η为FBG纤芯光功率效率，Δn为FBG折射率变化量，n₀为FBG纤芯的本征折射率，n为FBG折射率，R为FBG的反射率，n_eff为FBG有效折射率，L_eff为激光器的有效腔长；

4】用光谱仪检测激光器的输出波长，通过调整声波速度V，声波频率F，获得所需要的输出波长。

步骤2】将声波耦合进FBG的方法是，声波经声波换能器转换后通过粘接于FBG一端的喇叭耦合进FBG。

上述激光器是光纤掺铒激光器。

上述声波换能器的驱动电压为最大值。

基于声波的光纤激光器，包括设置于激光腔内的FBG、激光腔外的WDM、LD泵浦源，其特殊之处在于：所述激光器还包括设置在激光腔外的声波信号发生器、声波换能器、喇叭，喇叭一端与声波换能器固定连接，喇叭另一端与FBG一端固定连接，所述声波信号发生器产生的声波作用于声波换能器，经喇叭将声波耦合进FBG。

上述喇叭一端与声波换能器粘接，喇叭另一端与FBG一端粘接。

上述喇叭是圆锥形喇叭，所述圆锥形喇叭的大口端粘接于声波换能器。

上述圆锥形喇叭是硅胶圆锥形喇叭。

上述声波换能器是压电陶瓷声波换能器。

上述激光器是光纤掺铒激光器。

本发明的原理是：基于光纤布拉格光栅中声-光超晶格作用基本机理，利用声波与光纤布拉格光栅(FBG)作用产生非机械式的波长调谐方式。采用声波作用于FBG产生的相位调制，在产生的应力作用下，使得FBG的有效折射率、光栅周期发生改变，从而使得FBG反射波长发生变化。这一结果使得激光器腔长发生变化，从而达到输出波长调谐的目的。

本发明的优点在于：

（1）本发明是非机械的调谐方式，激光器输出波长的调谐不依赖于器件，声波作用于FBG的有效长度、FBG的长度以及声波诱导FBG产生反射光谱的变化是影响调谐带宽的关键参数，可获得宽的调谐范围。

（2）通过声波作用的激光器，利用掺铒光纤作为激光器增益介质，调谐范围大，实验获得可调谐带宽大于100nm；调谐速度快，调谐速度大于100KHz；输出功率高；结构简单紧凑、成本低、易于集成化。

附图说明

图1：本发明的结构示意图；

图2：本发明的基本原理图。

具体实施方式