[发明专利]一种窄线宽单频光源

说明书

本发明适用于光学技术领域，提供了一种窄线宽单频光源，包括泵浦单元；谐振腔；谐振腔包括第一滤波反射单元，用于对谐振腔内的激发光进行窄带滤波和反射；第二滤波反射单元，用于对谐振腔内的激发光进行宽带滤波和反射；增益光纤，用于经过泵浦光的激发获得激发光；第一滤波反射单元和第二滤波反射单元直接刻写于增益光纤的两端；激发光经过第一滤波反射单元和第二滤波反射单元的滤波后获得窄带激光，窄带激光的带宽小于谐振腔的纵模间隔，以获得窄线宽单频激光。直接在增益光纤两端刻写第一滤波反射单元和第二滤波反射单元，缩短了腔长，进而增大纵模间隔，利于获得单纵模；并且增加了有效增益腔长，解决了线宽与功率不得兼顾的问题。

技术领域

本发明属于光学技术领域，特别涉及一种窄线宽单频光源。

背景技术

随着激光技术的发展，其在精密干涉测量、激光传感技术和光通信技术等领域得到了飞速的发展。精密干涉测量主要以激光波长作为“尺子”，利用干涉原理来测定各种参量，如加速度、位移、角位移等等。由于光波长为nm数量级，因此其分辨精度是电学、磁学元件无法比拟的。激光干涉仪以其特有的大测量范围、高分辨率和高测量精度等优点，在精密和超精密测长领域获得了广泛的应用。而精密干涉测量的距离和干涉质量与激光的线宽紧密相关。实际设计中为了进一步增加测量精度，要求激光线宽要小于lkHz。

在激光传感技术中由于深海油气开发和国防发展的需要，水声探测装备越来越得到了世界各国的重视。由光纤激光水听器阵列构成的声呐脉冲测距系统，己进入工程试验阶段，光纤激光水听器是水声探测装备的核心设备，其最小可分辨纵向应变量由光纤激光器的线宽决定，激光器线宽越窄，水听器的声压分辨率就越高，就更能满足对微弱信号的探测。

而对于光通信，随着互联网的普及，如何提高系统传输速率成为了光通信领域的重要研究目标。在高速速率的光通信系统中，为了满足误码的要求，调制格式下，激光线宽需要进一步缩窄。

从以上的分析可知，高单色性、高相干性的激光光源需求广泛。光纤单频激光器具有转换效率高、光束质量好、结构紧凑、鲁棒性好等优点，具有广泛的需求牵引，一直是激光研究领域的热点之一。目前实现单频激光器的主要方法之一，是在激光谐振腔中插入窄带滤波器，当窄带滤波器的带宽小于激光器纵模间距时，可滤除多纵模，实现单纵模运转，从而获得高相干性的激光光源，参考图1所示。激光器纵模间隔等于c/2nl，其中c为光速，n为介质折射率，l为谐振长度。由此可见，纵模间隔与激光谐振腔长度成反比，谐振腔腔长越长，纵模间距越小，则要求窄带滤波器的线宽越窄，滤波器制作难度则急剧增大。于是，人们想方设法减小激光器的谐振腔长，来达到减低滤波器制作的难度。激光增益介质是激光谐振腔的重要组成部分之一，增益介质长度肯定小于激光谐振腔长度。掺杂光纤和激光晶体是两种常用的激光增益介质，光纤激光器中掺杂光纤单位长度的增益远小于固态激光器的激光晶体。为了获得相同的增益和输出功率，光纤激光器将使用较长的掺杂光纤，其谐振腔长度将明显大于固态激光器。另外一方面，在光纤激光器中，由于作为增益的掺杂光纤需要和光纤耦合器、波分复用器、作为滤波器的光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)等器件连接，这些器件连接时常采用光纤熔接机进行熔融焊接，光纤熔接过程中，熔接夹具也需要一定光纤夹持长度；因此熔接后，各器件之间也会存在几个厘米以上的光纤长度，从而导致整个光纤激光器腔长的增加；此时，如果通过减短掺杂增益光纤的长度的方式来压缩腔长，将导致激光输出功率下降。总之，在光纤单频激光器中，人们急需解决的单频光纤激光器的关键问题之一是：在不减小作为增益介质掺杂光纤的前提下，如何缩短激光器谐振腔长度，从而减小窄带滤波器制作难度；或者在一定光纤激光器谐振腔长度的前提下，如何尽量增加增益介质掺杂光纤的长度，增大光纤激光器功率。