掺铒光纤激光器性能测试装置及分析方法

本申请涉及光电子，尤其涉及一种掺铒光纤激光器性能测试装置及分析方法。

背景技术：

1、掺铒光纤激光器（erbium-doped fiber laser, edfl）是一种以掺铒光纤作为增益介质的光纤激光器，因其高增益、低噪声等优点，在光纤通信、激光传感等领域具有重要的应用价值。谐振腔是掺铒光纤激光器的核心，其结构形式直接影响激光器的输出性能，其中环形腔与线形腔是两种最常用的谐振腔结构。

2、在现有技术中，对这两种腔型激光器的研究多依赖于软件仿真，通过建立数学模型来分析各种参数对输出性能的影响。然而，这类仿真研究往往在理想化条件下进行，忽略了实际物理因素，如环境温度的波动、器件的老化以及长时间工作带来的热效应等，这些因素都会显著影响激光器的实际性能，导致仿真结果与真实应用场景存在较大偏差。

3、此外，现有的物理实验装置通常只针对单一的腔型结构（例如，仅搭建线形腔或仅搭建环形腔）进行设计和测试。这导致在对比不同腔型性能时，由于无法保证泵浦源、增益光纤和测试设备等核心部件的完全一致，使得对比结果缺乏公平性和准确性。因此，现有技术中缺乏一种能够系统性地测试真实物理条件影响、并能对不同腔型结构进行公平对比的标准化实验平台。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种掺铒光纤激光器性能测试装置及分析方法，旨在解决现有技术中对掺铒光纤激光器的研究依赖于理想化仿真，以及缺乏能够对环形腔和线形腔两种结构进行公平对比的标准化实验平台的技术问题。

2、为实现上述目的，本申请提供了如下方案：

3、第一方面，本申请提供了一种掺铒光纤激光器性能测试装置，包括：

4、共用部件，所述共用部件包括泵浦源和光谱分析仪；

5、作为增益介质的掺铒光纤；

6、温度控制单元，用于容纳所述掺铒光纤并控制所述掺铒光纤的温度；

7、以及至少两组可与所述共用部件及所述掺铒光纤选择性连接的光学组件集，至少两组所述光学组件集包括：

8、用于构成环形腔的第一光学组件集，其包括第一波分复用器、光隔离器、偏振控制器和光耦合器；

9、以及用于构成线形腔的第二光学组件集，其包括第二波分复用器、高反射率光纤布拉格光栅和低反射率光纤布拉格光栅。

10、在一些实施例中，当选择所述第一光学组件集与所述共用部件及所述掺铒光纤连接以构成环形腔时：

11、所述泵浦源的输出端连接至所述第一波分复用器的泵浦输入端口；

12、所述第一波分复用器的公共端口连接所述掺铒光纤的一端，所述掺铒光纤的另一端连接所述偏振控制器的输入端，所述偏振控制器的输出端连接所述光隔离器的输入端，所述光耦合器的第一输出端口连接回所述第一波分复用器的信号输入端口以形成闭环谐振腔，以及所述光耦合器的第二输出端口作为激光输出端连接至所述光谱分析仪。

13、在一些实施例中，所述第一波分复用器的公共端口通过熔接方式连接所述掺铒光纤的一端。

14、在一些实施例中，当选择所述第二光学组件集与所述共用部件及所述掺铒光纤连接以构成线形腔时：

15、所述泵浦源的输出端连接至所述第二波分复用器的泵浦输入端口；

16、所述第二波分复用器的公共端口连接所述掺铒光纤的一端，所述掺铒光纤的另一端连接所述高反射率光纤布拉格光栅；

17、所述第二波分复用器的信号输入端口连接所述低反射率光纤布拉格光栅的一端，所述低反射率光纤布拉格光栅的另一端作为激光输出端，连接至所述光谱分析仪。

18、在一些实施例中，所述泵浦源采用中心波长为980 nm的半导体激光器；

19、所述第一波分复用器和第二波分复用器的泵浦输入端口为980 nm泵浦光端口，所述第一波分复用器和第二波分复用器的信号输入端口为1550 nm信号光端口。

20、在一些实施例中，所述光耦合器的耦合比为1:99。

21、在一些实施例中，所述高反射率光纤布拉格光栅的反射率为92%至93%。

22、第二方面，本申请提供了一种掺铒光纤激光器性能分析方法，包括：

23、提供如第一方面所述的掺铒光纤激光器性能测试装置；

24、从第一光学组件集和第二光学组件集中选择其一，与共用部件及掺铒光纤连接以构建目标激光器结构；

25、将所述掺铒光纤置于温度控制单元中，并设定至少一个测试温度；

26、驱动泵浦源，使所述目标激光器结构输出激光；

27、使用光谱分析仪采集并分析所述激光的输出特性。

28、在一些实施例中，分析所述激光的输出特性，具体包括执行以下至少一项分析：

29、通过在多个不同温度点进行测量，分析温度对激光器性能的影响；

30、通过在恒定条件下长时间运行并定时测量，分析激光器的时间稳定性；

31、当选择所述第一光学组件集构建环形腔时，通过替换不同耦合比的所述光耦合器并测量阈值泵浦功率，分析环形腔的耦合比影响；

32、当选择所述第二光学组件集构建线形腔时，通过替换不同反射率的所述高反射率光纤布拉格光栅并测量输出功率，分析线形腔的反射率影响。

33、在一些实施例中，还包括将所述目标激光器结构的工作温度控制在20℃至30℃的范围内。

34、根据本申请提供的具体实施例，本申请公开了以下技术效果：

35、通过设置共用部件以及可选择性连接的第一光学组件集和第二光学组件集，实现了装置的可重构性。这使得环形腔和线形腔两种不同的激光器结构可以在共享同一泵浦源、掺铒光纤和光谱分析仪的条件下进行搭建和测试，排除了因核心器件差异引入的变量，从而能够对两种主流腔型结构的性能进行直接、公平的对比，为不同应用场景下选择最优腔型结构提供了科学依据。以及通过集成温度控制单元，能够将被测的掺铒光纤置于可控的温度环境中，从而可以系统性地研究温度对激光器输出功率、光谱稳定性等性能的实际影响。此外，该装置也支持对激光器进行长时间的连续工作测试，以评估其时间稳定性。这些功能使得本申请能够对现有技术中仿真模型所忽略或理想化的真实物理因素进行量化测试，获得了更接近实际应用的实验数据，修正了理论模型的偏差。

1.一种掺铒光纤激光器性能测试装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的掺铒光纤激光器性能测试装置，其特征在于，当选择所述第一光学组件集与所述共用部件及所述掺铒光纤连接以构成环形腔时：

3.根据权利要求2所述的掺铒光纤激光器性能测试装置，其特征在于，所述第一波分复用器的公共端口通过熔接方式连接所述掺铒光纤的一端。

4.根据权利要求1所述的掺铒光纤激光器性能测试装置，其特征在于，当选择所述第二光学组件集与所述共用部件及所述掺铒光纤连接以构成线形腔时：

5.根据权利要求1所述的掺铒光纤激光器性能测试装置，其特征在于，所述泵浦源采用中心波长为980 nm的半导体激光器；

6.根据权利要求1所述的掺铒光纤激光器性能测试装置，其特征在于，所述光耦合器的耦合比为1:99。

7.根据权利要求1所述的掺铒光纤激光器性能测试装置，其特征在于，所述高反射率光纤布拉格光栅的反射率为92%至93%。

8.一种掺铒光纤激光器性能分析方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的掺铒光纤激光器性能分析方法，其特征在于，分析所述激光的输出特性，具体包括执行以下至少一项分析：

10.根据权利要求8所述的掺铒光纤激光器性能分析方法，其特征在于，还包括将所述目标激光器结构的工作温度控制在20℃至30℃的范围内。