一种脉冲光纤激光器的制作方法

1.本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种脉冲光纤激光器。


背景技术：

2.高单脉冲能量、脉冲宽度数百纳秒级的单频脉冲光纤激光器作为相干探测领域激光测风雷达中的激光光源，获得了极大应用。为了获得更长的探测距离及更高的探测灵敏度，激光测风雷达对该激光光源提出的要求是其输出的激光脉冲具有更高的单脉冲能量和更陡的上升沿时间。因此可以想见，不同的激光脉冲形状相比，脉冲形状为方波时，在相同峰值功率的情况下可以获得最高的单脉冲能量，因此脉冲形状为方波最满足系统要求。
3.为了获得高的单脉冲能量，脉冲光纤激光器的组成通常为主振荡功率放大结构，即外调制的种子源加多级光纤放大结构。一个单频种子源输出的连续种子光经过声光调制器调制为脉冲种子光。通过信号发生器控制声光调制器的驱动器可以调制脉冲种子光的输出参数，如重复频率、脉冲宽度、脉冲波形以及功率大小等。例如，种子光的输出波形可以被调制为洛仑兹型、高斯形、方波、正弦波等等。脉冲种子光经过后续光纤放大器进行功率放大，最终实现高单脉冲能量的单频激光输出。
4.为了满足上述激光测风雷达的应用需求，若放大后的激光脉冲为方波将是最佳选择。但是研究表明，获得脉冲形状为方波的放大激光存在一定难度。若将脉冲种子光的脉冲形状调制为方波，经过多级光纤放大后获得的放大激光的脉冲形状如图1所示，在脉冲前沿有一个较高的突起，并随着功率的提高会迅速增长。这是因为在增益光纤中种子光放大的过程中脉冲前沿处对应了更高的粒子数密度，获得了更高增益。由于这一突起对应的峰值功率较高，对于单频光纤激光器而言，很容易达到受激布里渊散射(sbs)等非线性效应的阈值，这将限制激光功率的进一步提升，甚至造成激光器的损伤，是应予以避免的现象。
5.由此可见，若提出一种脉冲光纤激光器，令其输出的激光脉冲形状类似方波，具有高的单脉冲能量和陡的上升沿时间，可以更好地满足激光测风雷达等相干探测系统对光源的需求。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题是如何获取高单脉冲能量和陡上升沿时间的激光，本发明提出一种脉冲光纤激光器。
7.根据本发明实施例的脉冲光纤激光器，包括：
8.种子源，用于输出连续种子光；
9.声光调制器，沿光的传播方向，所述声光调制器位于所述种子源的下游，所述声光调制器的调制波形信号为由多个微脉冲组成的类三角形宏脉冲调制波形信号，所述连续种子光经所述声光调制器调制后，被调制为类三角形脉冲种子光信号；
10.多个光纤隔离器和多级光纤放大器，沿光的传播方向，多个所述光纤隔离器和多级所述光纤放大器位于所述声光调制器的下游，且多个所述光纤隔离器和多级所述光纤放
大器一一间隔设置，所述类三角形脉冲种子光信号经多个光纤隔离器和多级光纤放大器进行功率放大后形成类方波脉冲光信号输出。
11.根据发明的一些实施例，所述调制波形信号中的每个微脉冲的脉冲宽度范围为：20～25ns。
12.在本发明的一些实施例中，所述调制波形信号中的每个微脉冲的上升沿范围为9ns-11ns。
13.根据发明的一些实施例，所述调制波形信号中微脉冲的个数n由下式确定：
[0014][0015]
式中：τ
macro
为调制波形信号宏脉冲的脉冲宽度，脉冲宽度为百纳秒量级；τ
micro
为调制波形信号中单个微脉冲的脉冲宽度。
[0016]
在本发明的一些实施例中，所述调制波形信号中的多个所述微脉冲中，后一个所述微脉冲较前一个所述微脉冲的振幅增大10～20％。
[0017]
根据发明的一些实施例，所述调制波形信号的重复频率为10khz～1mhz。
[0018]
在本发明的一些实施例中，所述种子源采用dfb型激光器、dbr型激光器及环形腔单频激光器中的一种，所述连续种子光的激光波长为1550nm波段。
[0019]
根据发明的一些实施例，声光调制器移频频率≥80mhz，工作波长为1550nm波段。
[0020]
在本发明的一些实施例中，所述调制波形信号通过信号发生器生成，并经过声光驱动器调制所述声光调制器。
[0021]
根据发明的一些实施例，所述脉冲光纤激光器用于激光测风雷达光源。
[0022]
本发明提出的脉冲光纤激光器具有如下有益效果：
[0023]
根据本发明的脉冲光纤激光器，通过控制信号发生器的调制波形信号，使种子光由多个幅度逐渐递增的微脉冲组成的宏脉冲调制波形信号进行调制，经过光纤放大后，使该脉冲光纤激光器输出的激光脉冲类似方波，具有高的单脉冲能量和陡的上升沿时间，可以更好地满足激光测风雷达等相干探测系统对光源的需求。
附图说明
[0024]
图1为若脉冲种子光的脉冲形状为方波，经过多级光纤放大后获得的放大激光的脉冲形状示意图；
[0025]
图2为根据本发明实施例的一种脉冲光纤激光器的结构示意图；
[0026]
图3为根据本发明实施例的信号发生器输出的调制波形信号示意图；
[0027]
图4为根据本发明实施例的脉冲光纤激光器输出的类方波脉冲波形的放大激光示意图。
[0028]
附图标记：
[0029]
脉冲光纤激光器100
[0030]
种子源10，声光调制器20，声光驱动器30，信号发生器40，第一光纤隔离器51，第二光纤隔离器52，第n光纤隔离器5n，第一级光纤放大器61，第二级光纤放大器62，第n级光纤放大器6n。
具体实施方式
[0031]
为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如后。
[0032]
如图2所示，根据本发明实施例的脉冲光纤激光器100，包括：种子源10、声光调制器20、多个光纤隔离器(如图2中所示的第一光纤隔离器51、第二光纤隔离器52、第n光纤隔离器5n)和多级光纤放大器(如图2中所示的第一级光纤放大器61，第二级光纤放大器62，第n级光纤放大器6n)。
[0033]
其中，种子源10用于输出连续种子光。可选地，种子源10可以采用dfb型激光器、dbr型激光器及环形腔单频激光器中的一种，连续种子光的激光波长为1550nm波段。
[0034]
沿光的传播方向，声光调制器20位于种子源10的下游，如图3所示，声光调制器20的调制波形信号为由多个微脉冲组成的类三角形宏脉冲调制波形信号，连续种子光经声光调制器20调制后，被调制为类三角形脉冲种子光信号。
[0035]
如图2所示，沿光的传播方向，多个光纤隔离器和多级光纤放大器位于声光调制器20的下游，且多个光纤隔离器和多级光纤放大器一一间隔设置，类三角形脉冲种子光信号经多个光纤隔离器和多级光纤放大器进行功率放大后形成类方波脉冲光信号输出。
[0036]
脉冲种子光信号进入多级光纤放大器进行功率放大，最终输出的激光脉冲形状类似方波，脉冲宽度和重复频率与脉冲种子光信号相同。
[0037]
各个光纤隔离器位于各级光纤放大器之间，使放大激光沿正向传输，将沿光路反向传输的回光隔离，不会返回前级将前级打坏。起到避免光纤放大器之间信号窜扰的作用。
[0038]
根据发明的一些实施例，调制波形信号中的每个微脉冲的脉冲宽度范围为：20～25ns。例如，每个微脉冲的脉冲宽度可以为25ns。
[0039]
在本发明的一些实施例中，调制波形信号中的每个微脉冲的上升沿范围为9ns-11ns。例如，每个微脉冲的上升沿可以约为10ns。
[0040]
根据发明的一些实施例，调制波形信号中微脉冲的个数n由下式确定：
[0041][0042]
式中：τ
macro
为调制波形信号宏脉冲的脉冲宽度，脉冲宽度为百纳秒量级；τ
micro
为调制波形信号中单个微脉冲的脉冲宽度。例如，当调制波形信号宏脉冲的脉冲宽度125ns，单个微脉冲的脉冲宽度为25ns时，调制波形信号中微脉冲的个数
[0043]
在本发明的一些实施例中，调制波形信号中的多个微脉冲中，后一个微脉冲较前一个微脉冲的振幅增大10～20％。
[0044]
根据发明的一些实施例，调制波形信号的重复频率为10khz～1mhz。
[0045]
根据发明的一些实施例，声光调制器20移频频率≥80mhz，工作波长为1550nm波段。
[0046]
在本发明的一些实施例中，如图2所示，调制波形信号通过信号发生器40生成，并经过声光驱动器30调制声光调制器20。结合图3所示，信号发生器40输出的调制波形信号是由一系列微脉冲组成的一个脉冲宽度为百纳秒的类三角形宏脉冲。信号发生器40输出的上述调制波形信号，加载在声光驱动器30上，调制声光调制器20，使连续种子光被调制为与上
述宏脉冲波形类似的脉冲种子光信号。
[0047]
根据发明的一些实施例，脉冲光纤激光器100用于激光测风雷达光源。需要说明的是，脉冲光纤激光器100输出的激光还可以用于其他具有高单脉冲能量和陡上升沿时间的激光光源需求的相干探测系统。
[0048]
本发明提出的脉冲光纤激光器100具有如下有益效果：
[0049]
根据本发明的脉冲光纤激光器100，通过控制信号发生器40的调制波形信号，使种子光由多个幅度逐渐递增的微脉冲组成的宏脉冲调制波形信号进行调制，经过光纤放大后，使该脉冲光纤激光器100输出的激光脉冲类似方波，具有高的单脉冲能量和陡的上升沿时间，可以更好地满足激光测风雷达等相干探测系统对光源的需求。
[0050]
下面参照附图以一个具体的实施例详细描述根据本发明的脉冲光纤激光器100。值得理解的是，下述描述仅是示例性描述，而不应理解为对本发明的具体限制。
[0051]
如图2所示，脉冲光纤激光器100包括种子源10、声光调制器20、信号发生器40、声光驱动器30、多个光纤隔离器和多级光纤放大器。
[0052]
种子源10为dfb型单频激光器，输出的种子光为连续种子光，激光波长为1550nm，输出功率20mw。
[0053]
声光调制器20移频频率80mhz，工作波长为1550nm。
[0054]
信号发生器40输出的调制波形信号由5个微脉冲组成，每个微脉冲的脉冲宽度为25ns，上升沿约为10ns。5个微脉冲组成一个脉冲宽度为125ns的类三角形宏脉冲。从第1个到第5个微脉冲，振幅依次增大20％，如图3所示。调制波形信号的重复频率为10khz。
[0055]
信号发生器40输出上述调制波形信号，加载在声光驱动器30上，调制声光驱动器30。连续种子光经过声光驱动器30后输出脉冲种子光，重复频率为10khz，脉冲形状与图3所示的宏脉冲波形相似。
[0056]
上述脉冲种子光经过3级光纤放大器进行光放大。各级之间有光纤隔离器确保光的正向传输。最终输出激光的脉冲波形为类方波形，如图4所示。可以更好地满足激光测风雷达等相干探测系统对光源的需求。
[0057]
通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。