一种高功率窄线宽拉曼光纤激光器的制作方法

1.本实用新型属于光电探测技术领域，具体涉及一种集成光纤激光器，可广泛用于传感领域，例如气体探测等。


背景技术：

2.在气体探测等传感领域，由于分子、原子的吸收谱线很窄，需要采用对应分子、原子吸收谱线的特定波长的窄线宽激光器，同时由于系统的探测距离随激光输出功率增加而增加，因而高功率、窄线宽、结构紧凑的1685nm激光器成为气体探测领域的迫切需求。
3.1685nm的窄线宽激光通常可由分布式反馈（dfb）半导体激光器直接产生，但其输出功率一般很低（约10mw），为了获得更高的输出功率，可采用半导体光放大器（soa）进行放大，或者拉曼光纤放大器（ra）进行放大。


技术实现要素：

4.本实用新型公开了一种光纤体制下的1685nm窄线宽激光器的制造方法，具有结构简单紧凑、高输出功率等优点，可用于气体探测等领域。
5.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高功率窄线宽拉曼光纤激光器，包括通过无源光纤顺序连接的dfb半导体激光器、第一光纤隔离器、第一光纤耦合器、第一波分复用器、第一单模光纤、第二单模光纤、第二波分复用器、第二光纤耦合器和用于保护光纤的光纤输出接头，所述的dfb半导体激光器用于产生1685nm窄线宽种子激光，所述的第一单模光纤和第二单模光纤用于两级拉曼放大，第一单模光纤和第二单模光纤之间连接有第二光纤隔离器，所述的第一光纤耦合器和第二光纤耦合器上还分别连接有第一光电探测器和第二光电探测器，所述的第一波分复用器和第一单模光纤之间连接有泵浦激光器，所述的第二单模光纤和第二波分复用器之间还连接有用于吸收泵浦光的吸收盒。
6.所述的一种高功率窄线宽拉曼光纤激光器，其第一单模光纤和第二光纤隔离器之间还依次连接有第三光纤隔离器和第三单模光纤。
7.所述的一种高功率窄线宽拉曼光纤激光器，其dfb半导体激光器为可产生1685nm窄线宽激光的dfb激光器。
8.与现有技术相比，本实用新型的先进点在于：
9.本实用新型通过改进窄线宽拉曼光纤激光器其中的放大光路，使用单个1550nm隔离器实现对放大级的分离，并通过仿真确定每一级拉曼放大级的光纤长度，尽力平衡每一级拉曼放大器的受激布里渊散射与放大倍数，抑制窄线宽激光在光纤放大器中受激布里渊散射效应，提高窄线宽拉曼光纤放大器的输出功率。
10.对比传统单级窄线宽拉曼光纤放大的方法，本实用新型采用多级窄线宽拉曼光纤放大，并对每一级放大进行优化，可以更好地抑制受激布里渊散射，提高放大器输出功率。对比传统使用波分复用器加隔离器的方案，减少了两个波分复用器的使用，大大降低了信号光的插损，使放大器具备输出更高功率的能力。本实用新型具有结构简单紧凑、高输出功
率等优点，可用于气体探测等领域。
附图说明
11.图1是本实用新型中两级拉曼放大光路的示意图；
12.图2是本实用新型中三级拉曼放大变形方案的示意图。
13.各附图标记为：1—dfb半导体激光器，2—第一光纤隔离器，3—第一光纤耦合器，4—第一光电探测器，5—第一波分复用器，6—泵浦激光器，7—第一单模光纤，8—第二光纤隔离器，9—第二单模光纤，10—吸收盒，11—第二波分复用器，12—第二光纤耦合器，13—第二光电探测器，14—光纤输出接头，15—第三光纤隔离器，16—第三单模光纤。
具体实施方式
14.下面结合具体的实施例及附图，对本实用新型作进一步的说明阐释，但不限于所述实施方式。
15.本实用新型公开的一种高功率窄线宽拉曼光纤激光器，包括用于产生1685nm窄线宽种子激光的dfb半导体激光器1、第一光纤隔离器2和第二光纤隔离器8、第一光纤耦合器3和第二光纤耦合器12、第一光电探测器4和第二光电探测器13、第一波分复用器5和第二波分复用器11、泵浦激光器6、用于拉曼放大的第一单模光纤7和第二单模光纤9、用于吸收泵浦光的吸收盒10、用于保护光纤的光纤输出接头14。所述各器件均由配套的无源传输光纤连接。所述器件均选用1550nm波长段的低损耗的器件，由于通过波段较宽，因此1685nm波长和1570nm波长均可以顺利通过。
16.所述的泵浦激光器6对1570nm泵浦激光器特征选型，为了避免泵浦光在单模光纤中传输时自身产生受激布里渊散射，1570nm的泵浦光应选用线宽较宽的激光器，如0.1nm以上的线宽。激光器对第一波分复用器5和第二波分复用器11、第一光纤耦合器3和第二光纤耦合器12的选择可以根据波长、泵入功率和泵浦方式等不同使用状态下进行选型。第一光纤隔离器2、光纤输出接头14、第一光电探测器4和第二光电探测器13以及连接前述各器件的配套无源传输光纤特征参数均根据设计输出功率进行配套选型。
17.所述两级拉曼放大的第一单模光纤7和第二单模光纤9的长度和比例均根据信号光放大倍数和对受激布里渊散射的抑制取最优后得出。因受激布里渊散射是根据光纤长度累积增大，传输方向与拉曼信号光方向相反。受激布里渊散射在不同放大级的光纤累积过程中，因隔离器的作用不能继续向反方向累积，因此在通过隔离器后，受激布里渊散射会大幅减小而重新累积；同时因为在拉曼放大光纤的起始段拉曼信号光较小，因此参与受激布里渊散射的光强也较小，散射累积的效应较小。
18.本实用新型采用单只1550波段的第二光纤隔离器8取代一般结构中的两个波分复用器和隔离器，减少了两只波分复用器的使用，拉曼放大的第一单模光纤7和第二单模光纤9的长度和比例均根据1685nm信号光需要放大的倍数和对受激布里渊散射的抑制效果取最优来决定。
19.本实用新型通过改进拉曼光纤激光器其中的放大光路结构，实现了一种高功率1685nm窄线宽拉曼光纤激光器，其具备的优势如下：
20.（1）半导体激光器由于需要庞大的温控电路和热沉，拉曼光纤激光器相比于半导
体光放大器结构更加紧凑。
21.（2）受限于半导体材料的损伤阈值，半导体光放大器难以实现高功率的放大，而光纤体制的窄线宽拉曼激光器的输出功率更高，不受限于材料本身。
22.（3）由于窄线宽的信号光在非线性光纤中传输时，产生拉曼放大的同时，也会伴随着后向的受激布里渊散射，当信号光被放大至一定功率时，受激布里渊散射会快速增长并消耗一部分信号光，限制了信号光的进一步放大。而相比于传统的单级窄线宽拉曼光纤放大器，多级拉曼放大通过减小每一级放大的倍数，降低了非线性效应，同时放大级间的隔离器确保信号光通过的同时，减小了后向的受激布里渊散射在放大级间的积累，从而抑制受激布里渊散射。
23.（4）本实用新型在多级拉曼放大器的基础上，通过仿真优化各放大级的光纤长度，使每一级的受激布里渊散射积累较为均衡，避免某一级放大的受激布里渊散射光过强而限制窄线宽拉曼放大器的输出功率。
24.（5）在多级拉曼光纤放大器中，通常每一级放大需要将信号光与泵浦光分开后，单独对信号光进行隔离，再将信号光与泵浦光进行合束，需要两只波分复用器和一个隔离器，大大增加了信号光光路上的损耗。
25.而本实用新型的方案考虑到1.5um波段光纤隔离器的宽带宽特性，仅用一个光纤隔离器实现了拉曼光纤放大器级与级之间的分割，大大降低了信号光的损耗，使放大器具备输出更高功率的能力。
26.实施例1
27.参照图1所示，针对所需放大拉曼信号光的倍率，选用合适长度的拉曼放大光纤：第一单模光纤7和第二单模光纤9，两段光纤被1550nm波段的第二光纤隔离器8分开。两段拉曼放大光纤第一单模光纤7和第二单模光纤9的长度分隔点需根据仿真计算得出，其优化根据是在保证拉曼信号光放大倍率的同时，尽力抑制受激布里渊散射。用于产生1685nm种子激光的dfb半导体激光器1根据所需1685nm拉曼信号光的线宽进行选型。1570nm的泵浦激光器6需采用宽带宽的激光器。第一光纤隔离器2和第二光纤隔离器8均采用1550nm波段，保证1685nm拉曼信号光和1570nm泵浦激光均能低损耗通过。第一光电探测器4和第二光电探测器13根据所探测波长和带宽等参数选型。第一光纤耦合器3和第二光纤耦合器12、第一波分复用器5和第二波分复用器11、吸收盒10、光纤输出接头14等均选用合适参数的无源传输光纤用光纤熔接机进行熔接。
28.实施例2
29.参照图2所示，针对所需放大拉曼信号光的倍率，选用合适长度的拉曼放大光纤：第一单模光纤7、第二单模光纤9和第三单模光纤16，三段光纤被1550nm波段的第二光纤隔离器8和第三光纤隔离器15分开。三段拉曼放大光纤第一单模光纤7、第二单模光纤9和第三单模光纤16的长度分隔点需根据仿真计算得出，其优化根据是在保证拉曼信号光放大倍率的同时，尽力抑制受激布里渊散射。用于产生1685nm种子激光的dfb半导体激光器1根据所需1685nm拉曼信号光的线宽进行选型。1570nm的泵浦激光器6需采用宽带宽的激光器。第一光纤隔离器2、第二光纤隔离器8和第三光纤隔离器15均采用1550nm波段，保证1685nm拉曼信号光和1570nm泵浦激光均能低损耗通过。第一光电探测器4和第二光电探测器13根据所探测波长和带宽等参数选型。第一光纤耦合器3和第二光纤耦合器12、第一波分复用器5和
第二波分复用器11、吸收盒10、光纤输出接头14等均选用合适参数的无源传输光纤用光纤熔接机进行熔接。
30.上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。