專利名稱：一種高功率單頻脈沖/連續雙輸出光纖激光器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及激光設備，尤其涉及一種高功率單頻脈沖/連續雙輸出光 纖激光器。
背景技術：
目前國際上的固體的單頻激光器有兩種， 一種是光纖激光器，另外一種是 半導體泵浦的固體激光器。
現有單頻光纖激光器要么采用連續功率輸出，要么采用ns (納秒)級脈 沖工作，但是不能同時輸出脈沖和連續兩種體制的單頻激光。現有脈沖光纖激 光器的線寬都是幾百MHz到幾十GHz，不能做到線寬幾十KHz量級的超窄線 寬單頻輸出。光纖激光器的諧振腔在原理上只能產生連續的單頻激光輸出，而 不能直接產生脈沖的單頻激光輸出，因為以光纖為諧振腔的單頻種子光纖激光 器不能通過脈沖電流驅動泵浦激光器的方式產生脈沖的單頻光信號輸出。現有 的脈沖光纖激光器是用聲光調Q或電光調Q的腔內調制方式產生激光脈沖， 脈沖寬度都在幾十ns量級，不能做到幾個ns的脈沖輸出。正因為于傳統的脈 沖光纖激光器采用的脈沖方式不能做到超窄線寬的單頻輸出，因而不能做到既 是單頻，又是脈沖的輸出。
半導體泵浦的單頻脈沖固體激光器采用的是半導體泵浦的固體激光器技 術，產生的是自由空間的單頻脈沖輸出，但其性能和單頻脈沖光纖激光器存在 較大的差距，首先是光束質量，單頻脈沖光纖激光器的光束質量經過光纖的整 形，整個空間分布是接近于完美的單模單頻分布；另外由于單頻脈沖光纖激光 器是光纖輸出，光纖長度可以任意延長，整個使用的靈活性大大改善。
綜上可知，現有單頻激光器在實際使用上顯然存在不便與缺陷，所以有必 要加以改進
實用新型內容
針對上述的缺陷，本實用新型的目的在于提供一種高功率單頻脈沖/連續 雙輸出光纖激光器，其能夠同時得到單頻的高功率脈沖激光輸出和連續激光輸 出。
為了實現上述目的，本實用新型提供一種高功率單頻脈沖/連續雙輸出光 纖激光器，包括
至少一超窄線寬的單頻光纖種子激光器，其產生并輸出單頻的連續激光；
至少一光纖分路器，與所述單頻光纖種子激光器連接，所述單頻光纖種子 激光器輸出的連續激光通過所述光纖分路器后分成兩路，第一路激光作為連續 激光輸出，第二路激光接入調制器；
至少一調制器，與所述光纖分路器連接，所述調制器將輸入的第二路激光 調制成脈沖激光輸出；
第一級單包層光纖放大器，與所述調制器連接，將接入的所述脈沖激光進 行第一級功率放大后輸出；以及
第二級雙包層光纖放大器，與所述第一級單包層光纖放大器連接，將接入 的經第一級功率放大后的脈沖激光進行第二級功率放大后再輸出；
至少一用于激光器控制/監控的電路模組，所述電路模組與所述單頻光纖 種子激光器、光纖分路器、調制器和光纖放大器連接。
優選地，所述第一級單包層光纖放大器包括
一波分復用器，與所述調制器連接；
一泵浦激光器，分別與所述波分復用器和所述電路模組連接；以及 一濾波/隔離混合器件，分別與所述波分復用器和所述電路模組連接。 優選地，所述第二級雙包層光纖放大器包括
一隔離器，分別與所述第一級單薄光纖放大器和大功率合路器連接； 一大功率合路器，分別與所述隔離器、大功率泵浦激光器和大功率隔離器 連接；
一大功率泵浦激光器，分別與該大功率合路器和所述電路模組連接； 一大功率隔離器，分別與所述大功率合路器和大功率分路器連接；以及 一大功率分路器，與所述大功率隔離器連接。 優選地，所述雙輸出光纖激光器還包括
一準直器，與所述大功率分路器連接，所述準直器將所述大功率分路器輸出的脈沖激光進行準直后輸出；和/或
一用于檢測電通量的光電探測器，該光電探測器分別與所述大功率分路器 和所述電路模組連接。
優選地，所述雙輸出光纖激光器的工作波長為1060nm波段和1550nm波段。
優選地，所述單頻光纖種子激光器包括泵浦激光器和超窄線寬的單頻光纖 諧振腔，所述泵浦激光器泵浦所述單頻光纖諧振腔以輸出單頻的連續激光。
優選地，所述光纖分路器還連接有至少一級光纖放大器，所述光纖放大器 接入所述光纖分路器輸出的連續激光，并將所述連續激光進行功率放大后輸 出。
優選地，所述雙輸出光纖激光器還包括至少一用于驅動所述調制器的 ps/ns級脈沖發生電路，所述ps/ns級脈沖發生電路分別與所述調制器和所述電 路模組連接；
優選地，所述調制器為聲光調制器或者電光調制器。 優選地，所述電路模組設有若干RS232/RS485接口；和/或
所述電路模組設有自動溫度控制電路。
本實用新型通過設置光纖分路器，將單頻光纖種子激光器輸出的連續激光 分成兩路，較小功率的一路作為連續激光輸出，功率較大的另一路輸入調制器 調制成脈沖激光輸出，先后采用第一級單包層光纖放大器和第二級雙包層光纖 放大器對脈沖激光進行功率放大，進而可獲得高功率的脈沖激光輸出。由于連 續/脈沖這兩種體制的輸出激光基于同一個單頻種子源輸出，本實用新型雙輸 出光纖激光器在做相干應用時，連續激光可做為本征光，而脈沖激光由于峰值 功率非常高，可以做為遠距離探測的信號光，因而既能解決連續體制時功率低 的問題，又能解決脈沖體制時的線寬過寬，相干性能不好的問題，從而實現了 功率與相干性能的良好結合。


圖1是本實用新型高功率單頻脈沖/連續雙輸出光纖激光器的結構示意圖; 圖2是本實用新型雙輸出光纖激光器含第一級光纖放大器的光路實例圖; 圖3是本實用新型雙輸出光纖激光器含第二級光纖放大器的光路實例圖。
具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，
以下結合附圖 及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體 實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
圖1示出了本實用新型高功率單頻脈沖/連續雙輸出光纖激光器100的結
構，其主要包括
至少一超窄線寬的單頻光纖種子激光器10，其做為種子激光，用于產生
并輸出單頻的連續激光。如圖2所示，所述單頻光纖種子激光器10包括泵浦 激光器11和超窄線寬的單頻光纖諧振腔12。由于連續/脈沖這兩種體制的輸出 激光基于同一單頻種子源輸出，因此可實現完全單頻且超窄線寬的激光輸出。 至少一光纖分路器20,與單頻光纖種子激光器10連接，該單頻光纖種子 激光器10輸出的連續激光通過光纖分路器20后分成兩路，預定較小功率值范 圍的第一路連續激光作為連續激光輸出，預定較大功率值范圍的第二路連續激 光接入調制器30。
至少一與光纖分路器20連接的調制器30，該調制器30將輸入的第二路 連續激光調制成脈沖激光輸出。該調制器30可為聲光調制器或者電光調制器。
第一級單包層光纖放大器41與調制器30連接，將接入的脈沖激光進行第 一級功率放大后輸出，可以得到W (瓦)級峰值功率的單頻脈沖激光。
第二級雙包層光纖放大器42與第一級單包層光纖放大器41連接，將接入 的經第一級功率放大后的脈沖激光進行第二級功率放大后再輸出，可以得到 KW (千瓦)級峰值功率的高功率單頻脈沖激光，并且此第二級雙包層光纖放 大器42還可抑制ASE噪聲。
至少一用于激光器控制/監控的電路模組50，該電路模組50分別與單頻光 纖種子激光器10、光纖分路器20、調制器30和光纖放大器41 42連接。
圖1中連續光輸出端的激光的線寬《3KHz，輸出連續功率為mW級，更 好的是，如果光纖分路器20還連接有至少一級光纖放大器43，該光纖放大器 43接入光纖分路器20輸出的連續激光，并將連續激光進行功率放大后輸出， 其輸出連續功率可以達到2W。
本實例中，單頻光纖種子激光器IO、光纖分路器20、調制器30以及光纖放大器41和42構成光路模組，光路模組和電路模組50組合起來構成完整的 高功率高功率單頻脈沖/連續雙輸出光纖激光器100。本實用新型雙輸出光纖激 光器100的工作波長為1060nm波段和1550nm波段，即在1060nm和1550nm
波段實現了既是穩定的線寬為KHz量級的超窄線寬單頻連續輸出，同時又是 ns級的脈沖工作體制，可得到KW級的脈沖峰值大功率。本實用新型雙輸出 光纖激光器100的工作波長穩定性〈4pm/'C，可實現lKHz低重復頻率至 200KHz的高重復頻率的輸出。
圖2是本實用新型雙輸出光纖激光器含第一級光纖放大器的電路實例圖， 所述單頻光纖種子激光器10包括單模980nm泵浦激光器11和超窄線寬的單 頻光纖諧振腔12，單模980nm泵浦激光器11泵浦單頻光纖諧振腔12以輸出 單頻的連續激光做為種子激光。該連續激光通過光纖分路器20后分成兩路， 功率較小的第一路激光作為連續激光輸出(功率為mW級，如果再加一級光 纖放大器，輸出連續功率可以達到2W)。功率較大的第二路連續激光接入聲 光/電光調制器30。雙輸出光纖激光器100還包括至少一 ps/ns級脈沖發生電路 61，該ps/ns級脈沖發生電路61分別與聲光/電光調制器30和電路模組50連 接，該ps/ns級脈沖發生電路61用于驅動聲光/電光調制器30。聲光/電光調制 器30被驅動后，將第二路連續激光調制成脈沖激光，其中通過聲光調制器可 調制成60ns—800ns的脈沖激光，通過電光調制器可調制成lOOps-20ns級的 脈沖激光。該調制后輸出的單頻脈沖激光功率非常微弱，在后面再加上第一級 特殊超高增益微弱光信號放大的光纖放大器(例如第一級單包層光纖放大器 41)進行放大，可以得到瓦級峰值功率的單頻脈沖激光輸出，做為后級的放大 器的單頻脈沖種子輸出，然后通過采用脈沖泵浦的二級雙包層光纖放大器(例 如第二級雙包層光纖放大器42)放大后，可以達到KW級峰值功率的單頻脈 沖激光輸出，同時可抑制雙包層光纖放大器在沒有光脈沖信號輸入時的ASE 噪聲。
圖2所示實例中，第一級單包層光纖放大器41通過有源單包層光纖連接， 其包括與聲光/電光調制器30連接的波分復用器(WDM) 411，該波分復用 器(WDM) 411優選為910/1550nm WDM，可實現一根光纖中同時傳送多路 信號。分別與波分復用器411和電路模組50連接的980nm泵浦激光器412; 以及一分別與波分復用器411和電路模組50連接的 波/隔離混合器件413。圖3是本實用新型雙輸出光纖激光器含第二級光纖放大器的電路實例圖， 雙輸出光纖激光器100設置有ps/ns級脈沖發生電路62對第一級單包層光纖放 大器41的單頻脈沖輸出端414輸出的脈沖激光進行驅動，單頻脈沖輸出端414 與第二級雙包層光纖放大器42連接，以將脈沖激光輸出至第二級雙包層光纖 放大器42。第二級雙包層光纖放大器42通過有源雙包層光纖連接，主要包括
隔離器421 ，分別與第一級單薄光纖放大器41和大功率合路器422連接。 隔離器421用于光路中用來避免光路中的回波對光源，泵浦源以及其他發光器 件造成的干擾和損害。
大功率合路器422，分別與隔離器421、大功率泵浦激光器423和大功率 隔離器424連接。
大功率泵浦激光器423，分別與該大功率合路器422和電路模組50連接， 大功率泵浦激光器423優選為975nm大功率泵浦激光器。
大功率隔離器424，分別與大功率合路器422和大功率分路器425連接。 大功率分路器425，與大功率隔離器424連接。
圖3中電路模組50通過大功率泵浦脈沖驅動電路，實現高功率脈沖放大 同時，抑制ASE自發輻射光功率。并且在無種子輸入光功率時，第二級雙包 層光纖放大器42的泵浦源不能開啟以保護電路。另外，電路模組50設有若干 RS232/RS485接口，該通過RS232接口使用者能通過指令監控該光纖激光器 的運行狀態(包括產品電子序列號、平均輸入功率、平均輸出功率，泵源驅 動電流、泵源光功率、泵源溫度、泵源溫控電壓、模塊內部溫度等)，并控制 和設置該光纖放大器的運行(包括開關泵源、設置泵源驅動電流等)。優選 的是，電路模組50還設有二級自動溫度控制電路ATC，對高功率單頻脈沖/ 連續雙輸出光纖激光器100實現了 pm級的波長高度穩定。電路模組50還可 包括脈沖/連續觸發電路、脈沖/連續泵浦激光器驅動電路、自動光功率控制電 路等。
需指出的是，圖2中的光纖放大器43與第二級雙包層光纖放大器42結構 類似，只是光纖放大器43的大功率泵浦激光器423采用的是連續大功率泵浦 激光器，而光纖放大器42的大功率泵浦激光器423采用的是脈沖大功率泵浦 激光器。
圖3中的雙輸出光纖激光器100還包括 一與大功率分路器425連接的準直器80，準直器80將大功率分路器425輸出的脈沖激光進行準直后輸出。還 可包括一用于檢測電通量的光電探測器70,該光電探測器70分別與大功率分 路器425和電路模組50連接。
本實用新型高功率高功率單頻脈沖/連續雙輸出光纖激光器，可以廣泛應 用于遠距離激光多普勒測風雷達，遠距離高精度分布式B-OTDA光纖應變和 溫度傳感系統，高精度相干激光成像雷達，高精度光纖水聲傳感系統，高精度 光纖微振動傳感系統，相干激光通訊系統，量子光纖通訊系統，激光干涉測量 儀等。
綜上所述，本實用新型通過設置光纖分路器，將單頻光纖種子激光器輸出 的連續激光分成兩路，較小功率的一路作為連續激光輸出，功率較大的另一路 輸入調制器調制成脈沖激光輸出，先后采用第一級單包層光纖放大器和第二級 雙包層光纖放大器對脈沖激光進行功率放大，進而可獲得高功率的脈沖激光輸 出。由于連續/脈沖這兩種體制的輸出激光基于同一個單頻種子源輸出，本實 用新型雙輸出光纖激光器在做相干應用時，連續激光可做為本征光，而脈沖激 光由于峰值功率非常高，可以做為遠距離探測的信號光，因而既能解決連續體 制時功率低的問題，又能解決脈沖體制時的線寬過寬，相干性能不好的問題， 從而實現了功率與相干性能的良好結合。
當然，本實用新型還可有其它多種實施例，在不背離本實用新型精神及其 實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本實用新型作出各種相應的改 變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本實用新型所附的權利要求的保 護范圍。
權利要求1、一種高功率單頻脈沖/連續雙輸出光纖激光器，其特征在于，包括至少一超窄線寬的單頻光纖種子激光器，其產生并輸出單頻的連續激光；至少一光纖分路器，與所述單頻光纖種子激光器連接，所述單頻光纖種子激光器輸出的連續激光通過所述光纖分路器后分成兩路，第一路激光作為連續激光輸出，第二路激光接入調制器；至少一調制器，與所述光纖分路器連接，所述調制器將輸入的第二路激光調制成脈沖激光輸出；第一級單包層光纖放大器，與所述調制器連接，將接入的所述脈沖激光進行第一級功率放大后輸出；以及第二級雙包層光纖放大器，與所述第一級單包層光纖放大器連接，將接入的經第一級功率放大后的脈沖激光進行第二級功率放大后再輸出；至少一用于激光器控制/監控的電路模組，所述電路模組與所述單頻光纖種子激光器、光纖分路器、調制器和光纖放大器連接。
2、 根據權利要求1所述的高功率單頻脈沖/連續雙輸出光纖激光器，其特 征在于，所述第一級單包層光纖放大器包括一波分復用器，與所述調制器連接；一泵浦激光器，分別與所述波分復用器和所述電路模組連接；以及 一濾波/隔離混合器件，分別與所述波分復用器和所述電路模組連接。
3、 根據權利要求1所述的高功率單頻脈沖/連續雙輸出光纖激光器，其特 征在于，所述第二級雙包層光纖放大器包括一隔離器，分別與所述第一級單薄光纖放大器和大功率合路器連接； 一大功率合路器，分別與所述隔離器、大功率泵浦激光器和大功率隔離器 連接；一大功率泵浦激光器，分別與該大功率合路器和所述電路模組連接； 一大功率隔離器，分別與所述大功率合路器和大功率分路器連接；以及 一大功率分路器，與所述大功率隔離器連接。
4、 根據權利要求3所述的高功率單頻脈沖/連續雙輸出光纖激光器，其特征在于，所述雙輸出光纖激光器還包括一準直器，與所述大功率分路器連接，所述準直器將所述大功率分路器輸 出的脈沖激光進行準直后輸出；和/或一用于檢測電通量的光電探測器，該光電探測器分別與所述大功率分路器 和所述電路模組連接。
5、 根據權利要求1所述的高功率單頻脈沖/連續雙輸出光纖激光器，其特征在于，所述雙輸出光纖激光器的工作波長為1060nm波段和1550nm波段。
6、 根據權利要求1所述的高功率單頻脈沖/連續雙輸出光纖激光器，其特 征在于，所述單頻光纖種子激光器包括泵浦激光器和超窄線寬的單頻光纖諧振 腔，所述泵浦激光器泵浦所述單頻光纖諧振腔以輸出單頻的連續激光。
7、 根據權利要求1所述的高功率單頻脈沖/連續雙輸出光纖激光器，其特 征在于，所述光纖分路器還連接有至少一級光纖放大器，所述光纖放大器接入 所述光纖分路器輸出的連續激光，并將所述連續激光進行功率放大后輸出。
8、 根據權利要求1所述的高功率單頻脈沖/連續雙輸出光纖激光器，其特 征在于，所述雙輸出光纖激光器還包括至少一用于驅動所述調制器的ps/ns級 脈沖發生電路，所述ps/ns級脈沖發生電路分別與所述調制器和所述電路模組 連接；
9、 根據權利要求8所述的高功率單頻脈沖/連續雙輸出光纖激光器，其特 征在于，所述調制器為聲光調制器或者電光調制器。
10、 根據權利要求1所述的高功率單頻脈沖/連續雙輸出光纖激光器，其 特征在于，所述電路模組設有若干RS232/RS485接口；和/或所述電路模組設有自動溫度控制電路。
專利摘要本實用新型公開了一種高功率單頻脈沖/連續雙輸出光纖激光器，包括超窄線寬的單頻光纖種子激光器，其產生并輸出單頻的連續激光；與該單頻光纖種子激光器連接的光纖分路器，連續激光通過光纖分路器后分成兩路，第一路激光作為連續激光輸出，第二路激光接入調制器；與該光纖分路器連接的調制器，調制器將輸入的第二路激光調制成脈沖激光輸出；至少一級光纖放大器，光纖放大器接入調制器輸出的脈沖激光，并將脈沖激光進行功率放大后輸出；以及分別與該單頻光纖種子激光器、光纖分路器、調制器和光纖放大器連接的電路模組。借此，本實用新型能夠同時得到單頻的高功率脈沖激光輸出和連續激光輸出，可實現單頻光纖激光器應用中功率與相干性能的良好結合。
文檔編號H01S3/063GK201374492SQ20092010616
公開日2009年12月30日 申請日期2009年3月13日 優先權日2009年3月13日
發明者胡小波 申請人:深圳市明鑫科技發展有限公司