光纖激光器強度噪聲抑制裝置和抑制方法制造方法及圖紙

一種光纖激光器的寬頻段強度噪聲抑制裝置和抑制方法，該裝置由光纖激光器、反射型半導體光放大器、半導體光放大器控制器、光纖錐形透鏡，半導體激光器、驅動電流源、光電探測器、頻譜分析儀構成。本發明專利技術結合半導體光放大器的大帶寬的增益飽和作用和激光諧振腔的頻率穩定作用，可在保持光纖激光器窄線寬的同時，在寬頻段范圍內大幅度的抑制光纖激光器的強度噪聲。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及光纖激光器，特別是一種光纖激光器強度噪聲抑制裝置和抑制方法。該裝置可應用于光纖傳感，激光雷達，高分辨率激光光譜等領域。
技術介紹
近年來光纖激光器技術迅猛發展，光纖激光器的性能不斷提高，應用越來越廣泛。由于光纖激光器的體積小、線寬窄、使用方便等優點，光纖激光器廣泛應用于光纖傳感、激光雷達和高分辨率激光光譜等領域。這些應用領域對于激光器的噪聲特性要求很高。一般的光纖激光器在合適的封裝和溫度控制的基礎上，可以將它的頻率噪聲進行有效地抑制；但是由于激光器的弛豫振蕩效應和泵源激光器功率的波動，光纖激光器在低頻和高頻附近都存在著較大的強度噪聲，這對于光纖傳感，激光雷達，高分辨率激光光譜等的應用，都是必須解決的問題。因此需要采取進一步的技術手段在寬頻段范圍內抑制激光器的強度噪聲，以滿足科學研究領域對于光纖激光器的要求，故光纖激光器的強度噪聲抑制技術的研究得到廣泛關注。光纖激光器的強度噪聲抑制通常是通過某種物理元件探測或感受到激光輸出功率的波動，并通過電學或光學手段產生負反饋，減小激光器強度波動的幅度，達到抑制激光器強度噪聲的目的。Patrick Kwee等人提出了一種依靠電學信號負反饋的光纖激光器強度噪聲抑制技術(參見在先技術[1]：“Shot-noise-limited laser power stabilization with a high-power photodiode array”,Optics Letters.Vol 34,No 19,1October 2009)。其基本原理是通過探測器對激光輸出強度進行探測，再通過帶寬增益經過合適設計的電學反饋回路，產生閉環控制，對激光器泵源的電流進行負反饋調制來抑制激光器的強度噪聲。但是依靠電學信號反饋調制的強度噪聲抑制技術會產生一系列的問題：1.由于反饋由電學信號完成，電信號的響應比光信號慢得多，因此無法抑制高頻段的光纖激光器強度噪聲。2.需要復雜的反饋電路以及各種伺服反饋電學元件。這些都限制了激光器噪聲性能的進一步提高，并給應用帶來不便。為了克服上述電學信號反饋穩頻帶來的問題，Yang Zhongmin等人提出了一種純粹依靠光學調制的光纖激光器強度噪聲抑制技術(參見在先技術[2]：“All-optical frequency and intensity noise suppression of single-frequency fiber laser”,Optics Letters.Vol 40,No 9,1May 2015)。此方法通過在光纖激光器的輸出端引入半導體光放大器，利用半導體光放大器的增益飽和作用，將激光器的輸出功率實現穩定，抑制激光器的強度噪聲、這種方法的優點是由于其強度反饋調制由光學方法而非電學方法完成，響應快，帶寬高，可以在較寬的帶寬范圍內抑制光纖激光器的強度噪聲，缺點是由于半導體光放大器本身的噪聲系數較高，在抑制強度噪聲的同時，會給系統引入額外的頻率噪聲，無法滿足科學研究上對于低頻率噪聲和低強度噪聲的光纖激光器的要求。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服上述在先技術的不足，提供一種光纖激光器的強度噪聲抑制裝置和抑制方法，該裝置通過在激光諧振腔內放入半導體光放大器的結構，在保持光纖激光器低頻率噪聲的基礎上，可以在寬的頻帶范圍內大幅降低光纖激光器的強度噪聲。本專利技術的技術解決方案如下：一種光纖激光器的強度噪聲抑制裝置，包括：光纖激光器、半導體光放大器、半導體光放大器控制器、半導體激光器、驅動電流源、光電探測器和頻譜分析儀，所述的驅動電流源的輸出端與所述的半導體激光器的驅動端相連，所述的半導體激光器的輸出端與所述的光纖激光器相連，所述的光電探測器的輸出端與所述的頻譜分析儀的輸入端相連，所述的半導體光放大器控制器的輸出端與所述的反射型半導體光放大器的控制端相連，其特點在于所述的半導體光放大器是反射型半導體光放大器，在所述的光纖激光器的一端的光纖錐形透鏡和所述的反射型半導體光放大器相連，所述的光纖錐形透鏡與所述的反射型半導體光放大器的反射輸出端同光軸，所述的光纖激光器的另一端與所述的光電探測器的接收端相對。半導體激光器作為光纖激光器的泵源，驅動電流源為泵源半導體激光器提供電
流驅動，半導體光放大器的前端面鍍有增透膜，后端面鍍有反射膜。利用上述光纖激光器強度噪聲抑制裝置抑制光纖激光器強度噪聲的方法，該方法包括如下步驟：1)通過驅動電流源驅動所述的半導體激光器，所述的半導體激光器輸出的激光泵浦所述的光纖激光器，使光纖激光器形成激光振蕩和輸出；2)調節所述的半導體光放大器控制器，控制所述的半導體光放大器的增益參數，通過所述的光電探測器觀察激光系統輸出的功率波動；當輸出功率處于穩定狀態時，將光電探測器的輸出信號輸入所述的頻譜分析儀，從所述的頻譜分析儀觀察，使激光系統的強度噪聲處于最低值即可。本專利技術與在先技術相比，具有以下優點和積極效果：1、與在先技術[1]相比，本專利技術光纖激光器強度噪聲抑制裝置采用光學方法反饋調制光纖激光器的強度噪聲，避免了電路處理，并且具有大的帶寬。2、與在先技術[2]相比，本專利技術光纖激光器強度噪聲抑制裝置中的半導體光放大器是反射型半導體光放大器，光纖錐形透鏡是直接在光纖激光器的光纖一端加工而成的，可保持光纖錐形透鏡與反射型半導體光放大器的反射輸出端同光軸，激光從光纖激光器的另一端輸出并進入光電探測器探測。這樣，我們裝置中的半導體光放大器耦合進激光腔內部，并通過激光腔的頻率穩定作用，可以在保持光纖激光器低頻率噪聲的基礎上，大幅抑制光纖激光器的強度噪聲。3、與在先技術[2]相比，本專利技術光纖激光器強度噪聲抑制裝置將半導體光放大器耦合進激光腔內部，使整個裝置集成化程度高，有利于在相關領域的應用。附圖說明圖1是本專利技術光纖激光器強度噪聲抑制裝置結構框圖。具體實施方式下面結合實例和附圖對本專利技術進行進一步說明，但不應以此限制本專利技術的保護范圍。先請參閱圖1，圖1是本專利技術光纖激光器強度噪聲抑制裝置的結構框圖。由圖可見，本專利技術光纖激光器強度噪聲抑制裝置，包括光纖激光器1、帶有半導體光放大器控制器2的反射型半導體光放大器3、光纖錐形透鏡4、帶有驅動電流源5的半
導體激光器6、光電探測器7和頻譜分析儀8。所述半導體激光器6作為光纖激光器1的泵源，驅動電流源5為泵源半導體激光器6提供電流驅動，光纖錐形透鏡4可以大幅提高光纖激光器1與半導體光放大器3的耦合效率，半導體光放大器3的前端面鍍有增透膜，后端面鍍有反射膜。半導體激光器6泵浦光纖激光器1，出射光1a通過光纖錐形透鏡4耦合進半導體光放大器3，通過半導體光放大器3的后端面形成反射光3a反射回激光腔，在激光腔內振蕩后，通過光纖激光器1的另一端輸出1b進入光電探測器探測，光電探測器7將光信號轉化成電信號后，通過頻譜分析儀8分析出激光器系統的強度噪聲。光纖激光器1為一段有源光纖上刻蝕了一個相移光柵，在泵浦光源的激勵下可以產生特定波長的激光輸出。所述的光纖錐形透鏡4是直接在所述的光纖激光器1的光纖一端加工而成。所述的半導體光放大器3具有光增益飽和效應，并且通過光纖錐形透鏡4與光纖激光器1緊密耦合在一起。激光系統的激光腔由所述的光纖激光器1本身和所述的半導體光放大器3共同組成。所述的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種光纖激光器的強度噪聲抑制裝置，包括：光纖激光器(1)、半導體光放大器(3)、半導體光放大器控制器(2)、半導體激光器(6)、驅動電流源(5)、光電探測器(7)和頻譜分析儀(8)，所述的驅動電流源(5)的輸出端與所述的半導體激光器(6)的驅動端相連，所述的半導體激光器(6)的輸出端與所述的光纖激光器(1)相連，所述的光電探測器(7)的輸出端與所述的頻譜分析儀(8)的輸入端相連，所述的半導體光放大器控制器(2)的輸出端與所述的反射型半導體光放大器的控制端相連，其特征在于所述的半導體光放大器(3)是反射型半導體光放大器，在所述的光纖激光器(1)的一端的光纖錐形透鏡(4)和所述的反射型半導體光放大器相連，所述的光纖錐形透鏡(4)與所述的反射型半導體光放大器(3)的反射輸出端同光軸，所述的光纖激光器的另一端與所述的光電探測器(7)的接收端相對。

【技術特征摘要】
1.一種光纖激光器的強度噪聲抑制裝置，包括：光纖激光器(1)、半導體光放大器(3)、半導體光放大器控制器(2)、半導體激光器(6)、驅動電流源(5)、光電探測器(7)和頻譜分析儀(8)，所述的驅動電流源(5)的輸出端與所述的半導體激光器(6)的驅動端相連，所述的半導體激光器(6)的輸出端與所述的光纖激光器(1)相連，所述的光電探測器(7)的輸出端與所述的頻譜分析儀(8)的輸入端相連，所述的半導體光放大器控制器(2)的輸出端與所述的反射型半導體光放大器的控制端相連，其特征在于所述的半導體光放大器(3)是反射型半導體光放大器，在所述的光纖激光器(1)的一端的光纖錐形透鏡(4)和所述的反射型半導體光放大器相連，所述的光纖錐形透鏡(4)與所述的反...

【專利技術屬性】
技術研發人員：應康，潘政清，陳迪俊，蔡海文，瞿榮輝，
申請(專利權)人：中國科學院上海光學精密機械研究所，
類型：發明
國別省市：上海;31