光纤激光器的制作方法

1.本实用新型涉及光纤通信技术领域，尤其涉及激光器技术领域，具体是指一种光纤激光器。


背景技术：

2.随着雷达技术的不断发展，车端及路端的激光雷达技术逐渐成熟，1550nm激光雷达因具备人眼安全，探测距离远，图像清晰度高等优点而被广泛应用。1550nm光纤激光器作为核心元器件而为雷达系统提供探测光源，随着雷达技术的发展，同时对光纤激光器性能参数，可靠性，可制造性提出了更高的要求，比如：高输出功率及信噪比、高可靠性、高环境适应性、紧凑结构、易于生产等等，传统的光纤激光技术方案通常采用edfa+eydfa的技术方案，该方案虽能获得高度光学性能参数，但其不具备高的可靠性及环境适用性以及可制造性。故一款具备优秀性能指标、高可靠、结构简单易于制造的高功率光纤激光器显得十分有必要。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供了一种具有高度集成化、高可靠性、高性能的光纤激光器。
4.为了实现上述目的，本实用新型的一种光纤激光器具体如下：
5.该光纤激光器，其主要特点是，所述的光纤激光器包括：种子光源、合束器、铒镱共掺光纤、三合一光路组合器件、多模泵浦激光器以及双路多模泵浦分路器，所述的三合一光路组合器件设置在两个铒镱共掺光纤之间，且在输入端还接入有一监测端口，用于获取所述的光纤激光器的参考光；所述的双路多模泵浦分路器还与多模泵浦激光器以及合束器相连接。
6.较佳地，所述的种子光源具体为：
7.其内部设置有隔离器，用于为所述的光纤激光器提供信号光，并防止ase噪声回光射入所述的光纤激光器中。
8.较佳地，所述的铒镱共掺光纤具体为：
9.包括第一铒镱共掺光纤以及第二铒镱共掺光纤，用于作为所述的光纤激光器进行激光放大的增益介质，并通过吸收泵浦光能量，将所述的泵浦光能量转移至信号光中，实现光放大处理。
10.较佳地，所述的合束器具体为：
11.包括第一合束器以及第二合束器，所述的第一合束器与所述的种子光源、双路多模泵浦分路器以及第一铒镱共掺光纤相连接，所述的第一合束器将泵浦光与信号光耦合到相同的光纤中，并将其一起注入到所述的第一铒镱共掺光纤中；
12.所述的第二合束器与所述的第二铒镱共掺光纤以及双路多模泵浦分路器相连接，所述的第二合束器将泵浦光与信号光耦合到相同的光纤中，并将其一起注入到所述的第二
铒镱共掺光纤中。
13.较佳地，所述的三合一光路组合器件具体包括：
14.滤波器，与所述的第一铒镱共掺光纤以及监测端口相连接，用于对正向传输的信号光进行ase噪声的第一次滤波处理，并对反射的信号光进行ase噪声的第二次滤波处理；
15.分光器，与所述的滤波器相连接，用于将所述的信号光按照特定比例进行光反射，并将其余的信号光进行光透射处理，其中，经光反射处理的信号光与所述的监测端口相连接，用于输出所述的光纤激光器的参考光；以及
16.隔离器，与所述的分光器相连接，用于输出经过光透射处理后的信号光。
17.较佳地，所述的多模泵浦激光器具体为：
18.包括第一多模泵浦激光器以及第二多模泵浦激光器，所述的第一多模泵浦激光器以及第二多模泵浦激光器的输出端均与所述的双路多模泵浦分路器相连接，用于通过所述的双路多模泵浦分路器对所述的第一多模泵浦激光器以及第二多模泵浦激光器输出的泵浦光按照比例进行固定分光处理。
19.较佳地，所述的双路多模泵浦分路器包括：com1端口、com2端口、ref 1端口、ref2端口、pass1端口以及pass2端口，其中，
20.所述的com1端口与所述的第一多模泵浦激光器相连接，所述的com2端口与所述的第二多模泵浦激光器相连接，所述的ref 1端口以及ref 2端口均与所述的第一合束器相连接，所述的pass1端口以及pass2端口均与所述的第二合束器相连接。
21.较佳地，所述的光纤激光器在输出端还设置有一第三隔离器，所述的第三隔离器的第一端与所述的第二合束器相连接，所述的第三隔离器的第二端外接一输出端口，所述的输出端口用于输出所述的光纤激光器产生的高功率激光。
22.采用了本实用新型的该光纤激光器，其通过采用高度集成化的集成iso+种子激光器，bpf+tap+iso混合器件以及双路多模泵浦分路器实现了极简的光路设计。并且，本设计方案采用双级放大方案使得设备具备超高的osnr输出，同时，该激光器的tap端由中间级直接输出做参考光有效提升输出功率的损耗，提升器件可靠性，且具备良好的延时特性。
附图说明
23.图1为本实用新型的光纤激光器的结构示意图。
24.图2为本实用新型的三合一光路组合器件的结构示意图。
25.图3为本实用新型的双路多模泵浦分路器的结构示意图。
具体实施方式
26.为了能够更清楚地描述本实用新型的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
27.在详细说明根据本实用新型的实施例前，应该注意到的是，在下文中，术语“包括”、“包含”或任何其他变体旨在涵盖非排他性的包含，由此使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包含这些要素，而且还包含没有明确列出的其他要素，或者为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
28.请参阅图1所示，本实用新型的该光纤激光器，其中，所述的光纤激光器包括：种子
光源、合束器、铒镱共掺光纤、三合一光路组合器件、多模泵浦激光器以及双路多模泵浦分路器，所述的三合一光路组合器件设置在两个铒镱共掺光纤之间，且在输入端还接入有一监测端口，用于获取所述的光纤激光器的参考光；所述的双路多模泵浦分路器还与多模泵浦激光器以及合束器相连接。
29.作为本实用新型的优选实施方式，所述的种子光源具体为：
30.其内部设置有隔离器，用于为所述的光纤激光器提供信号光，并防止ase噪声回光射入所述的光纤激光器中。
31.作为本实用新型的优选实施方式，所述的铒镱共掺光纤具体为：
32.包括第一铒镱共掺光纤以及第二铒镱共掺光纤，用于作为所述的光纤激光器进行激光放大的增益介质，并通过吸收泵浦光能量，将其转移至信号光中，实现光放大处理。
33.作为本实用新型的优选实施方式，所述的合束器具体为：
34.包括第一合束器以及第二合束器，所述的第一合束器与所述的种子光源、双路多模泵浦分路器以及第一铒镱共掺光纤相连接，所述的第一合束器将泵浦光与信号光耦合到相同的光纤中，并将其一起注入到所述的第一铒镱共掺光纤中；
35.所述的第二合束器与所述的第二铒镱共掺光纤以及双路多模泵浦分路器相连接，所述的第二合束器将泵浦光与信号光耦合到相同的光纤中，并将其一起注入到所述的第二铒镱共掺光纤中。
36.请参阅图2所示，作为本实用新型的优选实施方式，所述的三合一光路组合器件具体包括：
37.滤波器，与所述的第一铒镱共掺光纤以及监测端口相连接，用于对正向传输的信号光进行ase噪声的第一次滤波处理，并对反射的信号光进行ase噪声的第二次滤波处理；
38.分光器，与所述的滤波器相连接，用于将所述的信号光按照特定比例进行光反射，并将其余的信号光进行光透射处理，其中，经光反射处理的信号光与所述的监测端口相连接，用于输出所述的光纤激光器的参考光；以及
39.隔离器，与所述的分光器相连接，用于输出经过光透射处理后的信号光。
40.作为本实用新型的优选实施方式，所述的多模泵浦激光器具体为：
41.包括第一多模泵浦激光器以及第二多模泵浦激光器，所述的第一多模泵浦激光器以及第二多模泵浦激光器的输出端均与所述的双路多模泵浦分路器相连接，用于通过所述的双路多模泵浦分路器对所述的第一多模泵浦激光器以及第二多模泵浦激光器输出的泵浦光按照比例进行固定分光处理。
42.请参阅图3所示，作为本实用新型的优选实施方式，所述的双路多模泵浦分路器包括：com1端口、com2端口、ref 1端口、ref 2端口、pass1端口以及pass2端口，其中，
43.所述的com1端口与所述的第一多模泵浦激光器相连接，所述的com2端口与所述的第二多模泵浦激光器相连接，所述的ref 1端口以及ref 2端口均与所述的第一合束器相连接，所述的pass1端口以及pass2端口均与所述的第二合束器相连接。
44.作为本实用新型的优选实施方式，所述的光纤激光器在输出端还设置有一第三隔离器，所述的第三隔离器的第一端与所述的第二合束器相连接，所述的第三隔离器的第二端外接一输出端口，所述的输出端口用于输出所述的光纤激光器产生的高功率激光。
45.请参阅图1所示，下面将结合图1详细说明本技术方案的该光纤激光器的各个功能
组件：
46.带隔离器的种子光源：作为激光器的种子光源为激光器提供信号光，且其集成双级隔离器，防止第一级放大器的ase光或其余背向回光射入种子激光器。防止种子激光器被回光击穿。
47.第一合束器：将泵浦光与信号光耦合到相同光纤中，并一起注入到第一铒镱共掺光纤中。
48.双路多模泵浦分路器：分别独立地将第一多模泵浦激光器(pump 1)和第二多模泵浦激光器(pump 2)的泵浦光实现固定分光比分光。
49.第一铒镱共掺光纤：激光放大的增益介质，吸收泵浦光能量，并将其转移至信号光，实现光放大。
50.三合一光路组合器件：滤波器，分路器，隔离器三合一组合器件，滤波器实现将第一级输出的光进行滤波，去除ase噪声，分光器将信号光分为2路，隔离器的作用为防止回光进入第一级放大器影响前级放大。
51.第二铒镱共掺光纤：激光放大的增益介质，吸收泵浦光能量，并将其转移至信号光，实现光放大。
52.第二合束器：将泵浦光与信号光耦合到相同光纤中，并一起注入到第二铒镱共掺光纤中。
53.监测端口：为激光器提供输出功率监测端口。
54.输出端口：高功率激光输出端口。激光由此端口出射。
55.在实际应用当中，本技术方案的该光纤激光器，其工作原理如下：
56.带双级隔离器的种子激光器发出微弱的脉冲信号光后经第一合束器进入第一铒镱共掺光纤，有源光纤吸收泵浦光后将信号光放大并产生部分ase，信号光及ase传出eydcf1后进入光路组合器件，光路组合器件中滤波器将ase光进行滤除，信号光则通过滤波器。之后，组合器件中分光器将信号光分为2束，一束反射后再次经过滤波器直接输出作为激光器的监测端口，用于雷达系统的定标及功率监测，其余信号光继续向前传输经过iso后进入eydcf2,在eydcf中，有源光纤吸收泵浦光再次将信号光进行进一步放大以获得高功率，经放大后的信号光经过第三隔离器后输出。
57.泵浦信号光的传输路径为：第一多模泵浦激光器发出的泵浦光传入双路多摸泵浦分路器，该器件将泵浦光按照确定分光比分为2路，一路传入第一级放大器，另一路传输入第二级放大器。同理，第二多模泵浦光器的泵浦光经多模泵浦分路器后分为确定分光比的2路，第一路传入第一级放大器，第二路传入第二级放大器。
58.本技术方案的该三合一光路组合器件的工作原理如下：
59.该组合器件为带通滤波器，分光器及隔离器的混合器件，输入器件的光首先经过带通滤波器实现去噪处理，将前级放大产生的ase光谱滤除。之后，信号光在分光片中将特定百分比的信号光反射，并将比部分信号光透射。反射后的信号光再次耦合入光纤后传输，透射的信号光经隔离器后输出。
60.该组合器件在实际应用过程中，具有以下技术优势：
61.1、该组合器件的组合方式的顺序为bpf+spliter+iso,任何器件位置的调整该器件的功能将完全尚失去。其中bpf在的作用一方面，为正向传输的信号光提供了滤波作用，
有效将第一级放大产生的ase滤除，有效降低输出光谱的噪声，提升光束质量。另一方面，为反射后的信号光进行了再次滤波。对于反射光而言，该滤波器对反射的回光进行了再次滤波，等效为其提供给了两次滤波作用，将ase噪声再次降低3db，有效输提升了mon输出端口信号光的光学信噪比，有利于雷达系统的监测及定标。
62.2、该组合器件将三种功能器件集成与一体，故其共享了同一套玻璃管，光纤等核心原材料，有效降低成本及提升器件可靠性极大适用于车载雷达光源高可靠性，低成本，结构紧凑的优点。
63.3、该混合器件中隔离器采用特殊的iso，其常温隔离器达到60db,且当温度大于100℃时，隔离度仍然可达到40db，在全温范围内极大增强了隔离器效果，有效避免高温情况下隔离度降低的情况。
64.4、该器件光纤的采用一种特殊材料涂覆，其可满足－60～150℃工作范围，可适用于车载雷达及其苛刻的工作环境。
65.本技术方案的该双路多模泵浦分路器的工作原理如下：
66.泵浦光从com1端口入射后一部分光分路到ref 1端口，另一部分透射后有pass1口输出。同理，泵浦光从com2端口入射后一部分光分路到ref 2端口，另一部分透射后有pass2口输出。
67.该双路多模泵浦分路器在实际应用过程中，具有以下技术优势：
68.采用双路分路器解决方案，共用一片分光片即可实现分路，将传统的分立器件合二为一，避免使用两原材料，有效节约成本，降低资源。
69.该双路分路器的尺寸为4.0
×
30mm与传统单路分路器的尺寸保持一致，有效节省空间，为模块实现超紧凑结构提供可能。
70.进一步而言，结合具体的产品结构，本技术方案在实际当中，具有如下技术创新：
71.1、mon口(监测端口)有中间级输出，避免传统技术方案mon口有输出端进行输出，其具备如下优点：1，传统方案为在输出隔离器后使用分路器进行分光作为mon口，该方案可实现良好的分光作用，但该方案在输出端口增加器件一方面引入了0.2～0.5db左右的插损，由于该激光器的输出功率为瓦级，故其将近百毫瓦的信号光进行损耗，一方面极大的降低了激光器的效率，另一方，该部分信号光转化为热量，极大影响器件及激光器的可靠性。故将mon端口设计为中间级可有效避免输出端口高损耗造成的不良影响。且由于中间级的功率仅为数十毫瓦，其极大降低了光能量的损耗，且该器件工作于极低的功率状态下极大提高可靠性。
72.2、相较于mon口放置于输出端口的方案，通常采用99:1进行分光，然而，该激光器具备千瓦及的峰值功率，故必须对mon口的输出光进行再次衰减后才能采用pd探测器进行探测。一方面造成了能量的浪费，其次，再生产过程中需要增加损耗点来调整输出功率，极大影响了生产效率及生产一致性。最后，该损耗点实现的工艺通常为错位熔接极大降低了可靠性无法满足车载雷达高可靠性的要求。mon端口由中间级输出后由于其功率相对较低故无需重新做损耗即可进行探测，极大提高了制造及可靠性可行性。
73.3、该设计前后级泵浦由相同泵浦分路实现且分光比固定，故mon输出功率与输出功率呈现良好的线性关系，故无需补偿校准即可实现输出功率的监测。具备极大的可制造及生产特性。
74.4、该光纤激光器同时兼容高、低功率两种工作模式。低功率模式下该激光器通过仅采用双多模泵浦分路器及两只等效泵浦，即实现了双泵浦的冗余设计，当一只泵浦失效后可等效启动第二只泵浦，有效提高了雷达光源的可靠性，克服了传统雷达光源中泵浦高失效的问题；高功率模式下，两只泵浦可同时为有源光纤提供能量，可实现2～3w的高输出功率。
75.5、采用双级放大结构并在第一级与第二级中间进行滤波，有效增加了光信噪比(osnr)，避免传统使用edfa作为第一级来提升osnr的方案，具备工作温度高，光谱质量好，成本低，驱动电流简单等优点。
76.可以理解的是，本技术方案的该光纤激光器，其适用于1550nm mopa光纤脉冲激光器，但并不局限于该波段，在实际应用当中，该结构可根据实际的产品需求，在符合本技术方案的发明构思的前提下进行适应性的修改，其相应的改动也包含在本案的保护范围之中。
77.应当理解，本实用新型的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行装置执行的软件或固件来实现。
78.本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成的，程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
79.上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
80.在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
81.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
82.采用了本实用新型的该光纤激光器，其通过采用高度集成化的集成iso+种子激光器，bpf+tap+iso混合器件以及双路多模泵浦分路器实现了极简的光路设计。并且，本设计方案采用双级放大方案使得设备具备超高的osnr输出，同时，该激光器的tap端由中间级直接输出做参考光有效提升输出功率的损耗，提升器件可靠性，且具备良好的延时特性。
83.在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

技术特征：
1.一种光纤激光器，其特征在于，所述的光纤激光器包括：种子光源、合束器、铒镱共掺光纤、三合一光路组合器件、多模泵浦激光器以及双路多模泵浦分路器，所述的三合一光路组合器件设置在两个铒镱共掺光纤之间，且在输入端还接入有一监测端口，用于获取所述的光纤激光器的参考光；所述的双路多模泵浦分路器还与多模泵浦激光器以及合束器相连接。2.根据权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，所述的种子光源具体为：其内部设置有隔离器，用于为所述的光纤激光器提供信号光，并防止ase噪声回光射入所述的光纤激光器中。3.根据权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，所述的铒镱共掺光纤具体为：包括第一铒镱共掺光纤以及第二铒镱共掺光纤，用于为所述的光纤激光器提供进行激光放大的增益介质，并通过吸收泵浦光能量，将所述的泵浦光能量转移至信号光中，实现光放大处理。4.根据权利要求3所述的光纤激光器，其特征在于，所述的合束器具体为：包括第一合束器以及第二合束器，所述的第一合束器与所述的种子光源、双路多模泵浦分路器以及第一铒镱共掺光纤相连接，所述的第一合束器将泵浦光与信号光耦合到相同的光纤中，并将其一起注入到所述的第一铒镱共掺光纤中；所述的第二合束器与所述的第二铒镱共掺光纤以及双路多模泵浦分路器相连接，所述的第二合束器将泵浦光与信号光耦合到相同的光纤中，并将其一起注入到所述的第二铒镱共掺光纤中。5.根据权利要求3所述的光纤激光器，其特征在于，所述的三合一光路组合器件具体包括：滤波器，与所述的第一铒镱共掺光纤以及监测端口相连接，用于对正向传输的信号光进行ase噪声的第一次滤波处理，并对反射的信号光进行ase噪声的第二次滤波处理；分光器，与所述的滤波器相连接，用于将所述的信号光按照特定比例进行光反射，并将其余的信号光进行光透射处理，其中，经光反射处理的信号光与所述的监测端口相连接，用于输出所述的光纤激光器的参考光；以及隔离器，与所述的分光器相连接，用于输出经过光透射处理后的信号光。6.根据权利要求4所述的光纤激光器，其特征在于，所述的多模泵浦激光器具体为：包括第一多模泵浦激光器以及第二多模泵浦激光器，所述的第一多模泵浦激光器以及第二多模泵浦激光器的输出端均与所述的双路多模泵浦分路器相连接，用于通过所述的双路多模泵浦分路器对所述的第一多模泵浦激光器以及第二多模泵浦激光器输出的泵浦光按照比例进行固定分光处理。7.根据权利要求6所述的光纤激光器，其特征在于，所述的双路多模泵浦分路器包括：com1端口、com2端口、ref 1端口、ref 2端口、pass1端口以及pass2端口，其中，所述的com1端口与所述的第一多模泵浦激光器相连接，所述的com2端口与所述的第二多模泵浦激光器相连接，所述的ref 1端口以及ref 2端口均与所述的第一合束器相连接，所述的pass1端口以及pass2端口均与所述的第二合束器相连接。8.根据权利要求7所述的光纤激光器，其特征在于，所述的光纤激光器在输出端还设置有一第三隔离器，所述的第三隔离器的第一端与所述的第二合束器相连接，所述的第三隔
离器的第二端外接一输出端口，所述的输出端口用于输出所述的光纤激光器产生的高功率激光。

技术总结
本实用新型涉及一种光纤激光器，其中，所述的光纤激光器包括：种子光源、合束器、铒镱共掺光纤、三合一光路组合器件、多模泵浦激光器以及双路多模泵浦分路器，所述的三合一光路组合器件设置在两个铒镱共掺光纤之间，且在输入端还接入有一监测端口，用于获取所述的光纤激光器的参考光；所述的双路多模泵浦分路器还与多模泵浦激光器以及合束器相连接。采用了本实用新型的该光纤激光器，其采用双级放大结构并在第一级与第二级中间进行滤波，有效增加了光信噪比(OSNR)，避免传统使用EDFA作为第一级来提升OSNR的方案，具备工作温度高，光谱质量好，成本低，驱动电流简单等优点。驱动电流简单等优点。驱动电流简单等优点。


技术研发人员：张涛 武国强 鲁开源 叶城委 许阳
受保护的技术使用者：上海拜安实业有限公司
技术研发日：2023.03.17
技术公布日：2023/7/23