技术分享|DFB原理及其应用
2020-09-08 16:30:25 | 技术支持          浏览量:451

原理

     光纤激光器的基本原理是将泵浦光输入的一段有源光纤(一般是掺铒光纤或铒镱光纤等掺有稀土元素的光纤)上,这样有源光纤上就会在一定的波长范围(掺铒光纤通常为1550nm附近)内有增益,如果在这段光纤上有一定的选频结构,那么就可以实现激光输出。

     分布反馈(Distributed Feedback,DFB)光纤激光器是光纤激光器的一种。它的光栅分布在整个谐振腔中,即在有源光纤上写上相移光栅,只要一个光栅即可实现光反馈和波长选择,从而使其有着更好的频率稳定性。可以实现稳定的单模输出,如图1所示:

      DFB光纤激光器的谐振腔是在有源光纤上写入中间带π相移的光纤布拉格光栅。均匀光纤光栅和相移光栅的折射率调制如图2、3所示,通过对比可以看到相移光栅在中心处的折射率变化发生了跳变,这会使得光栅的性质发生的很大的变化。通过电磁波的耦合模理论可以证明这种结构在光栅的中心波长处,可以满足激光条件。

KG-DFB结构图.png

相移光纤光栅制作办法

    相移光纤光栅通常可以采用三种方法制作:1.使用均匀模板制作,在光栅写到中间的时候,使用PZT将模板、或者光纤平移半个光栅周期,然后在写入一半光栅,这样可以引入相移;2.使用均匀模板制作一个均匀模板制作一个均匀光栅的中心区域进行曝光,这样由于光栅中心的二次曝光区域的平均折射率发生改变,从而引入了相移;3.采用相移模板制作,由于相移模板的中间有相移,所以可以直接一次曝光即可完成光栅的制作。厘米的长度,这就使得它在实用中有着很高的稳定性;(5)DFB光纤激光器采用光纤制作。制作工艺

特点

     DFB光纤激光器主要有以下特点:(1)DFB光纤激光器可以实现稳定的单模输出,这是由于其高阶模的阈值很大t(2)DFB光纤激光器只要一个光栅即可实现光反馈和波长选择,从而使其在物理结构上非常稳定:(3)DFB光纤激光器的线宽非常窄,通常只有几十kHz,甚至于可以在1kHz以下,这样其输出光有着非常好的相干特性:(4)DFB光纤激光器在物理结构上就是一个相移光栅,只有几厘米的长度,这就使得它在实用中有着很高的稳定性;(5)DFB光纤激光器采用光纤制作。制作工艺也较为简单,只需要制作光棚的相关设备就可以制作,并且其产品与光纤完全兼容,而不需要任何的转接器件。   

     DFB光纤激光器有着高度的单模工作稳定性、窄线宽、与光纤兼容等优点,可以广泛应用于光纤通信、光纤传感、光谱学等领域中。DFB光纤激光器输出的激光具有很高的信噪比完全可以满足在通信上的需求,并且由于其非常窄的线宽、非常好的相干性,使其在相干光通信中也有着很大的应用潜力。光纤光棚的结构决定了光棚的周期对温度、应力都有着很高的灵敏度,因此将光纤激光器进行封装后可以应用在传感领域中。如果有外部环境的变化,那么光棚的结构就会发生变化,从而激光器的输出发生变化。DFB光纤激光器的制成传感器有着精度高、灵敏度高、可以分布式铺设,以及不受电磁辐射影响等优点,使其可以在国防、建筑、勘探等领域内有着很好的应用前景。

DFB光纤激光器的应用

     DFB光纤激光器可提供极高的相干性,非常稳定的单频、单纵模嶶光输出,有着很高的波长稳定性,并且与光纤有良好的兼容性好,因而在国防和民用的高端应用领域有着广泛的应用。高性能的DFB光纤激光器的应用领域如下:

(1)声传感:由于DFB光纤激光器有着良好的相干性,利用激光的相干检测技术。实现了高灵敏度的检测。主要是应用在水听器、窃听器上,可用于间谍/反间谍、海洋军事信息对抗、石油勘探等关键领域。尤其水听器在各种海洋武器以及石油勘探具有极为重要的应用;

(2)测速仪t目前激光测速仪主要使用1.06pm波长的激光,这对人视觉造成的危险较大,而波长在1.5um的DFB光纤激光器对人眼则安全的多,因此在国外已经有相关方面的研究了;

(3)密集波分复用(DWDM)系统的发送机:在光纤通信中,DWDM系统的发送机需要多个不同波长的激光器,而如果多个不同波长的DFB光纤激光器通过一个泵源进行泵浦就会有着相对的成本优势,并且DFB光纤徼光器制作不同波长的工艺也相对比较简单;

(4)激光雷达(LADAR):激光相干测量具有非常高的灵敏度,在军事、航空航天、环境、交通、海洋及精密电子仪器上有着重要的应用。例如,在1500海里轨道中由36颗卫星组成的系统能够使用相干澈光雷达来捕捉隐蔽飞行器的航迹,或使用直接激光雷达锁定“硬体”目标。英国南安普敦大学最近报道研制成功了功率为83W的DFB光纤激光器,它是通过对DFB光纤激光器的输出进行三级放大的方法实现的,而其线宽只有13kHz,这满足了激光雷达对激光的功率和相干性的要求。(5应力/压力传感:用在高精度的油气压力监测、钻井、大桥平台安全监测;

(5)应力/压力传感:用在高精度的油气压力监测、钻井、大桥平台安全监测;

(6)相干通信:太空激光通信等;

(7)原子能:如美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室正在建造预计耗费12亿美元、世界上功率最大的激光器设备-国家点火设备(NIF),用来进行激光核聚变武器试验,目的是解决全面禁止核试以后的核武器发展问题.其中主振荡器是NI最重要的次级系统之一,主振荡器的核心就是高性能DFB光纤激光器;

(8)3D成像、光谱科学等。


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