專(zhuān)利名稱：大功率窄脈沖激光光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光光源，具體地說(shuō)是一種能產(chǎn)生納秒級(jí)大功率窄脈沖光，光峰值功率達(dá)100W脈沖激光光源。
背景技術(shù)：
隨著光電產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，人們對(duì)大功率窄脈沖激光光源的性能、設(shè)計(jì)指標(biāo)要求越來(lái)越高。如從分布式光纖傳感技術(shù)的角度來(lái)看，大功率光脈沖信號(hào)越窄，對(duì)提高傳感性能越有利。傳統(tǒng)的通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體激光器進(jìn)行各種調(diào)制實(shí)現(xiàn)的“窄脈沖”技術(shù)漸漸難以滿足需求。在分布式光纖傳感技術(shù)中，納秒級(jí)大功率窄脈沖光的產(chǎn)生是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。分布反饋式(DFB)激光器是一種適于超過(guò)170km距離的通信或電視電纜的激光器。傳統(tǒng)的窄脈沖大功率激光器的設(shè)計(jì)原理是同步信號(hào)觸發(fā)大功率晶體管通斷驅(qū)動(dòng)大功率半導(dǎo)體激光器以控制光脈沖觸發(fā)頻率，并通過(guò)選擇不同的儲(chǔ)能電容C的大小控制半導(dǎo)體激光器的輸出光脈沖寬度，存在著半導(dǎo)體激光器輸出光脈沖寬度大，光峰值功率小 (^ 5W)，精度不高，穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種大功率窄脈沖激光光源，它能輸出可調(diào)的脈寬較小的窄脈沖光，能提供的光脈沖峰值功率達(dá)幾十W，具有調(diào)節(jié)精度高，重復(fù)頻率可調(diào)，工作穩(wěn)定的特性。本發(fā)明設(shè)計(jì)的用于分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的大功率窄脈沖激光光源采用如下技術(shù)方案一種大功率窄脈沖激光光源，其特征在于，包括泵浦激光器，泵浦激光器恒流驅(qū)動(dòng)模塊，DFB激光器，DFB激光器、脈沖信號(hào)發(fā)生模塊、窄脈沖驅(qū)動(dòng)模塊、光波分復(fù)用器(WDM)， 摻餌光纖；所述光波分復(fù)用器(WDM)，連接DFB激光器輸出端、泵浦激光器輸出端和摻餌光纖一端，它的作用是將不同波長(zhǎng)的光種子源(DFB激光器產(chǎn)生窄脈沖光)與泵浦光耦合進(jìn)摻餌光纖；所述摻餌光纖，它的作用是當(dāng)DFB激光與泵浦激光同時(shí)注入到摻餌光纖中時(shí)，鉺離子在泵浦激光作用下激發(fā)到高能級(jí)上(三能級(jí)系統(tǒng))，并很快衰變到亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)上，在 DFB激光作用下回到基態(tài)時(shí)發(fā)射對(duì)應(yīng)于DFB激光的光子，使DFB激光得到放大；所述脈沖信號(hào)發(fā)生模塊與窄脈沖偏置驅(qū)動(dòng)模塊連接，窄脈沖偏置驅(qū)動(dòng)模塊與DFB 激光器連接；所述恒電流驅(qū)動(dòng)模塊與泵浦激光器連接，實(shí)現(xiàn)泵浦激光器的恒功率輸出； 所述窄脈沖偏置驅(qū)動(dòng)模塊與DFB激光器連接，實(shí)現(xiàn)DFB激光器的窄脈沖光輸出。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，在所述光波分復(fù)用器(WDM)與DFB激光器之間設(shè)置光隔離器，它的作用是防止光路中反向光對(duì)大功率窄脈沖激光光源的影響。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，在所述摻餌光纖另一端設(shè)置光隔離器，防止部分反射光返回?fù)金D光纖。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，在所述摻餌光纖光隔離器之間設(shè)置光纖濾波器，僅允許1550士2nm的光波輸出，其他光波進(jìn)行濾除。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，本光源還包括一微處理器(MCU)，其內(nèi)部D/A輸出模塊連接泵浦激光器恒流驅(qū)動(dòng)模塊，設(shè)置和控制泵浦激光器的光輸出功率。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，本光源還包括一微處理器(MCU)，微處理器內(nèi)部D/A 輸出模塊連接DFB激光器的窄脈沖偏置驅(qū)動(dòng)模塊，設(shè)置和控制DFB激光器的光輸出光脈沖功率。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，本光源還包括一 MCU微處理器內(nèi)涵D/A輸出模塊連接相應(yīng)自動(dòng)溫度控制模塊對(duì)泵浦激光器的工作溫度進(jìn)行不間斷地控制，使其工作溫度恒定。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，本光源還包括一 MCU微處理器內(nèi)涵D/A輸出模塊連接相應(yīng)自動(dòng)溫度控制模塊對(duì)DFB激光器的工作溫度進(jìn)行不間斷地控制，使其工作溫度恒定。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，本光源的脈沖信號(hào)發(fā)生模塊為可編程邏輯芯片 (CPLD)作為主控芯片，輸出納秒級(jí)窄脈沖信號(hào)控制光脈沖觸發(fā)頻率和寬度。。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述窄脈沖偏置驅(qū)動(dòng)模塊，其電路采用高速M(fèi)OSFET 管及微帶的匹配過(guò)渡技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證了各個(gè)電路模塊的微波信號(hào)輸入阻抗匹配，同時(shí)極大降低了反射損耗，從而實(shí)現(xiàn)DFB激光器的納秒級(jí)光脈沖調(diào)制工作。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于所述大功率窄脈沖激光光源，它能輸出可調(diào)的脈寬達(dá)幾個(gè)納秒的窄脈沖光，能提供的光脈沖峰值功率達(dá)上百瓦，具有調(diào)節(jié)精度高，重復(fù)頻率可調(diào)，工作穩(wěn)定的特性，解決了傳統(tǒng)的大功率半導(dǎo)體激光光源輸出光脈沖寬度寬，光峰值功率小((5W)，精度不高，穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，滿足了分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的發(fā)展需要。


圖1是大功率窄脈沖激光光源的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)記說(shuō)明1 MCU微處理器21 CPLD脈沖脈沖信號(hào)發(fā)生模塊22窄脈沖偏置驅(qū)動(dòng)模塊23 DFB 激光器24自動(dòng)溫度控制模塊33恒電流驅(qū)動(dòng)模塊34泵浦激光器35自動(dòng)溫度控制模塊44 WDM 耦合器35光隔離器
45摻鉺光纖46光纖濾波器47光隔離器
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施步驟。本實(shí)施例中，大功率窄脈沖激光光源1的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，包括CPLD 脈沖信號(hào)發(fā)生模塊21、MCU微處理器11、窄脈沖偏置驅(qū)動(dòng)模塊22、恒電流驅(qū)動(dòng)模塊33、DFB 激光器23、自動(dòng)溫度控制模塊M、泵浦激光器34、自動(dòng)溫度控制模塊35、WDM耦合器44、光隔離器35、摻鉺光纖45、光纖濾波器46、光隔離器47和通信接口組成。大功率窄脈沖激光光源1包括一個(gè)雙向通信接口，一個(gè)脈沖同步接口和光輸出端。所述激光光源包括光輸出端，用于輸出寬度為納秒級(jí)的百瓦級(jí)大功率光脈沖。所述激光光源包括一個(gè)雙向通信接口，用于向分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)通信輸出泵浦激光器和DFB激光器的工作溫度與功率狀態(tài)信息數(shù)據(jù)，同時(shí)可輸入數(shù)據(jù)調(diào)整光源的工作溫度、光輸出峰值功率、光脈寬和光脈沖重復(fù)頻率等狀態(tài)。進(jìn)一步地，所述激光器還包括同步信號(hào)輸出端，用于輸出同步信號(hào)，所述同步信號(hào)是與激光器輸出的光脈沖同步輸出的電脈沖信號(hào)。所述DFB激光器23的輸出端與光隔離器35的輸入端相連接，防止光路中反向光對(duì)泵浦激光器的影響。所述WDM耦合器為雙波長(zhǎng)WDM耦合器，工作波長(zhǎng)為980nm/1550nm，包括二個(gè)輸入端，一個(gè)輸出端，所述光隔離器35的輸出端與WDM耦合器的1550nm光輸入端通過(guò)光纖相連接，DFB激光器23的輸出端與WDM耦合器的980nm光輸入端通過(guò)光纖相連接，所述WDM耦合器的輸出端與摻鉺光纖45相連，摻鉺光纖45與光隔離器47相連，用于輸出大功率窄脈沖光信號(hào)；所述CPLD脈沖信號(hào)發(fā)生模塊21與窄脈沖偏置驅(qū)動(dòng)模塊22連接，窄脈沖偏置驅(qū)動(dòng)模塊22與DFB激光器23連接，其電路采用高速M(fèi)OSFET管及微帶的匹配過(guò)渡技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證了各個(gè)電路模塊的微波信號(hào)輸入阻抗匹配，同時(shí)極大降低了反射損耗，從而實(shí)現(xiàn) DFB激光器23的納秒級(jí)光脈沖調(diào)制工作。所述CPLD脈沖信號(hào)發(fā)生模塊21還包括同步信號(hào)輸出端，同步信號(hào)經(jīng)由光源外殼的同步信號(hào)輸出口輸出，用以輸出光脈沖同步信號(hào)供外部設(shè)備使用，所述同步信號(hào)是與光源1輸出的光脈沖同步輸出的電脈沖信號(hào)。所述恒電流驅(qū)動(dòng)模塊33與泵浦激光器34連接，從而實(shí)現(xiàn)泵浦激光器34的恒功率輸出。所述的自動(dòng)溫度控制模塊M/35，分別用于將監(jiān)測(cè)DFB激光器23和泵浦激光器34 管芯溫度的激光器內(nèi)置集成溫度敏感電阻輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成控制激光器內(nèi)置制冷器的電壓信號(hào)，使DFB激光器23和泵浦激光器34的工作溫度恒定；所述的自動(dòng)溫度控制模塊24/35采用專(zhuān)用的控溫集成電路實(shí)現(xiàn)，可靠性高，電路簡(jiǎn)單。第一步，先從MCU微處理器11通過(guò)D/A輸出模塊1和D/A輸出模塊4分別設(shè)置DFB
5激光器23和泵浦激光器34的工作溫度，再由激光器內(nèi)置集成溫度敏感電阻采集表征DFB 激光器23和泵浦激光器34管芯的溫度信號(hào)的電平信號(hào)并讀入芯片，接著芯片內(nèi)部的PID 控制芯片對(duì)兩者進(jìn)行比較；第二步，根據(jù)比較出來(lái)的數(shù)據(jù)一方面通過(guò)脈沖寬度的調(diào)節(jié)來(lái)調(diào)整激光器內(nèi)置制冷器兩端的電脈沖寬度從而調(diào)整其工作參數(shù)(既控制其制冷或加熱的功率)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)激光器的工作溫度控制。所述光隔離器35/47，它的作用是防止光路中反向光對(duì)大功率窄脈沖激光光源的影響；所述摻餌光纖45，它的作用是當(dāng)DFB激光與泵浦激光同時(shí)注入到摻餌光纖中時(shí)， 鉺離子在泵浦激光作用下激發(fā)到高能級(jí)上(三能級(jí)系統(tǒng))，并很快衰變到亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)上，在 DFB激光作用下回到基態(tài)時(shí)發(fā)射對(duì)應(yīng)于DFB激光的光子，使DFB激光得到放大；光源中一般用幾十米左右長(zhǎng)的摻餌單模石英光纖，摻雜濃度(500 1000) X 10-6)。進(jìn)一步地，所述光隔離器35/47，它的作用是防止光路中反向光對(duì)大功率窄脈沖激光光源的影響。本發(fā)明公開(kāi)了一種用于分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的大功率窄脈沖激光光源，該光源包括增益介質(zhì)和泵浦系統(tǒng)，但沒(méi)有光學(xué)諧振腔.主要由摻餌光纖，泵浦激光器，泵浦激光器恒流驅(qū)動(dòng)模塊，光波分復(fù)用器(WDM)，光隔離器，DFB激光器，DFB激光器窄脈沖驅(qū)動(dòng)模塊， 自動(dòng)溫度控制單元，MCU微處理器，CPLD脈沖信號(hào)發(fā)生模塊和通信接口這十一個(gè)部分組成。 該光源能輸出可調(diào)的脈寬光脈沖寬度在5nS-25nS之間，可根據(jù)不同需要調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)精度為 5ns能提供的光脈沖，峰值功率達(dá)百瓦，重復(fù)頻率IkHz-IOkHz內(nèi)可調(diào)，調(diào)節(jié)精度為IkHz，具有調(diào)節(jié)精度高，重復(fù)頻率可調(diào)，工作穩(wěn)定等特點(diǎn)。這里本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說(shuō)明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實(shí)施例中。這里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的，對(duì)于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)實(shí)施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其他形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其他元件、 材料和部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對(duì)這里所披露的實(shí)施例進(jìn)行其他變形和改變。
權(quán)利要求
1.一種大功率窄脈沖激光光源，其特征在于，包括泵浦激光器，泵浦激光器恒流驅(qū)動(dòng)模塊，DFB激光器，DFB激光器、脈沖信號(hào)發(fā)生模塊、窄脈沖驅(qū)動(dòng)模塊、光波分復(fù)用器(WDM)，摻餌光纖；所述光波分復(fù)用器(WDM)，連接DFB激光器輸出端、泵浦激光器輸出端和摻餌光纖一端，它的作用是將不同波長(zhǎng)的光種子源(DFB激光器產(chǎn)生窄脈沖光)與泵浦光耦合進(jìn)摻餌光纖；所述摻餌光纖，它的作用是當(dāng)DFB激光與泵浦激光同時(shí)注入到摻餌光纖中時(shí)，鉺離子在泵浦激光作用下激發(fā)到高能級(jí)上(三能級(jí)系統(tǒng))，并很快衰變到亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)上，在DFB激光作用下回到基態(tài)時(shí)發(fā)射對(duì)應(yīng)于DFB激光的光子，使DFB激光得到放大；所述脈沖信號(hào)發(fā)生模塊與窄脈沖偏置驅(qū)動(dòng)模塊連接，窄脈沖偏置驅(qū)動(dòng)模塊與DFB激光器連接；所述恒電流驅(qū)動(dòng)模塊與泵浦激光器連接，實(shí)現(xiàn)泵浦激光器的恒功率輸出；所述窄脈沖偏置驅(qū)動(dòng)模塊與DFB激光器連接，實(shí)現(xiàn)DFB激光器的窄脈沖光輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率窄脈沖激光光源，在所述光波分復(fù)用器(WDM)與DFB 激光器之間設(shè)置光隔離器，它的作用是防止光路中反向光對(duì)大功率窄脈沖激光光源的影響。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率窄脈沖激光光源，在所述摻餌光纖另一端設(shè)置光隔離器，防止部分反射光返回?fù)金D光纖。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大功率窄脈沖激光光源，在所述摻餌光纖光隔離器之間設(shè)置光纖濾波器，僅允許1550士2nm的光波輸出，其他光波進(jìn)行濾除。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率窄脈沖激光光源，其還包括一微處理器(MCU)，其內(nèi)部 D/A輸出模塊連接泵浦激光器恒流驅(qū)動(dòng)模塊，設(shè)置和控制泵浦激光器的光輸出功率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率窄脈沖激光光源，其還包括一微處理器(MCU)，微處理器內(nèi)部D/A輸出模塊連接DFB激光器的窄脈沖偏置驅(qū)動(dòng)模塊，設(shè)置和控制DFB激光器的光輸出光脈沖功率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率窄脈沖激光光源，其還包括一MCU微處理器內(nèi)涵D/A 輸出模塊連接相應(yīng)自動(dòng)溫度控制模塊對(duì)泵浦激光器的工作溫度進(jìn)行不間斷地控制，使其工作溫度恒定。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率窄脈沖激光光源，其還包括一MCU微處理器內(nèi)涵D/A 輸出模塊連接相應(yīng)自動(dòng)溫度控制模塊對(duì)DFB激光器的工作溫度進(jìn)行不間斷地控制，使其工作溫度恒定。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率窄脈沖激光光源，脈沖信號(hào)發(fā)生模塊為可編程邏輯芯片(CPLD)作為主控芯片，輸出納秒級(jí)窄脈沖信號(hào)控制光脈沖觸發(fā)頻率和寬度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的大功率窄脈沖激光光源，所述窄脈沖偏置驅(qū)動(dòng)模塊，其電路采用高速M(fèi)OSFET管及微帶的匹配過(guò)渡技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證了各個(gè)電路模塊的微波信號(hào)輸入阻抗匹配，同時(shí)極大降低了反射損耗，從而實(shí)現(xiàn)DFB激光器的納秒級(jí)光脈沖調(diào)制工作。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種能產(chǎn)生納秒級(jí)大功率窄脈沖光，光峰值功率達(dá)100W脈沖激光光源，其特征在于，包括泵浦激光器，泵浦激光器恒流驅(qū)動(dòng)模塊，DFB激光器，DFB激光器、脈沖信號(hào)發(fā)生模塊、窄脈沖驅(qū)動(dòng)模塊、光波分復(fù)用器(WDM)，摻餌光纖；所述光波分復(fù)用器(WDM)，連接DFB激光器輸出端、泵浦激光器輸出端和摻餌光纖一端，它的作用是將不同波長(zhǎng)的光種子源(DFB激光器產(chǎn)生窄脈沖光)與泵浦光耦合進(jìn)摻餌光纖；所述摻餌光纖，它的作用是當(dāng)DFB激光與泵浦激光同時(shí)注入到摻餌光纖中時(shí)，鉺離子在泵浦激光作用下激發(fā)到高能級(jí)上(三能級(jí)系統(tǒng))，并很快衰變到亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)上，在DFB激光作用下回到基態(tài)時(shí)發(fā)射對(duì)應(yīng)于DFB激光的光子，使DFB激光得到放大；本發(fā)明滿足了分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的發(fā)展需要。
文檔編號(hào)H01S5/12GK102237633SQ20101015465
公開(kāi)日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2010年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月23日
發(fā)明者仝芳軒, 周正仙, 席剛, 楊斌, 皋魏 申請(qǐng)人:上海華魏光纖傳感技術(shù)有限公司