本发明属于可调谐光纤激光器技术领域，尤其是一种频率精细可调谐的单频短腔光纤激光器。
背景技术：
可调谐光纤激光器因其具有波长灵活可调、线宽窄、使用寿命高、成本经济的特点，其具有广泛应用，尤其是它与光纤通信系统兼容性能好，其已成为全光网络中实现全光波长编号、光交叉互联、光插分复等功能的关键器件。此外，波长可调谐光纤激光器还可以应用于如传感器领域中的扫描光源和实现单点、多点及传感阵列的实时监控等方面，以及还可以应用于激光雷达、激光遥感和光谱测量分析等领域。
目前，可调谐光纤激光器大多是采用光纤布拉格光栅（FBG）的调谐方式，而且光纤布拉格光栅的调谐方法因光纤布拉格光栅与光纤之间的良好兼容性、低成本、低损耗、易与其他光纤耦合、对偏振不敏感以及封装简单等特点，已经应用于商业用途。
其中，这种商用的可调谐光纤激光器大多采用应力调谐的方式，即利用压电陶瓷（PZT）在光纤光栅上施加轴向应力，通过改变光纤光栅轴向应变来调节光纤光栅的布拉格（Bragg）波长变化，从而实现波长调谐。但是，目前反射带宽较窄的光纤光栅主要是利用相位掩膜法制作的，制作过程中需要剥除光纤的涂覆层，造成光纤光栅易断裂，抗拉强度低等缺点；而且有源光纤和光纤光栅熔接点很容易受到光纤光栅应力变化的影响。另外，光纤光栅的基本光学特性是以布拉格（Bragg）波长为中心的窄带光学滤波器，它只反射布拉格（Bragg）中心波长的光。当光纤布拉格光栅受到外力作用时，由于弹光效应的作用以及光栅周期的变化，将引起光纤布拉格光栅反射波中心波长的偏移；而当波长偏移至激光另一个模式时，输出激光波长发生改变，也即实现了调谐。这种调谐方法的结果是调谐波长是分立的，此外调谐间隔至少为一个模间距。受到光纤布拉格光栅（FBG）应力施加限制，光纤光栅应力调谐的调谐范围相对较小。对于短腔或者超短腔来说，其模间距较大，最后能够出射的激光波长或者频率较小。综上所述，基于光纤布拉格光栅（FBG）应力调谐的光学激光器真正能够传输的信道减小，大大浪费传输资源。
技术实现要素：
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种频率精细可调谐的单频短腔光纤激光器，本发明将有源掺铒光纤与含有压电陶瓷在内的压电陶瓷触发器连接，通过精确控制压电陶瓷的伸缩量来主动控制掺铒光纤的长度，从而改变激光器输出频率，实现可调谐，本发明具有结构稳定、有效传输信道多、寿命更长等优点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种频率精细可调谐的单频短腔光纤激光器，包括激光泵浦源、光学谐振腔、调谐装置，激光泵浦源的输出端连接光纤隔离器，光纤隔离器与光学谐振腔的输入端口连接，光学谐振腔的输出端口输出经光学谐振腔放大后的激光，其特征在于：光纤谐振腔包括高反射布拉格光纤光栅和低反射布拉格光纤光栅，高反射布拉格光纤光栅的一端与光纤隔离器连接，高反射布拉格光纤光栅的另一端与掺铒光纤的输入端连接，掺铒光纤的输出端与低反射布拉格光纤光栅连接，低反射布拉格光纤光栅的输出端与光学谐振腔的输出端口连接，所述调谐装置包括含有压电陶瓷和位置传感器在内的压电陶瓷触发器、以及与压电陶瓷触发器固定连接形成与压电陶瓷同步运动配合关系的被驱动件，该压电陶瓷触发器和被驱动件沿掺铒光纤轴向依次安装于掺铒光纤上。
上述结构中，泵浦光源激光经过高反射布拉格光纤光栅进入激光谐振腔（由一对匹配好的高反射和低反射布拉格光纤光栅构成了激光谐振腔），泵浦光进入谐振腔后被掺铒光纤吸收并产生激光，产生的激光经低反射保偏光纤光栅的输出端输出，上述结构通过改变与掺铒光纤相连的压电陶瓷的伸缩长度来带动掺铒光纤的长度发生编号，从而实现激光频率调谐的输出。
进一步的，所述激光泵浦源采用带尾纤的半导体激光器，该半导体激光器通过尾纤与高反射布拉格光纤光栅的输入端熔接。
上述结构中，可调谐光纤激光泵浦源采用的是半导体激光器，泵浦源可以实现连续稳定输出，同时它的输出功率是可以通过控制电流而调节的。激光由尾纤输出，尾纤通过熔接与光纤隔离器一端相连，而光纤隔离器另一端与高反射光纤光栅相连。
进一步的，所述高反射布拉格光纤光栅的反射率为99.99%。
上述结构中，高反射布拉格光纤光栅的中心波长为1550.02nm，反射带宽为0.29nm，长度为5mm。
进一步的，所述掺铒光纤中掺有增益介质，该增益介质为磷酸盐介质。
上述结构中，本发明使用的掺铒光纤优选为磷酸盐掺铒光纤，在1530nm的纤芯峰值吸收率超过200dB/m，其长度为15mm。
进一步的，所述低反射布拉格光纤光栅采用保偏型光纤光栅，激光反射率不低于70%，带宽小于0.02nm。
上述结构中，低反射光纤光栅为保偏型光纤光栅，其反射率优选为70%，中心波长为1549.98nm，其反射带宽为0.02nm，其有效长度小于等于100mm。
进一步的，所述压电陶瓷触发器为全陶瓷封闭式装配结构，该全陶瓷封闭式装配结构内含有压电陶瓷和位置传感器，该压电陶瓷的位移精度为亚纳米级。
进一步的，所述封闭式装配结构呈圆柱体结构，该圆柱体外表面经胶粘于掺铒光纤外周。
进一步的，所述被驱动件为圆柱体结构，该圆柱体外表面经胶粘于掺铒光纤外周，圆柱体一径向端面的中心经紧固件与压电陶瓷触发器的一径向端面中心连接。
上述结构中，调谐装置包括一块圆柱体结构的压电陶瓷触发器和同直径的不锈钢圆柱。压电陶瓷触发器一端有一段圆柱凸起，可套入不锈钢圆柱内，并可用螺丝固定，压电陶瓷触发器另一端与控制器相连，可利用控制器改变压电陶瓷的长度，利用粘胶剂分别将压电陶瓷触发器、不锈钢圆柱与掺铒光纤粘结在一起。
采用上述方案，本发明设计一种新的激光器调谐装置和调谐方法，具体的是将有源掺铒光纤一端用粘合剂固定在压电陶瓷触发器上，有源掺铒光纤的另一端与与压电陶瓷同一尺寸的圆柱形金属块相连；本发明通过精确控制压电陶瓷的伸缩量来主动控制激光器掺铒光纤长度，从而改变激光器输出频率，实现可调谐；本发明的整个激光器主体结构封装在隔震保温的密闭结构中，利用半导体制冷片保证谐振腔常温。在激光器输入和输出端连接隔离器（ISO），保证单向传输。
本发明利用压电陶瓷与掺铒光纤相连，避免了剥除光纤的涂覆层的步骤，从而避免光纤光栅断裂，此外也避免了掺铒光纤和光纤光栅的熔接点受到光纤光栅应力变化的影响；另，本发明通过压电陶瓷填充于封闭式装配结构体中避免外界环境对其精确度的影响，从而可以精度控制压电陶瓷的伸缩量，反馈得到掺铒光纤的长度实际变化量；本发明所用压电陶瓷的最小位移精度为亚纳米量级，可以实现3MHz左右的调谐间隔，最大伸缩长度为30um，能够达到10GHz的调谐范围，具有更大的通信信道，能提供更高更大的传输速率和传输容量。本发明在整个调谐范围内可实现线性调谐，并且调谐重复精度低于0.6%，调谐速率快。相比基于FBG应力调谐的调谐方案，本发明具有结构稳定、有效传输信道多，寿命更长等优点。
下面结合附图对本发明作进一步描述。
附图说明
附图1为本实施例的可调谐DBR激光器主体结构；
附图中，各标号所代表的部件例表如下：
激光泵浦源1（带尾纤输出的半导体激光器）、光纤隔离器2、不锈钢圆柱体3、堆叠式压电陶瓷触发器4、高反射布拉格光纤光栅5、掺杂磷酸盐掺铒光纤6、低反射保偏型布拉格光纤光栅7。
具体实施方式
本发明的具体实施例如图1所示是频率精细可调谐的单频短腔DBR光纤激光器，该激光器包括带光纤隔离器2的激光泵浦源1、高反射布拉格光纤光栅5、掺有激光增益介质的掺铒光纤6、低反射保偏型布拉格光纤光栅7、调谐装置，高反射布拉格光纤光栅5和低反射保偏型布拉格光纤光栅7构成光学谐振腔，激光泵浦源1的输出端连接光纤隔离器2，光纤隔离器2与光学谐振腔的输入端口连接，光学谐振腔的输出端口输出经光学谐振腔放大后的激光，高反射布拉格光纤光栅5的一端与光纤隔离器2连接，高反射布拉格光纤光栅5的另一端与掺铒光纤6的输入端连接，掺铒光纤6的输出端与低反射保偏型布拉格光纤光栅7连接，低反射保偏型布拉格光纤光栅7的输出端与光学谐振腔的输出端口连接，调谐装置包括含有压电陶瓷和位置传感器在内的堆叠式压电陶瓷触发器4、以及与堆叠式压电陶瓷触发器4固定连接形成与压电陶瓷同步运动配合关系的被驱动件，该堆叠式压电陶瓷触发器4和被驱动件沿掺铒光纤6轴向依次安装于掺铒光纤6上。上述泵浦光源激光经过高反射布拉格光纤光栅5进入激光谐振腔（由一对匹配好的高反射和低反射保偏型布拉格光纤光栅7构成了激光谐振腔），泵浦光被高掺铒光纤6吸收并产生激光，产生的激光经低反射保偏光纤光栅输出端输出，本发明通过改变与掺铒光纤6相连的压电陶瓷的伸缩长度来改变掺铒光纤6的长度，从而实现激光频率调谐输出。
上述可调谐光纤激光泵浦源1采用的是半导体激光器，泵浦源可以实现连续稳定输出，同时它的输出功率可以通过控制电流进行调节。激光泵浦源1的输出端通过尾纤与光纤隔离器2连接，尾纤通过熔接与光纤隔离器2一端相连，而光纤隔离器2另一端与高反射布拉格光纤光栅5熔接。
上述高反射布拉格光纤光栅5的反射率为99.99%，中心波长为1550.02nm，反射带宽为0.29nm，长度为5mm。低反射保偏型布拉格光纤光栅7为保偏型光纤光栅，其反射率为70%，中心波长为1549.98nm，其反射带宽为0.02nm，其有效长度长度小于等于100mm。
本发明使用的掺铒光纤6优选为磷酸盐掺铒光纤6。在1530nm的纤芯峰值吸收率超过200dB/m。其长度为15mm，直径为12mm。
上述调谐装置中的被驱动件为一块呈圆柱体结构的堆叠式压电陶瓷触发器4、与堆叠式压电陶瓷触发器4同直径的不锈钢圆柱体3。堆叠式压电陶瓷触发器4的一端有一段圆柱凸起，可套入不锈钢圆柱体3内，并用螺丝固定。利用粘胶分别将堆叠式压电陶瓷触发器4和不锈钢圆柱体3分别与掺铒光纤6粘结在一起。堆叠式压电陶瓷触发器4的另一端与电压控制器相连，可利用控制器来调节压电陶瓷的伸缩长度，从而对掺铒光纤6的长度进行调节，实现激光频率调谐输出。
本发明专利的工作原理如下：半导体激光泵浦源1发出的激光经过光纤隔离器2后通过高反射布拉格光纤光栅5入射到掺铒光纤6中，掺铒光纤6吸收泵浦光反射激光，激光在由高反射布拉格光纤光栅5和低反射保偏型布拉格光纤光栅7构造的谐振腔内来回震荡从而不断放大从而经过低反射保偏型布拉格光纤光栅7输出。本发明将堆叠式压电陶瓷（PZT）触发器4与掺铒光纤6黏合，通过精确控制压电陶瓷的伸缩量来主动控制激光器掺铒光纤6长度，从而改变激光器输出频率，实现可调谐。
本发明不局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本发明的，或者凡是采用本发明的设计结构和思路，做简单变化或更改的，都落入本发明的保护范围。