基于全光纤立奥滤光器结构的中红外光纤激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于全光纤立奥滤光器结构的中红外光纤激光器，包括半导体光泵浦源、泵浦合束器和环形谐振腔，环形谐振腔内包括顺次连接的双包层掺Tm3+光纤、耦合器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、偏振无关隔离器及真实可饱和吸收体，所述第一偏振控制器和第二偏振控制器之间还连接有全光纤立奥滤光器结构，全光纤立奥滤光器结构包括顺次连接的第一45°倾斜光纤光栅、保偏光纤及第二45°倾斜光纤光栅。本发明专利技术有效的避免了单纯利用非线性特性锁模需要对泵浦光进行调制而无法自启动，并且通过混合锁模的方式可以缩短腔长，提高重复频率，实现超短锁模脉冲输出，可集成度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种中红外光纤激光器，属于光纤激光器领域，更具体的说是涉及一种基于全光纤立奥滤光器结构的中红外光纤激光器。
技术介绍
高效率、低损耗和体积小的2.0μm波段光纤激光光源目前已被广泛应用于光谱学、红外制导、激光通信以及激光医疗等科研、国防以及民用等领域。特别是由于水分子在近2.0μm区域具有一系列强烈的吸收谱线，人体中含有大量水分子的软组织机体对此波段激光吸收非常强烈，已被广泛用于诸如前列腺增生切割、膀胱肿瘤切除和泌尿结石碎石手术等生物软组织切割医疗领域，值得一提的是，由于2.0μm皮秒量级超短脉冲激光对生物组织作用具有微小热损伤和低震荡波附带损伤，目前高精确度2.0μm皮秒脉冲激光手术刀已经在脑干肿瘤和脑积水等神经外科手术中有临床研究。相对于目前激光医疗中常用2.0μm Tm:YAG固体激光光源，光纤激光器具有光束质量好、转换效率高、耦合损耗低和易于集成等显著优势。因此发展2.0μm中红外光纤激光器，特别是新型超短脉冲光纤激光器有着重要的科学意义和应用价值。目前获得脉冲宽度为皮秒以及飞秒量级超短脉冲的常用方法是锁模，鉴于对激光器稳定性、普遍性、紧凑性和成本以及技术难度的考虑，中红外波段大多采用被动锁模的方式实现超短脉冲。而传统的2.0μm中红外被动锁模光纤激光器主要包括：(1)利用光纤非线性效应的锁模，如非线性放大环形镜、非线性偏振旋转等；(2)基于真实可饱和吸收体的锁模，如半导体可饱和吸收镜、单壁碳纳米管等；(3)基于真实可饱和吸收体和利用光纤非线性效应的混合锁模。由于单纯利用光纤非线性效应锁模需要较长的光纤满足非线性效应和腔内<br/>色散值相互平衡，因此产生的超短脉冲重复频率不高，并且无法自启动；单纯基于真实可饱和吸收体的锁模弛豫时间较长，不易实现超短锁模脉冲输出。近年来，俄罗斯科学院M.A.Chernysheva等人同时基于光纤非线性效应和真实可饱和吸收体的锁模结构，采用非线性放大环形镜和单壁碳纳米管混合锁模结构、以及非线性偏振旋转和单壁碳纳米管混合锁模结构实现了2.0μm波段的被动锁模掺铥光纤激光器。然而，这两种结构存在以下缺陷：(1)结构中只能使用偏振相关光隔离器，目的是作为起偏器；(2)引入非线性放大环形镜的被动锁模结构相较于非线性偏振旋转结构是比较复杂的，并且引入较多的光器件将带来更多额外的耦合损耗；(3)采用上述结构产生的锁模孤子脉冲，其光谱具有明显的克里边带，脉冲光谱克里边带阻碍了脉冲时域进一步窄化和峰值功率提高。而且，光谱边带会引起相邻孤子脉冲间的相互作用，造成脉冲定时抖动，加剧长距离通信的误码率，严重制约了光纤信息容量的扩展，这对锁模光纤激光器在光纤通信领域的实际应用造成了很大的障碍。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术的不足，提供了一种基于全光纤立奥滤光器结构的中红外光纤激光器，解决了以往中红外光纤激光器无法自启动和重复频率低、弛豫时间较长及不易实现超短锁模脉冲输出的技术难题。为解决上述的技术问题，本专利技术采用以下技术方案：基于全光纤立奥滤光器结构的中红外光纤激光器,包括半导体光泵浦源、泵浦合束器和环形谐振腔，环形谐振腔内包括顺次连接的双包层掺Tm3+光纤、耦合器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、偏振无关隔离器及真实可饱和吸收体，所述第一偏振控制器和第二偏振控制器之间还连接有全光纤立奥滤光器结
构，全光纤立奥滤光器结构包括顺次连接的第一45°倾斜光纤光栅、保偏光纤及第二45°倾斜光纤光栅；其中，所述耦合器的耦合比为10:90，包括10％输出端口和90％输出端口共两个端口，所述10％输出端口连接有输出光纤，所述90％输出端口与所述第一偏振控制器连接；所述半导体光泵浦源为二极管激光泵浦源。所述半导体光泵浦源的泵浦源波长为793nm或1550nm。所述真实可饱和吸收体为单壁碳纳米管。上述所有元器件的尾纤均为单模光纤。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术采用全光纤立奥滤光器结构有效的避免了单纯利用非线性特性锁模需要对泵浦光进行调制而无法自启动，并且通过混合锁模的方式可以缩短腔长，提高重复频率，实现超短锁模脉冲输出，可集成度高，有利于便携化和实际利用。2、本专利技术采用45°倾斜光纤光栅作为起偏器，起偏器为全光纤结构，不需要选用偏振相关隔离器，能提供更多的隔离器选择性，结构简单，成本低。3、本专利技术中温度对保偏光纤折射率的改变可以引起全光纤立奥滤光器透射波长可调谐特性，改变透过的光的中心波长，其透射谱将随着温度的升高而蓝移。4、本专利技术可移植性高，可以有效地抑制光谱克里边带，作能有效地减弱光谱克里边带急剧放大导致的主峰放大效率低的问题，可以进一步缩短脉宽，提高功率放大效率。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。图1所示为本专利技术的结构示意图；图2所示为本专利技术双包层掺Tm3+光纤中产生微米中红外激光能级示意图；图中的标记分别表示为：1、半导体光泵浦源；2、泵浦合束器；3、双包层掺Tm3+光纤；4、耦合器；5、第一偏振控制器；6、第一45°倾斜光纤光栅；7、保偏光纤；8、第二45°倾斜光纤光栅；9、第二偏振控制器；10、偏振无关隔离器；11、真实可饱和吸收体。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。本专利技术的实施方式包括但不限于下列实施例。如图1所示的基于全光纤立奥滤光器结构的中红外光纤激光器,包括半导体光泵浦源1、泵浦合束器2和环形谐振腔，环形谐振腔内包括顺次连接的双包层掺Tm3+光纤3、耦合器4、第一偏振控制器5、第二偏振控制器9、偏振无关隔离器10及真实可饱和吸收体11，所述第一偏振控制器5和第二偏振控制器9之间还连接有全光纤立奥滤光器结构，全光纤立奥滤光器结构包括顺次连接的第一45°倾斜光纤光栅6、保偏光纤7及第二45°倾斜光纤光栅8；其中，所述耦合器4的耦合比为10:90，包括10％输出端口和90％输出端口共两个端口，所述10％输出端口连接有输出光纤，所述90％输出端口与所述第一偏
振控制器5连接；所述半导体光泵浦源1为二极管激光泵浦源。所述半导体光泵浦源1的泵浦源波长为793nm或1550nm。所述真实可饱和吸收体11为单壁碳纳米管。上述所有元器件的尾纤均为单模光纤。本实施例的所述半导体激光泵浦源1产生波长为793nm的连续泵浦光并由泵浦合束器2耦合进环形谐振腔，通过由双包层掺Tm3+(正三价铥离子)光纤3、耦合器4、第一偏振控制器5、第一45°倾斜光纤光栅6、保偏光纤7、第二45°倾斜光纤光栅8、第二偏振控制器9、偏振无关隔离器10和真实可饱和吸收体11组成的环形谐振腔中振荡形成2.0μm的激光，最后由耦合器4分光输出。其中，如图2所示，双包层掺Tm3+光纤3对应于波长为793nm的泵浦源并产生波长为2.0μm的激光，即半导体激光泵浦源1为二极管激光泵浦源，产生波长为793nm的连续泵浦光，经过泵浦合束器2耦合进入双包层掺Tm3+光纤3的内包层中，基态能级3H6上的Tm3+吸收793nm泵浦光后被激发到激光上能级3H4，此时，若Tm3+的浓度足够高，相邻的两个Tm3+间将发生交叉驰豫过程(3H4，3H6→3F4，3F4)，一个Tm3+通过光子自猝灭过程从能级3H4弛豫到能级3F4，同时释放出光子，将另外一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于全光纤立奥滤光器结构的中红外光纤激光器,其特征在于：包括半导体光泵浦源(1)、泵浦合束器(2)和环形谐振腔，环形谐振腔内包括顺次连接的双包层掺Tm3+光纤(3)、耦合器(4)、第一偏振控制器(5)、第二偏振控制器(9)、偏振无关隔离器(10)及真实可饱和吸收体(11)，所述第一偏振控制器(5)和第二偏振控制器(9)之间还连接有全光纤立奥滤光器结构，全光纤立奥滤光器结构包括顺次连接的第一45°倾斜光纤光栅(6)、保偏光纤(7)及第二45°倾斜光纤光栅(8)；其中，所述耦合器(4)的耦合比为10:90，包括10％输出端口和90％输出端口共两个端口，所述10％输出端口连接有输出光纤，所述90％输出端口与所述第一偏振控制器(5)连接。

【技术特征摘要】
1.基于全光纤立奥滤光器结构的中红外光纤激光器,其特征在于：包括半导体光泵浦源(1)、泵浦合束器(2)和环形谐振腔，环形谐振腔内包括顺次连接的双包层掺Tm3+光纤(3)、耦合器(4)、第一偏振控制器(5)、第二偏振控制器(9)、偏振无关隔离器(10)及真实可饱和吸收体(11)，所述第一偏振控制器(5)和第二偏振控制器(9)之间还连接有全光纤立奥滤光器结构，全光纤立奥滤光器结构包括顺次连接的第一45°倾斜光纤光栅(6)、保偏光纤(7)及第二45°倾斜光纤光栅(8)；其中，所述耦合器(4)的耦合比为10:90，包括10％输出端口和90％输出端口共两个端口，所述10％输出端口...

【专利技术属性】
技术研发人员：李剑峰，胡韵箫，罗鸿禹，翟波，刘永，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51