非线性相位偏置环路锁模器件及其激光器制造技术

本发明专利技术涉及一种非线性相位偏置环路锁模器件及其激光器，该器件包括：封装壳体，分别固定在所述封装壳体的两端的第一准直器和第二准直器，位于所述封装壳体内部的第一反射角镜和第二反射角镜，位于所述第一反射角镜和第二反射角镜之间的合束镜；所述合束镜包括半透半反面；位于所述合束镜与所述第二准直器之间的相位偏置单元；本发明专利技术实施例提供的非线性相位偏置环路锁模器件及其激光器通过相位偏置单元、包括半透半反面的合束镜以及反射角镜将相位偏置、非线性环路锁模以及耦合输出功能集成为一个三端口光纤器件，实现了相位偏置功能和锁模功能的集成化，节省了很多空间，且结构简单，成本低，易于集成，不受环境及偏振态影响，锁模状态重复性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光纤激光器
，尤其涉及一种非线性相位偏置环路锁模器件及其激光器。
技术介绍
光纤飞秒激光器是飞秒激光技术的典型之一。飞秒激光技术是近些年来在量子光学及非线性光学的基础上迅速发展起来的应用技术，其定义为脉宽从几个飞秒到几百飞秒之间的超快激光脉冲，其中1fs＝10～15s。新型的双光子显微镜需要使用飞秒激光作为激发光源，才能够利用双光子效应激发生物荧光蛋白进而成像。在这一分支领域，传统的方法是使用钛宝石激光器作为光源，其优势在于可靠的稳定性和宽带可调谐性。然而，钛宝石激光器成本较高，系统庞大，便携性较差；最近使用蓝光泵浦的钛宝石激光器成本有较大幅度的降低，但其输出功率偏低这一劣势并未得到改善。这无疑限制了双光子显微镜的研究发展。光纤飞秒激光器的使用对双光子显微镜的微型化也是十分必要的，由于激光可以在光纤形成的腔内振荡，不比像空间光路那样考虑很多准直、聚焦、耦合以及晶体相位匹配等问题，这样可以节省很多空间，便于集成。锁模技术是光纤飞秒激光器的核心技术，其要点在于频域内实现增益带宽内的多个模式相位锁定，使得时域内产生超短脉冲。当前较为流行的光纤飞秒激光器的锁模技术分为两类，一类为主动锁模，但需要额外添加主动锁模元件，腔型结构复杂；另一类为被动锁模，腔型结构简单，可以充分利用增益介质的增益带宽。目前锁模中心波长在900–950nm之间的光纤飞秒激光器，其制作方法主要有两大类，第一类线性腔输出900–950nm的超短脉冲，从当前国际上发表的论文来看，腔内必须增加色散元件来平衡色散，这样对单脉冲能量有一定的限制，难以超过0.5nJ；第二类是最新的研究采用W型双包层掺钕光纤作为环形腔内的增益光纤，其横截面折射率分布为W型，即纤芯>外包层>内包层，尽管这种结构的掺钕光纤在室温下即可有效抑制1064nm处的四能级辐射，从而提高900–950nm之间的三能级辐射，然而其与普通单模光纤或者其他双包层光纤的熔接损耗较大，导致光-光转换效率较低，不到1％。总之，现有的900-950nm波段的光纤飞秒激光器存在成本高，结构复杂、难以集成，受环境及偏振状态影响，难于锁模、自启动重复性差等缺陷。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是如何提供一种集成化的相位偏置环路锁模器件。为此目的，本专利技术提出了一种非线性相位偏置环路锁模器件，包括：封装壳体，分别固定在所述封装壳体的两端的第一准直器和第二准直器，位于所述封装壳体内部的第一反射角镜和第二反射角镜，位于所述第一反射角镜和第二反射角镜之间的合束镜；所述合束镜包括半透半反面；位于所述合束镜与所述第二准直器之间的相位偏置单元；经过所述第一准直器的第一激光射向所述第一反射角镜，并经过所述第一反射角镜反射后射向所述合束镜的半透半反面；经过所述第二准直器的第二激光射向所述相位偏置单元，利用所述相位偏置单元使所述第一激光和第二激光的相位差始终保持π/2；所述第二激光经过所述相位偏置单元后射向所述合束镜的半透半反面；其中，经过所述半透半反面透射后的部分所述第一激光和经过所述半透半反面反射后的部分所述第二激光在所述合束镜内发生干涉，并经过所述第二反射角镜反射后，从所述封装壳体的激光输出口输出。优选的，所述合束镜还包括反射面；所述第一激光经过所述半透半反面的反射后射向所述反射面，经过所述反射面的反射后射向所述半透半反面，并在所述半透半反面发生透射和反射，其中，反射的部分光线再次经过所述第一反射角镜到达所述第一准直器，透射的部分光线到达所述第二准直器。优选的，所述相位偏置单元包括磁致旋光晶体和1/4波片，所述第二激光从所述第二准直器出射后，在所述磁致旋光晶体内发生若干次反射和所述1/4波片的折射后射向所述合束镜的半透半反面；其中，所述第二激光在所述磁致旋光晶体内发生若干次反射后，其偏振方向旋转90度；所述1/4波片的快轴与所述第一激光的偏振方向重合，慢轴与所述第二激光的偏振方向重合；或者，所述1/4波片的慢轴与所述第一激光的偏振方向重合，快轴与所述第二激光的偏振方向重合。优选的，所述磁致旋光晶体包括位于所述1/4波片两侧的第一磁致旋光晶体和第二磁致旋光晶体；所述第二激光从所述第二准直器出射后，在所述第一磁致旋光晶体内发生若干次反射，并经过所述1/4波片的折射后射向所述第二磁致旋光晶体，且在所述第二磁致旋光晶体内发生若干次反射后射向所述合束镜的半透半反面。优选的，所述相位偏置单元还包括：位于所述磁致旋光晶体两侧的磁体，所述磁体用于改变所述第二激光的偏振方向。优选的，该器件还包括：设置在所述封装壳体的激光输出口的第三准直器，经过所述第二反射角镜反射的部分第一激光和部分第二激光从所述第三准直器输出。另一方面，本专利技术实施例还提供了一种激光器，包括上述任意一种所述的非线性相位偏置环路锁模器件，还包括：第一光泵浦、第一波分复用器和增益光纤；所述第一光泵浦连接所述第一波分复用器的输入端；所述第一波分复用器包括第一输出端和第二输出端；所述第一输出端连接所述第一准直器；所述第二输出端通过所述增益光纤连接所述第二准直器。优选的，该激光器还包括：第二光泵浦和第二波分复用器；所述第二泵浦连接所述第二波分复用器的输入端；所述第二波分复用器包括第三输出端和第四输出端；所述第三输出端通过所述增益光纤连接所述第一准直器；所述第四输出端连接所述第二准直器。优选的，该激光器还包括：位于所述第一输出端和所述第一准直器之间的第四准直器和第五准直器；所述第四准直器和所述第五准直器之间设有色散补偿单元。优选的，所述色散补偿单元为：透射式光栅或反射式光栅。本专利技术实施例提供的非线性相位偏置环路锁模器件及其激光器，通过相位偏置单元、包括半透半反面的合束镜以及反射角镜将相位偏置、非线性环路锁模以及耦合输出功能集成为一个三端口光纤器件，实现了相位偏置功能和锁模功能的集成化，节省了很多空间，且结构简单，成本低，易于集成，不受环境及偏振态影响，锁模状态重复性好。附图说明通过参考附图会更加清楚的理解本专利技术的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本专利技术进行任何限制，在附图中：图1为本专利技术实施例提供的非线性相位偏置环路锁模器件的结构示意图；图2为本专利技术另一实施例提供的非线性相位偏置环路锁模器件的结构示意图；图3为本专利技术又一实施例提供的非线性相位偏置环路锁模器件的结构示意图；图4为本专利技术再一实施例提供的非线性相位偏置环路锁模器件的结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的激光器的结构示意图；图6为本专利技术另一实施例提供的激光器的结构示意图；图7为本专利技术又一实施例提供的激光器的结构示意图；图8为本专利技术再一实施例提供的激光器的结构示意图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的实施例进行详细描述。在被动锁模光纤飞秒激光器领域，基于非线性环路反射镜锁模原理的激光器近些年发展较快，目前已在掺铒及掺镱光纤激光器中得到应用。光纤环路反射镜把环形光纤作为非线性反射镜，光纤环路有一个接近50:50的分束器，把输出分为两个出口，由于分束器不是精确的50:50，分束器处的干涉就不是100％。若定义输出端口光强与输入端口光强之比为反射率，该反射率受到正反向光的非线性折射率影响，较强的光沿一个方向回路传播会得到较高折射率，使两个方向传播的光之间产生相位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非线性相位偏置环路锁模器件，其特征在于，包括：封装壳体，分别固定在所述封装壳体的两端的第一准直器和第二准直器，位于所述封装壳体内部的第一反射角镜和第二反射角镜，位于所述第一反射角镜和第二反射角镜之间的合束镜；所述合束镜包括半透半反面；位于所述合束镜与所述第二准直器之间的相位偏置单元；经过所述第一准直器的第一激光射向所述第一反射角镜，并经过所述第一反射角镜反射后射向所述合束镜的半透半反面；经过所述第二准直器的第二激光射向所述相位偏置单元，利用所述相位偏置单元使所述第一激光和第二激光的相位差始终保持π/2；所述第二激光经过所述相位偏置单元后射向所述合束镜的半透半反面；其中，经过所述半透半反面透射后的部分所述第一激光和经过所述半透半反面反射后的部分所述第二激光在所述合束镜内发生干涉，并经过所述第二反射角镜反射后，从所述封装壳体的激光输出口输出。

【技术特征摘要】
1.一种非线性相位偏置环路锁模器件，其特征在于，包括：封装壳体，分别固定在所述封装壳体的两端的第一准直器和第二准直器，位于所述封装壳体内部的第一反射角镜和第二反射角镜，位于所述第一反射角镜和第二反射角镜之间的合束镜；所述合束镜包括半透半反面；位于所述合束镜与所述第二准直器之间的相位偏置单元；经过所述第一准直器的第一激光射向所述第一反射角镜，并经过所述第一反射角镜反射后射向所述合束镜的半透半反面；经过所述第二准直器的第二激光射向所述相位偏置单元，利用所述相位偏置单元使所述第一激光和第二激光的相位差始终保持π/2；所述第二激光经过所述相位偏置单元后射向所述合束镜的半透半反面；其中，经过所述半透半反面透射后的部分所述第一激光和经过所述半透半反面反射后的部分所述第二激光在所述合束镜内发生干涉，并经过所述第二反射角镜反射后，从所述封装壳体的激光输出口输出。2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述合束镜还包括反射面；所述第一激光经过所述半透半反面的反射后射向所述反射面，经过所述反射面的反射后射向所述半透半反面，并在所述半透半反面发生透射和反射，其中，反射的部分光线再次经过所述第一反射角镜到达所述第一准直器，透射的部分光线到达所述第二准直器。3.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述相位偏置单元包括磁致旋光晶体和1/4波片，所述第二激光从所述第二准直器出射后，在所述磁致旋光晶体内发生若干次反射和所述1/4波片的折射后射向所述合束镜的半透半反面；其中，所述第二激光在所述磁致旋光晶体内发生若干次反射后，其偏振方向旋转90度；所述1/4波片的快轴与所述第一激光的偏振方向重合，慢轴与所述第二激光的偏振方向重合；或者，所述1/4波片的慢轴与所述第一激光的偏振方向重合，快轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：王爱民，李敏，张志刚，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11