一种环境稳定的低重复频率线性腔皮秒掺镱光纤激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种环境稳定的低重复频率线性腔皮秒掺镱光纤激光器，光纤布拉格光栅的任一端与光纤隔离器二相连，光纤布拉格光栅的另一端口与光纤延迟线的一个端口相连，光纤延迟线的另一端口与光纤耦合器的端口一相连，光纤耦合器的端口二与光纤隔离器的输入端相连，光纤隔离器另一端作为皮秒激光脉冲输出端口，光纤耦合器的端口三与掺镱光纤相连，掺镱光纤另一端与波分复用器的公共端相连，波分复用器的泵浦端与泵浦源的输出端相连。本发明专利技术通过在腔内引入光纤耦合器，使得光纤延迟线中的脉冲能量较低，从而降低非线性相移的累积，另一方面利用大模场光纤降低单位长度光纤的非线性相移量。

An environmentally stable low repetition rate linear cavity picosecond ytterbium-doped fiber laser

The invention discloses an environmentally stable low repetition rate linear cavity picosecond Yb-doped fiber laser, in which either end of the fiber Bragg grating is connected to the fiber isolator, the other end of the fiber Bragg grating is connected to one end of the fiber delay line, the other end of the fiber delay line is connected to the port of the fiber coupler, and the port of the fiber coupler is two to the fiber isolator. The input end is connected, the other end of the fiber isolator serves as the output port of picosecond laser pulse, the third end of the fiber coupler is connected with Ytterbium-doped fiber, the other end of Ytterbium-doped fiber is connected with the common end of WDM, and the pump end of WDM is connected with the output end of the pump source. By introducing an optical fiber coupler into the cavity, the pulse energy in the optical fiber delay line is low, thereby reducing the accumulation of the non-linear phase shift. On the other hand, the non-linear phase shift of the unit length optical fiber is reduced by using a large mode field optical fiber.

【技术实现步骤摘要】
一种环境稳定的低重复频率线性腔皮秒掺镱光纤激光器
本专利技术涉及激光精密加工、激光清洗等工业
，尤其涉及一种环境稳定的低重复频率线形腔皮秒掺镱光纤激光器。
技术介绍
1微米波段的低重频、大能量皮秒激光在激光精密加工、激光清洗等领域具有广泛的应用。目前工业界应用的掺镱皮秒激光器主要都是采用线形腔全保偏光纤可饱和吸收体锁模结构，其具有输出脉冲宽度可设计、结构紧凑、稳定可靠的优势。但是，受到调Q不稳定性和非线性相移积累的影响，此类激光器随着腔内抽运功率的增加时分别经过调Q锁模态、单脉冲态和多脉冲态状态。激光器运行在稳定的单脉冲态要求激光器保持足够大的能量同时具有较低的非线性相移。与此相反，当重复频率降低（即增加腔长）时，单脉冲运转状态区域面积被压缩了，导致激光器在受到微扰时发生三种状态的相互渡跃，不能稳定运行。因此，目前的技术方案是，将激光器重复频率设计在20MHz以上，再在激光器外部采用脉冲拾取器将重复频率降低至几MHz量级，这导致了装置的复杂性，降低了能量转换效率。因此，如何获得环境稳定的低重复频率皮秒光纤激光器具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种环境稳定的低重复频率线形腔皮秒掺镱光纤激光器。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种环境稳定的低重复频率线形腔皮秒掺镱光纤激光器，包括有光纤布拉格光栅、光纤延迟线、光纤隔离器一、光纤隔离器二、光纤耦合器、掺镱光纤、波分复用器、泵浦源和带尾纤可饱和吸收体反射镜,所述的光纤布拉格光栅的任一端与光纤隔离器二相连，光纤布拉格光栅的另一端口与光纤延迟线的一个端口相连，光纤延迟线的另一端口与光纤耦合器的端口一相连，光纤耦合器的端口二与光纤隔离器一的输入端相连，光纤隔离器一另一端作为皮秒激光脉冲输出端口，光纤耦合器的端口三与掺镱光纤相连，掺镱光纤另一端与波分复用器的公共端相连，波分复用器的泵浦端与泵浦源的输出端相连，波分复用器的信号端与光纤型可饱和吸收体反射镜输入端相连。所述的光纤布拉格光栅的光纤纤芯模场直径范围10~20μm，反射率>90%，其3dB反射带宽的范围为0.02nm~1nm，中心波长的范围为1000nm~1080nm。所述的掺镱光纤的掺杂成分为镱元素，掺杂基质为硅酸盐玻璃，光纤模场直径范围7~20μm，为单模或多模光纤。所述的光纤布拉格光栅、光纤延迟线、光纤隔离器一、光纤隔离器二、光纤耦合器、掺镱光纤、波分复用器、泵浦源和带尾纤可饱和吸收体反射镜的光纤模场直径范围均为7~20μm，为单模或多模光纤。所述的光纤耦合器的端口一和二分光比范围为50:50~90:10。所述光纤耦合器与掺镱光纤之间的光纤长度、掺镱光纤与波分复用器之间的光纤长度、波分复用器与带尾纤可饱和吸收体反射镜之间的光纤长度均小于30cm；光纤布拉格光栅在腔内的尾纤、光纤延迟线和光纤耦合器的端口一尾纤总长大于15m。本专利技术的优点是：本专利技术通过在腔内引入光纤耦合器，使得光纤延迟线中的脉冲能量较低，从而降低非线性相移的累计，另一方面利用大模场光纤降低单位长度光纤的非线性相移量。通过采用此技术可将激光器的重复频率从现在常见的20MHz降低至2MHz以下，同时保持输出脉冲宽度在此过程中不变。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。具体实施方式如图1所示，一种环境稳定的低重复频率线形腔皮秒掺镱光纤激光器，包括有光纤布拉格光栅1、光纤延迟线2、光纤隔离器一3、光纤隔离器二9、光纤耦合器4、掺镱光纤5、波分复用器6、泵浦源7和带尾纤可饱和吸收体反射镜8,所述的光纤布拉格光栅1的任一端与光纤隔离器二9相连，光纤布拉格光栅1的另一端口与光纤延迟线2的一个端口相连，光纤延迟线2的另一端口与光纤耦合器4的端口一相连，光纤耦合器4的端口二与光纤隔离器一3的输入端相连，光纤隔离器一3另一端作为皮秒激光脉冲输出端口，光纤耦合器4的端口三与掺镱光纤5相连，掺镱光纤5另一端与波分复用器6的公共端相连，波分复用器6的泵浦端与泵浦源7的输出端相连，波分复用器6的信号端与带尾纤可饱和吸收体反射镜8输入端相连。所述的光纤布拉格光栅1的光纤纤芯模场直径范围10~20μm，反射率>90%，其3dB反射带宽的范围为0.02nm~1nm，中心波长的范围为1000nm~1080nm。所述的掺镱光纤5的掺杂成分为镱元素，掺杂基质为硅酸盐玻璃，光纤模场直径范围7~20μm。所述的光纤布拉格光栅1、光纤延迟线2、光纤隔离器一3、光纤隔离器二9、光纤耦合器4、掺镱光纤5、波分复用器6、泵浦源7和带尾纤可饱和吸收体反射镜8的光纤模场直径范围均为7~20μm，为单模或多模光纤。所述的光纤耦合器4的端口一和二分光比范围为50:50~90:10。所述光纤耦合器4与掺镱光纤5之间的光纤长度、掺镱光纤5与波分复用器6之间的光纤长度、波分复用器6与带尾纤可饱和吸收体反射镜8之间的光纤长度均小于30cm；光纤布拉格光栅1在腔内的尾纤、光纤延迟线和光纤耦合器4的端口一尾纤总长大于15m。本专利技术的工作原理：泵浦源7发射泵浦光经波分复用器进入掺镱光纤5，掺镱光纤5中发生粒子数反转并产生宽带的自发辐射光（ASE），正向传输的ASE经过光纤耦合器4，按照分光比进入端口一和二，端口一中的ASE再经过光纤延迟线2到达光纤布拉格光栅1，宽带ASE中的于光栅周期对应的窄带光谱成分被反射回腔内，其余光谱成分透过损耗了，反射的窄带ASE经过掺镱光纤5发生受激辐射，受激辐射到达带尾纤可饱和吸收体反射镜发生可饱和吸收后被反射回腔内。经过多次循环，腔内增益等于损耗激光起振，发射连续激光。由于环境、弛豫过程等微扰，连续激光叠加了无规则的低幅度噪声脉冲，由于可饱和吸收体的反射率和入射光的光腔成正比。因此，噪声脉冲在腔内被放大并且窄化，形成皮秒脉冲；在频域上，可饱和吸收体引入周期性幅度调制，从而导致已起振的连续光的邻近边模起振，并在光纤布拉格光栅的反射带宽内拓展至高阶边模，最终实现“锁模”运转。皮秒脉冲激光在光纤中传输时具有色散和非线性效应，其中过量的非线性相移会导致脉冲产生光波分裂并演化为多脉冲。当加大腔长以减低重复频率时，为确保腔内非线性相移积累依然不突破激光器稳定单脉冲运转所允许的值，必须要同时降低泵浦功率，由此来使腔内循环脉冲能量降低，但不幸的是，当腔内循环脉冲能量过低时，可能会导致SESAM难以达到饱和，进而因所谓的调Q不稳定性效应而无法获得单脉冲锁模运转。因此，非线性相移的管理和控制是实现低重复频率皮秒激光器稳定运转的关键。通过在腔内插入耦合器抽取出脉冲能量，采用大模场光纤增加腔长，并将大模场光纤置于耦合器后端脉冲能量较低的位置，可有效降低非线性相移积累，使得激光器腔长大幅增加后依然存在单脉冲锁模运转区间。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环境稳定的低重复频率线形腔皮秒掺镱光纤激光器，其特征在于：包括有光纤布拉格光栅、光纤延迟线、光纤隔离器一、光纤隔离器二、光纤耦合器、掺镱光纤、波分复用器、泵浦源和带尾纤的可饱和吸收体反射镜,所述的光纤布拉格光栅的任一端与光纤隔离器二相连，光纤布拉格光栅的另一端口与光纤延迟线的一个端口相连，光纤延迟线的另一端口与光纤耦合器的端口一相连，光纤耦合器的端口二与光纤隔离器一的输入端相连，光纤隔离器一另一端作为皮秒激光脉冲输出端口，光纤耦合器的端口三与掺镱光纤相连，掺镱光纤另一端与波分复用器的公共端相连，波分复用器的泵浦端与泵浦源的输出端相连，波分复用器的信号端与光纤型可饱和吸收体反射镜输入端相连。

【技术特征摘要】
1.一种环境稳定的低重复频率线形腔皮秒掺镱光纤激光器，其特征在于：包括有光纤布拉格光栅、光纤延迟线、光纤隔离器一、光纤隔离器二、光纤耦合器、掺镱光纤、波分复用器、泵浦源和带尾纤的可饱和吸收体反射镜,所述的光纤布拉格光栅的任一端与光纤隔离器二相连，光纤布拉格光栅的另一端口与光纤延迟线的一个端口相连，光纤延迟线的另一端口与光纤耦合器的端口一相连，光纤耦合器的端口二与光纤隔离器一的输入端相连，光纤隔离器一另一端作为皮秒激光脉冲输出端口，光纤耦合器的端口三与掺镱光纤相连，掺镱光纤另一端与波分复用器的公共端相连，波分复用器的泵浦端与泵浦源的输出端相连，波分复用器的信号端与光纤型可饱和吸收体反射镜输入端相连。2.根据权利要求1所述的一种环境稳定的低重复频率线形腔皮秒掺镱光纤激光器，其特征在于：所述的光纤布拉格光栅的光纤纤芯模场直径范围7~20μm，反射率>90%，其3dB反射带宽的范围为0.02nm~1nm，中心波长的范围为1000nm~1080nm。3.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛庆和，路桥，马金栋，段典，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34