一种具有高重频偏振开关脉冲序列输出的激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种具有高重频偏振开关脉冲序列输出的激光器，激光谐振系统包括晶体光纤、镀膜透镜组Ⅰ、镀膜透镜组Ⅱ、二向色镜Ⅰ、二向色镜Ⅱ、二向色镜Ⅲ和偏振分光棱镜Ⅰ，二向色镜Ⅰ、二向色镜Ⅱ、偏振分光棱镜Ⅰ和二向色镜Ⅲ组成矩形循环光路腔，二向色镜Ⅰ、二向色镜Ⅱ、偏振分光棱镜Ⅰ和二向色镜Ⅲ分别处于矩形的四个顶点处且顺时针依次排列；激光控制系统包括二向色镜Ⅳ、偏振分光棱镜Ⅱ，二向色镜Ⅳ与偏振分光棱镜Ⅰ和二向色镜Ⅱ处于同一光路上，且接收偏振分光棱镜Ⅰ输出的偏振光并反射给偏振分光棱镜Ⅱ；本发明专利技术首次实现包含两种偏振态时域周期性交替转换的高重频偏振开关脉冲序列输出。

A Laser with High Repetition Frequency Polarization Switching Pulse Sequence Output

The invention discloses a laser with high repetition frequency polarization switching pulse sequence output. The laser resonance system includes crystal fiber, coated lens group I, coated lens group II, dichroic mirror I, dichroic mirror II, dichroic mirror III and polarization splitting prism I, dichroic mirror II, polarization splitting prism I and dichroic prism III to form a rectangular circular optical cavity. Dichromoscope I, dichroism II, polarization splitting prism I and dichroism III are located at four vertices of the rectangle and arranged clockwise. Laser control system includes dichroism IV, polarization splitting prism II, dichroism IV and polarization splitting prism I and dichroism II are on the same optical path, and receive polarization light from polarization splitting prism I and reflect it to polarization. The invention realizes for the first time the output of a high repetition frequency polarization switching pulse sequence including two kinds of polarization states periodically alternating in time domain.

【技术实现步骤摘要】
一种具有高重频偏振开关脉冲序列输出的激光器
本专利技术涉及一种激光器，具体是一种具有高重频偏振开关脉冲序列输出的激光器。
技术介绍
偏振复用技术是在物理层面上复用电磁波上的信号，它允许同一载波上有两个信道，分别用两个正交的偏振态表示，这样就可以翻倍传输信息。因此，实现这一技术就需要两个正交偏振态的周期性输出。在光纤激光器和固体激光器中，通过传统的锁模技术，可以产生标量孤子脉冲，该种孤子下的每个脉冲都具有相同的偏振态，要么都是S偏振态激光，要么都是P偏振态激光，要么是其他单一的偏振态。传统锁模技术也可产生矢量孤子脉冲，不同于标量孤子，矢量孤子具有S偏振和P偏振两种不同的偏振态。然而这两个偏振态在时间上是重合的，S偏振态激光和P偏振态激光之间会有强烈的能量交换，容易造成串扰。现有的一些产生周期性S偏振态激光和P偏振态激光的脉冲序列输出的激光器研究中，其输出重复频率普遍在MHz量级。为此，有研究选用极短的普通光纤作增益介质，依据f＝c/(L*n),式中f为脉冲重复频率，c为真空中光速3*108m/s，L为实际腔长，光纤的长度越短，腔长越短，则所得到的脉冲的重复频率就越高。但是就普通光纤而言，光纤长度越短，本身的光增益相应的也越小，也就很难达到锁模的阈值，从而难以获得稳定的脉冲序列。还有研究选用晶体作增益介质，提供足够的增益，同时可以提高脉冲的重复频率，但因为一部分晶体的偏振特性无法实现非线性偏振旋转；还有一部分晶体因为本身长度很短，无法实现满周期的非线性偏振旋转，无法应用于偏振复用技术。目前还没有一种激光器能实现包含两种偏振态时域周期性交替转换的高重频偏振开关脉冲序列输出。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种具有高重频偏振开关脉冲序列输出的激光器，能有效提高输出激光的脉冲重复频率，同时对输出的两种偏振光的光强度实现连续可调，且相互独立传播。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种具有高重频偏振开关脉冲序列输出的激光器，包括激光谐振系统和激光控制系统，所述激光谐振系统包括泵浦源、晶体光纤、光路约束器件和锁模器件，光路约束器件包括镀膜透镜组Ⅰ、镀膜透镜组Ⅱ、二向色镜Ⅰ、二向色镜Ⅱ、二向色镜Ⅲ和偏振分光棱镜Ⅰ，二向色镜Ⅰ、二向色镜Ⅱ、偏振分光棱镜Ⅰ和二向色镜Ⅲ组成矩形循环光路腔，二向色镜Ⅰ、二向色镜Ⅱ、偏振分光棱镜Ⅰ和二向色镜Ⅲ分别处于矩形的四个顶点处且顺时针依次排列；泵浦源与二向色镜Ⅰ和二向色镜Ⅱ均处在同一准直光路上，且泵浦源发出的光通过镀膜透镜组Ⅰ传输给二向色镜Ⅰ；晶体光纤处于二向色镜Ⅰ和二向色镜Ⅱ之间的准直光路上，二向色镜Ⅱ和偏振分光棱镜Ⅰ之间的准直光路上设有镀膜透镜Ⅰ，二向色镜Ⅰ和二向色镜Ⅲ之间的准直光路上设有镀膜透镜Ⅱ；锁模器件与偏振分光棱镜Ⅰ和二向色镜Ⅲ处于同一准直光路上，且锁模器件接收该光路上偏振分光棱镜Ⅰ输出的偏振光；镀膜透镜组Ⅱ处于锁模器件与偏振分光棱镜Ⅰ之间的准直光路上；所述激光控制系统包括二向色镜Ⅳ、偏振分光棱镜Ⅱ、高反射镜Ⅰ和高反射镜Ⅱ，二向色镜Ⅳ与偏振分光棱镜Ⅰ和二向色镜Ⅱ处于同一准直光路上，且二向色镜Ⅳ接收该光路上偏振分光棱镜Ⅰ输出的偏振光并反射给偏振分光棱镜Ⅱ；高反射镜Ⅰ与偏振分光棱镜Ⅱ和二向色镜Ⅳ处于同一准直光路上，且高反射镜Ⅰ对该光路上偏振分光棱镜Ⅱ输出的偏振光进行反射；高反射镜Ⅱ处于偏振分光棱镜Ⅱ的另一准直光路上，且高反射镜Ⅱ对该光路上偏振分光棱镜Ⅱ输出的偏振光进行反射；在高反射镜Ⅰ与偏振分光棱镜Ⅱ之间的准直光路上设有可旋转角度的波片Ⅰ，在高反射镜Ⅱ与偏振分光棱镜Ⅱ之间的准直光路上设有可旋转角度的波片Ⅱ。进一步，所述晶体光纤为高浓度掺杂稀土离子且具有纤芯和包层波导结构的晶体光纤。进一步，所述晶体光纤的掺杂介质为Tm3+或Tm3+、Ho3+共掺的稀土离子，晶体光纤的两端斜角切割，其倾斜角度大于8度或镀有2微米激光在1800nm-2150nm波长范围的增透膜；晶体光纤由具有立方晶系的晶体(比如钇铝石榴石(Y3Al5O12，YAG))或c向切割的其他晶系的晶体拉制而成，其长度在厘米量级。进一步，所述镀膜透镜组Ⅰ和镀膜透镜组Ⅱ均由两个凹面相对放置的平凹透镜组成；所述镀膜透镜组Ⅰ和Ⅱ前后表面均镀有增透膜，其中镀膜透镜组I的增透范围为700-900nm，镀膜透镜组Ⅱ的透范围为1800-2150nm；所述波片Ⅰ和波片Ⅱ均为四分之一波片；所述高反射镜Ⅰ和高反射镜Ⅱ均为2微米波段镀高反射膜的平面高反射镜，其反射率大于99.6％。进一步，所述的锁模器件对1800-2150nm波段的无偏振选择性，具体为在该波段具有可饱和吸收效应的半导体或二维材料，工作波段为1800-2150nm，调制深度为18％-26％，饱和脉冲通量为70-130μJ/cm2。与现有的固体锁模激光器相比，本专利技术采用晶体光纤增益大，容易实现锁模；同时所用晶体光纤具有波导结构，光束质量好，波导结构产生的高通量光束容易实现非线性偏振旋转，解决固体锁模激光器难锁模、难谐振问题。与普通的光纤锁模激光器相比，普通光纤锁模激光器通常光纤长度为米量级，脉冲重复频率为MHz。采用晶体光纤，腔长可缩短至厘米量级，重频可达GHz。实际应用上，本专利技术实现了高重频偏振开关脉冲序列输出，该脉冲序列中各偏振分量(即S偏振态激光和P偏振态激光)独立传播，通过旋转波片的角度可连续调整输出的S偏振态激光和P偏振态激光的强度对比；在应用于通信信道时，由于两脉冲序列没有相互作用，减小了信号串扰几率，提高了光通信的可靠性。此外，由于采用晶体光纤可获得超过GHz的高重复频率，该装置可作为新型偏振复用技术的载波源，提高光通信的信息容量。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术中激光谐振系统的初始光路传输图；图3是图2中S偏振态激光被锁模器件反射后的光路传输图；图4是图3中P偏振态激光被锁模器件反射后的光路传输图；图5是本专利技术中激光控制系统的工作示意图；图6是S偏振态激光和P偏振态激光的脉冲序列示意图；图7是本专利技术中输出激光的光谱示意图；图8是本专利技术中晶体光纤的制备流程图。图中：1、泵浦源，2、镀膜透镜组Ⅰ，3、二向色镜Ⅰ，4、晶体光纤，5、二向色镜Ⅱ，6、镀膜透镜Ⅰ，7、偏振分光棱镜Ⅰ，8、二向色镜Ⅲ，9、镀膜透镜Ⅱ，10、镀膜透镜组Ⅱ，11、锁模器件，12、二向色镜Ⅳ，13、偏振分光棱镜Ⅱ，14、高反射镜Ⅱ，15、波片Ⅱ，16、高反射镜Ⅰ，17、波片Ⅰ。具体实施方式下面将对本专利技术做进一步说明。如图所示，本专利技术包括激光谐振系统和激光控制系统，所述激光谐振系统包括泵浦源1、晶体光纤4、镀膜透镜组Ⅰ2、镀膜透镜组Ⅱ10、二向色镜Ⅰ3、二向色镜Ⅱ5、二向色镜Ⅲ8、偏振分光棱镜Ⅰ7和锁模器件11，二向色镜Ⅰ3、二向色镜Ⅱ5、偏振分光棱镜Ⅰ7(即PBS)和二向色镜Ⅲ8组成矩形循环光路腔，二向色镜Ⅰ3、二向色镜Ⅱ5、偏振分光棱镜Ⅰ7和二向色镜Ⅲ8分别处于矩形的四个顶点处且顺时针依次排列；泵浦源1与二向色镜Ⅰ3和二向色镜Ⅱ5均处在同一准直光路上，且泵浦源1发出的光源通过镀膜透镜组Ⅰ2传输给二向色镜Ⅰ3；晶体光纤4处于二向色镜Ⅰ3和二向色镜Ⅱ5之间的准直光路上，二向色镜Ⅱ5和偏振分光棱镜Ⅰ7之间的准直光路上设有镀膜透镜Ⅰ6，二向色镜Ⅰ3和二向色镜Ⅲ8之本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有高重频偏振开关脉冲序列输出的激光器，其特征在于，包括激光谐振系统和激光控制系统，所述激光谐振系统包括泵浦源、晶体光纤、光路约束器件和锁模器件，光路约束器件包括镀膜透镜组Ⅰ、镀膜透镜组Ⅱ、二向色镜Ⅰ、二向色镜Ⅱ、二向色镜Ⅲ和偏振分光棱镜Ⅰ，二向色镜Ⅰ、二向色镜Ⅱ、偏振分光棱镜Ⅰ和二向色镜Ⅲ组成矩形循环光路腔，二向色镜Ⅰ、二向色镜Ⅱ、偏振分光棱镜Ⅰ和二向色镜Ⅲ分别处于矩形的四个顶点处且顺时针依次排列；泵浦源与二向色镜Ⅰ和二向色镜Ⅱ均处在同一准直光路上，且泵浦源发出的光源通过镀膜透镜组Ⅰ传输给二向色镜Ⅰ；晶体光纤处于二向色镜Ⅰ和二向色镜Ⅱ之间的准直光路上，二向色镜Ⅱ和偏振分光棱镜Ⅰ之间的准直光路上设有镀膜透镜Ⅰ，二向色镜Ⅰ和二向色镜Ⅲ之间的准直光路上设有镀膜透镜Ⅱ；锁模器件与偏振分光棱镜Ⅰ和二向色镜Ⅲ处于同一准直光路上，且锁模器件接收该光路上偏振分光棱镜Ⅰ输出的偏振光；镀膜透镜组Ⅱ处于锁模器件与偏振分光棱镜Ⅰ之间的准直光路上；所述激光控制系统包括二向色镜Ⅳ、偏振分光棱镜Ⅱ、高反射镜Ⅰ和高反射镜Ⅱ，二向色镜Ⅳ与偏振分光棱镜Ⅰ和二向色镜Ⅱ处于同一准直光路上，且二向色镜Ⅳ接收该光路上偏振分光棱镜Ⅰ输出的偏振光并反射给偏振分光棱镜Ⅱ；高反射镜Ⅰ与偏振分光棱镜Ⅱ和二向色镜Ⅳ处于同一准直光路上，且高反射镜Ⅰ对该光路上偏振分光棱镜Ⅱ输出的偏振光进行反射；高反射镜Ⅱ处于偏振分光棱镜Ⅱ的另一准直光路上，且高反射镜Ⅱ对该光路上偏振分光棱镜Ⅱ输出的偏振光进行反射；在高反射镜Ⅰ与偏振分光棱镜Ⅱ之间的准直光路上设有可旋转角度的波片Ⅰ，在高反射镜Ⅱ与偏振分光棱镜Ⅱ之间的准直光路上设有可旋转角度的波片Ⅱ。...

【技术特征摘要】
1.一种具有高重频偏振开关脉冲序列输出的激光器，其特征在于，包括激光谐振系统和激光控制系统，所述激光谐振系统包括泵浦源、晶体光纤、光路约束器件和锁模器件，光路约束器件包括镀膜透镜组Ⅰ、镀膜透镜组Ⅱ、二向色镜Ⅰ、二向色镜Ⅱ、二向色镜Ⅲ和偏振分光棱镜Ⅰ，二向色镜Ⅰ、二向色镜Ⅱ、偏振分光棱镜Ⅰ和二向色镜Ⅲ组成矩形循环光路腔，二向色镜Ⅰ、二向色镜Ⅱ、偏振分光棱镜Ⅰ和二向色镜Ⅲ分别处于矩形的四个顶点处且顺时针依次排列；泵浦源与二向色镜Ⅰ和二向色镜Ⅱ均处在同一准直光路上，且泵浦源发出的光源通过镀膜透镜组Ⅰ传输给二向色镜Ⅰ；晶体光纤处于二向色镜Ⅰ和二向色镜Ⅱ之间的准直光路上，二向色镜Ⅱ和偏振分光棱镜Ⅰ之间的准直光路上设有镀膜透镜Ⅰ，二向色镜Ⅰ和二向色镜Ⅲ之间的准直光路上设有镀膜透镜Ⅱ；锁模器件与偏振分光棱镜Ⅰ和二向色镜Ⅲ处于同一准直光路上，且锁模器件接收该光路上偏振分光棱镜Ⅰ输出的偏振光；镀膜透镜组Ⅱ处于锁模器件与偏振分光棱镜Ⅰ之间的准直光路上；所述激光控制系统包括二向色镜Ⅳ、偏振分光棱镜Ⅱ、高反射镜Ⅰ和高反射镜Ⅱ，二向色镜Ⅳ与偏振分光棱镜Ⅰ和二向色镜Ⅱ处于同一准直光路上，且二向色镜Ⅳ接收该光路上偏振分光棱镜Ⅰ输出的偏振光并反射给偏振分光棱镜Ⅱ；高反射镜Ⅰ与偏振分光棱镜Ⅱ和二向色镜Ⅳ处于同一准直光路上，且高反射镜Ⅰ对该光路上偏振分光棱镜Ⅱ输出的偏振光进行反射；高反射镜Ⅱ处于偏振分光棱镜Ⅱ的另一准直光路上，且高反射镜Ⅱ对该光路上偏振分光棱镜Ⅱ输出的偏振光进行反射；在高反射镜Ⅰ与偏振分光棱...

【专利技术属性】
技术研发人员：周伟，王敬如，沈德元，陈祥，柳阳雨，吴倩倩，葛志祥，邓磊，朱强，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32