可同时产生孤子和类噪声脉冲的全光纤超短脉冲光源制造技术

可同时产生孤子和类噪声脉冲的全光纤超短脉冲光源，属于光信息技术领域，为了解决现有全光纤超短脉冲光源输出脉冲工作状态单一的技术问题，包括第一泵浦源、第二泵浦源、第一波分复用器、第二波分复用器、掺铒光纤、第一耦合器、高非线性光纤、第二耦合器、第一偏振控制器、偏振相关隔离器，光环行器，反射式可调光衰减器和第二偏振控制，本发明专利技术采用衰减可控的锁模结构及双耦合器分光结构，在同一激光谐振腔结构中，可实现性能稳定的孤子脉冲和高脉冲能量的类噪声脉冲同时输出，增加了全光纤超短脉冲光源的实用性，大幅度降低成本，可适用于光通信、传感、成像、非线性频率变换等领域。

All fiber ultrashort pulse light source which can produce soliton and noise like pulse at the same time

【技术实现步骤摘要】
可同时产生孤子和类噪声脉冲的全光纤超短脉冲光源
本专利技术涉及一种可同时产生孤子和类噪声脉冲的全光纤超短脉冲光源，属于光信息

技术介绍
超短脉冲光源指脉冲的时域宽度小于皮秒量级激光，超短脉冲光源在医疗、军事、通信、测距、中红外光源产生等领域具有重要的应用，已成为当今最具发展前景的激光技术之一。采用全光纤谐振腔结构产生超短脉冲激光具有体积小，散热性好，制作工艺简单的特点，因此全光纤超短脉冲激光具有较高的可靠性和较低的成本，适合大规模生产与应用。此外，通过合适地控制光纤谐振腔的总色散值及非线性效应等参数，可分别实现传统孤子脉冲、色散管理孤子脉冲、自相似脉冲和类噪声脉冲几种工作状态。目前，全光纤超短脉冲激光的产生多采用多纵模的相位锁定方法实现，主要采用石墨烯、黑鳞等二维材料可饱和吸收体或光纤环形镜、非线性偏振旋转等光纤锁模结构。然而上述方案仍存在一个共性的问题，即输出的超短脉冲通常维持在单一的工作状态，实际应用中如同时需要两种以上不同运转状态的超短脉冲，需搭建两个不同的激光谐振腔，这很大程度增加了系统的复杂性和成本。中国专利公开号为“CN105977784A”，公开了“一种类噪声脉冲发生器”，如图1所示，该发生器包括泵浦源以及光纤环形腔，其特征在于：所述的光纤环形腔包括用光纤依次连接并形成闭环结构的波分复用器、掺杂型光纤、光隔离器、起偏器、偏振控制器以及光纤耦合器，所述的泵浦源与波分复用器的泵浦端口连接，所述的光纤耦合器包括环路输出端口、目标输出端口以及输入端口，所述的输入端口与波分复用器的公共端口通过由所述掺杂型光纤、所述光隔离器、所述起偏器以及所述偏振控制器依次连接形成的连接环路段连接，所述的环路输出端口与所述波分复用器的信号端口进行连接，所述的目标输出端口用于输出“类噪声”脉冲。该专利采用标准环形腔结构，采用起偏器和偏振控制器实现锁模，利用光纤的拉曼效应辅助产生宽带类噪声脉冲，使用10％的能量输出耦合器，在全正色散区域产生宽带类噪声脉冲。但该专利中当锁模脉冲自启动后，受谐振腔结构限制，输出的超短脉冲只能工作在类噪声脉冲一种状态，无法同时输出性能更稳定的常规孤子脉冲。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有全光纤超短脉冲光源输出脉冲工作状态单一的技术问题，提出了一种可同时产生孤子和类噪声脉冲的全光纤超短脉冲光源。可大幅度降低系统的复杂性，在降低成本的同时，进一步推动全光纤锁模脉冲光源在更多前沿领域的应用。本专利技术采用以下技术方案：可同时产生孤子和类噪声脉冲的全光纤超短脉冲光源，其特征是，第一泵浦源与第一波分复用器的a端连接，第二泵浦源与第二波分复用器的d端连接，第一波分复用器的c端、第二波分复用器的f端分别与掺铒光纤的两端连接，第二波分复用器的e端与第一耦合器的h端连接，第一耦合器的i端与高非线性光纤连接，高非线性光纤的另一端与第二耦合器的k端连接，第二耦合器的l端与第一偏振控制器连接；第一偏振控制器的另一端与偏振相关隔离器的输入端连接，偏振相关隔离器的输出端端与光环行器的n端连接，光环行器o端与反射式可调光衰减器连接，光环行器的p端与第二偏振控制器连接，构成衰减可控的非线性偏振旋转锁模结构，第二偏振控制器的另一端与第一波分复用器的b端连接，形成全光纤环形谐振腔结构；同时开启第一泵浦源和第二泵浦源并合适地调节泵浦功率，总泵浦功率400-550mW范围内，泵浦光分别通过第一波分复用器和第二波分复用器注入到掺铒光纤，产生顺时针和逆时针两个方向运转增益，其中逆时针方向的增益被偏振相关隔离器隔离，顺时针方向的增益在非线性偏振旋转效应的作用下，形成稳定的常规孤子锁模脉冲，其中占总功率5％的孤子脉冲由第一耦合器的j端口输出，剩余95％的孤子脉冲由第一耦合器的i端注入到高非线性光纤，在孤子坍塌效应的作用下，孤子脉冲在高非线性光纤中传输过程中逐渐演化为类噪声脉冲，占总功率50％的类噪声脉冲由第二耦合器的m端口输出，剩余50％的类噪声脉冲依次经过第一偏振控制器、偏振相关隔离器后，入射至光环行器的n端口，并由环行器的o端口入射至反射式可调光衰减器，衰减后的光脉冲由环行器的p端口入射至第二偏振控制器，并在掺铒光纤中被放大，从而被还原成常规孤子脉冲。本专利技术的有益效果：本专利技术采用衰减可控的锁模结构及双耦合器分光结构，在同一激光谐振腔结构中，可实现性能稳定的孤子脉冲和高脉冲能量的类噪声脉冲同时输出，增加了全光纤超短脉冲光源的实用性，大幅度降低成本，可适用于光通信、传感、成像、非线性频率变换等领域。本专利技术采用全光纤环形谐振腔结构，结构简单，阈值低，抗干扰能力强，输出激光脉冲宽度窄，性能稳定，如无结构破坏，激光器可始终持续工作，适合大批量生产，可大规模应用工业加工、科学研究等领域。附图说明图1为本专利技术可同时产生孤子和类噪声脉冲的全光纤超短脉冲光源结构示意图。图2(a)为孤子脉冲输出光谱图；2(b)为孤子脉冲时域序列图；2(c)为孤子脉冲自相关曲线；(d)为孤子脉冲频谱图。图3(a)为类噪声脉冲输出光谱图；3(b)为类噪声脉冲自相关曲线；3(c)为类噪声脉冲自相关曲线尖峰放大图；具体实施方式下面结合附图对本专利技术做详细说明。如图1所示，可同时产生孤子和类噪声脉冲的全光纤超短脉冲光源，包括第一泵浦源1、第二泵浦源2、第一波分复用器3、第二波分复用器4、掺铒光纤5、第一耦合器6、高非线性光纤7、第二耦合器8、第一偏振控制器9、偏振相关隔离器10，光环行器11，反射式可调光衰减器12和第二偏振控制13。谐振腔部分，泵浦光注入到增益光纤的两端，构成双向泵浦结构。第一泵浦源1与第一波分复用器3的a端连接，第二泵浦源2与第二波分复用器4的d端连接，第一波分复用器3的c端、第二波分复用器4的f端分别与掺铒光纤5的两端连接，第二波分复用器4的e端与第一耦合器6的h端连接，第一耦合器6的i端与高非线性光纤7连接，高非线性光纤7的另一端与第二耦合器8的k端连接，第二耦合器8的l端与第一偏振控制器9连接，第一偏振控制器9的另一端与偏振相关隔离器10的输入端连接，偏振相关隔离器10的输出端端与光环行器的n端连接，光环行器11的o端与反射式可调光衰减器12连接，光环行器的p端与第二偏振控制器13连接，构成衰减可控的非线性偏振旋转锁模结构，第二偏振控制器13的另一端与第一波分复用器3的b端连接，形成全光纤环形谐振腔结构。上述各器件均通过尾纤熔接。锁模结构部分，第一偏振控制器9、偏振相关隔离器10、第二偏振控制器13共同构成非线性偏振旋转锁模结构，用来实现谐振腔内多纵模的相位锁定。光环形器11和反射式可调光衰减器12构成的谐振腔损耗控制结构，使谐振腔内非线性效应与损耗之间达到动态平衡，并通过设置两个不同位置的输出耦合器，可实现孤子与类噪声脉冲同时输出。其中，第一泵浦源1和第二泵浦源2的波长为976nm，最大输出功率均为400mW。掺铒光纤5选取高掺杂浓度的单模掺铒光纤，作为增益光纤，输出波段为1550nm波段，长度为15cm。如在谐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.可同时产生孤子和类噪声脉冲的全光纤超短脉冲光源，其特征是，第一泵浦源(1)与第一波分复用器(3)的a端连接，第二泵浦源(2)与第二波分复用器(4)的d端连接，第一波分复用器(3)的c端、第二波分复用器(4)的f端分别与掺铒光纤(5)的两端连接，第二波分复用器(4)的e端与第一耦合器(6)的h端连接，第一耦合器(6)的i端与高非线性光纤(7)连接，高非线性光纤(7)的另一端与第二耦合器(8)的k端连接，第二耦合器(8)的l端与第一偏振控制器(9)连接；第一偏振控制器(9)的另一端与偏振相关隔离器(10)的输入端连接，偏振相关隔离器(10)的输出端端与光环行器的n端连接，光环行器(11)o端与反射式可调光衰减器(12)连接，光环行器(11)的p端与第二偏振控制器(13)连接，构成衰减可控的非线性偏振旋转锁模结构，第二偏振控制器(13)的另一端与第一波分复用器(3)的b端连接，形成全光纤环形谐振腔结构；/n同时开启第一泵浦源(1)和第二泵浦源(2)并合适地调节泵浦功率，总泵浦功率400-550mW范围内，泵浦光分别通过第一波分复用器(3)和第二波分复用器(4)注入到掺铒光纤(5)，产生顺时针和逆时针两个方向运转增益，其中逆时针方向的增益被偏振相关隔离器(10)隔离，顺时针方向的增益在非线性偏振旋转效应的作用下，形成稳定的常规孤子锁模脉冲，其中占总功率5％的孤子脉冲由第一耦合器(6)的j端口输出，剩余95％的孤子脉冲由第一耦合器(6)的i端注入到高非线性光纤(7)，在孤子坍塌效应的作用下，孤子脉冲在高非线性光纤(7)中传输过程中逐渐演化为类噪声脉冲，占总功率50％的类噪声脉冲由第二耦合器(8)的m端口输出，剩余50％的类噪声脉冲依次经过第一偏振控制器(9)、偏振相关隔离器(10)后，入射至光环行器(11)的n端口，并由环行器(11)的o端口入射至反射式可调光衰减器(12)，衰减后的光脉冲由环行器(11)的p端口入射至第二偏振控制器(13)，并在掺铒光纤(5)中被放大，从而被还原成常规孤子脉冲。/n...

【技术特征摘要】
1.可同时产生孤子和类噪声脉冲的全光纤超短脉冲光源，其特征是，第一泵浦源(1)与第一波分复用器(3)的a端连接，第二泵浦源(2)与第二波分复用器(4)的d端连接，第一波分复用器(3)的c端、第二波分复用器(4)的f端分别与掺铒光纤(5)的两端连接，第二波分复用器(4)的e端与第一耦合器(6)的h端连接，第一耦合器(6)的i端与高非线性光纤(7)连接，高非线性光纤(7)的另一端与第二耦合器(8)的k端连接，第二耦合器(8)的l端与第一偏振控制器(9)连接；第一偏振控制器(9)的另一端与偏振相关隔离器(10)的输入端连接，偏振相关隔离器(10)的输出端端与光环行器的n端连接，光环行器(11)o端与反射式可调光衰减器(12)连接，光环行器(11)的p端与第二偏振控制器(13)连接，构成衰减可控的非线性偏振旋转锁模结构，第二偏振控制器(13)的另一端与第一波分复用器(3)的b端连接，形成全光纤环形谐振腔结构；
同时开启第一泵浦源(1)和第二泵浦源(2)并合适地调节泵浦功率，总泵浦功率400-550mW范围内，泵浦光分别通过第一波分复用器(3)和第二波分复用器(4)注入到掺铒光纤(5)，产生顺时针和逆时针两个方向运转增益，其中逆时针方向的增益被偏振相关隔离器(10)隔离，顺时针方向的增益在非线性偏振旋转效应的作用下，形成稳定的常规孤子锁模脉冲，其中占总功率5％的孤子脉冲由第一耦合器(6)的j端口输出，剩余95％的孤子脉冲由第一耦合...

【专利技术属性】
技术研发人员：马万卓，王天枢，熊浩，纪海莹，林鹏，姜会林，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22