一种全光纤结构超低重复频率被动锁模激光器制造技术

本实用新型专利技术公开一种全光纤结构超低重复频率被动锁模激光器，属于激光技术与非线性光学领域。包括：泵浦源、光纤波分复用器或光纤合束器、增益光纤、1x2光纤耦合器、光纤环形器、可饱和吸收体、大模场无源光纤、光纤带通滤波器、光纤隔离器；采用最成熟的可饱和吸收体被动锁模技术，并特别采用大模场无源光纤作为腔内延长光纤，将该光纤置于谐振腔内能量最小的位置，最大程度降低非线性积累。相较于传统的可饱和吸收体锁模重复频率大于20MHz，采用大模场无源光纤可实现稳定的超低重复频率（小于100 kHz）的单脉冲锁模输出。本实用新型专利技术与脉冲选频等技术相比，无需额外引入调制器件，谐振腔全光纤化，大大简化了系统结构，有效降低了成本，同时兼顾稳定性高、环境适应性强的特点。

A passive mode-locked laser with all fiber structure and ultra-low repetition rate

【技术实现步骤摘要】
一种全光纤结构超低重复频率被动锁模激光器
本技术属于激光技术与非线性光学领域，尤其涉及一种全光纤结构超低重复频率被动锁模激光器。
技术介绍
近年来，光纤激光器由于其设计紧凑、散热优良、光束质量好、免校准、损耗低等优点得到广泛研究。其中超短脉冲光纤激光器由于结构简单、平均功率高、峰值功率高、环境稳定性好、电光效率高等优点，在精密加工、波导刻蚀、激光传感、阿秒科学等领域具有重要应用。在超短脉冲激光器的研究中，通过锁模技术可以产生脉冲宽度皮秒到飞秒量级的稳定脉冲，通过半导体增益开关技术也能实现皮秒量级的脉冲输出。通常来说，主动锁模技术需要加入声光调制或电光调制器件，半导体增益开关技术需要精密的电路设计，这两种方法的结构较复杂，成本高。相对于以上两种技术，被动锁模技术因其结构简单紧凑成本低廉而得到广泛的关注和研究，作为获得超短脉冲输出的重要手段，在过去几十年里得到了飞速发展。一般的锁模光纤激光器利用半导体激光器作为泵浦源，利用掺杂稀土离子的有源光纤作为增益介质，利用单模光纤作为腔内连接的基础元件，再利用可饱和吸收体作为腔内被动调制器件以实现脉冲输出，这种结构的激光器产生的单脉冲序列的重复频率一般大于20MHz。通常来讲，可以通过增加腔长的办法来降低输出脉冲的重复频率，以此来提高单脉冲能量。在实际激光振荡器中，由于需要振荡器中非线性与色散达到平衡才能实现锁模，单纯依赖增加腔长来降低重复频率会破会这种平衡，导致脉冲分裂的产生，尤其是当腔长特别长时（几百米或几千米），脉冲分裂特别容易发生，很难实现单脉冲运转。目前在光纤激光器中，获得超低重复频率的方法大体有两种：一种是将高重复频率锁模激光器与电光或声光脉冲选频技术结合，将高重复频率的脉冲降为低重复频率脉冲，这种方式脉冲能量损耗大，需要多级光纤预放大器补偿损失的能量；另外，这种脉冲选频技术的调制对比度较低，通常伴有微弱的噪声，影响后续的放大；此外，调制器的引入会破坏全光纤化的结构，不利于长期稳定工作；第二种是采用基于非线性光学环形镜的锁模脉冲激光器，这种方式的通常需要2x2耦合器的四个端口连接呈“8”字或“9”字腔型，耦合器对温度较为敏感，温度改变可能造成激光器失锁，难以长时间温度工作；此外，该方法需要额外的相移器以启动锁模，引入了额外的损耗，且结构复杂，成本较高。
技术实现思路
为解决传统被动锁模激光器难以在低重复频率下实现单脉冲锁模的问题；高重复频率锁模激光器与电光或声光脉冲选频技术结合存在的能量损耗大、调制对比度低和负责性问题；基于非线性光学环形镜的锁模脉冲激光器对温度较为敏感，难以长时间温度工作的问题，本技术提供一种全光纤结构超低重复频率被动锁模激光器，通过将大模场无源光纤引入振荡器中能量最小的位置，降低非线性积累，以实现稳定的超低重频单脉冲锁模输出，无需采用脉冲选频技术和非线性光学环形镜锁模技术，利用最成熟的半导体可饱和吸收体锁模技术实现超低重频单脉冲输出，具有结构简单、设计紧凑、稳定性高的特点。为实现上述目的，本技术采用如下技术方案：一种全光纤结构超低重复频率被动锁模激光器，包括：泵浦源、光纤波分复用器或光纤合束器、增益光纤、1x2光纤耦合器、光纤环形器、可饱和吸收体、大模场无源光纤、光纤带通滤波器、光纤隔离器；所述泵浦源的输出光纤与光纤波分复用器或光纤合束器的泵浦输入端相连，光纤波分复用器或光纤合束器的公共端与增益光纤相连，1x2光纤耦合器的输出端与增益光纤相连，1x2光纤耦合器的一个输出端与光纤环形器的输入端相连，1x2光纤耦合器的另一个输出端与光纤隔离器相连，光纤环形器的反射端口与可饱和吸收体对接，输出端与大模场无源光纤相连，大模场光纤的另一端与光纤带通滤波器的一端相连，带通滤波器的另一端与光纤波分复用器或光纤合束器的信号输入端相连。泵浦源提供的泵浦光经过光纤波分复用器或光纤合束器被耦合传输至增益光纤，经过增益放大后产生的激光经过1x2光纤耦合器，一部分信号由耦合器的一个输出端导出腔外后经隔离器输出，一部分信号由耦合器的另一输出端输出在谐振器中继续传输至光纤环形器，信号从环形器的输入端输出传输到第二反射端后与可饱和吸收体作用，经可饱和吸收体作用后的信号反射入第二反射端口后从输出端输出继续在腔内振荡，脉冲经过大模场无源光纤传输至光纤带通滤波器，经滤波后的脉冲输入光纤波分复用器或光纤合束器的信号输入端构成振荡环路。可饱和吸收体主要用于产生锁模脉冲，大模场无源光纤具有较低的非线性系数，可用于增加振荡器腔长得到超低重复频率的单脉冲锁模序列，带通滤波器产生的滤波效应与光纤中的色散平衡，用于维持稳定的单脉冲锁模状态。作为优选，所述的泵浦源是半导体激光器、固体激光器、气体激光器、光纤激光器或拉曼激光器，输出光纤是单模光纤或多模光纤，输出的泵浦光中心波长λ的范围为：700nm≦λ≦1030nm。作为优选，所述的增益光纤是掺有镱（Yb）稀土离子的光纤，光纤可以单包层光纤或双包层阶跃折射率光纤或双包层光子晶体光纤。作为优选，所述的泵浦方式是纤芯单端泵浦、纤芯双端泵浦、包层单端泵浦、包层双端泵浦。作为优选，所述可饱和吸收体为半导体可饱和吸收镜。作为优选，所述可饱和吸收体为石墨烯可饱和吸收体。作为优选，所述光纤带通滤波器的中心波长在1030nm到1100nm之间，滤波器的带宽在0.1nm-10nm之间。作为优选，所述1x2光纤耦合器的分束比在0到1之间。作为优选，所述大模场无源光纤的纤芯直径在10-30微米之间，长度大于2000m。作为优选，所述大模场无源光纤为单包层传输光纤、双包层传输光纤、实芯光子晶体光纤或空芯光子晶体光纤。作为优选，所述光纤合束器、光纤波分复用器是（2+1）x1或（6+1）x1合束器、波分复用器。本技术提供一种全光纤结构超低重复频率被动锁模激光器，采用最成熟稳定的可饱和吸收体被动锁模技术，并通过将入大模场无源光纤引入振荡器中能量最小的位置，降低非线性积累，得以实现稳定的超低重复频率（小于100kHz）的单脉冲锁模输出。本技术无需采用脉冲选频等技术，无需额外引入调制器件，谐振腔采用全光纤化结构，只通过增加大模场无源光纤的长度，就可降低腔内脉冲的重复频率，大大简化了系统结构，有效降低了成本，同时兼顾稳定性高、环境适应性强的特点。附图说明图1为本技术的全光纤结构超低重复频率被动锁模激光器的结构示意图。图2为本技术的全光纤结构超低重复频率被动锁模激光器的结构示意图。其中，1.泵浦源，2.光纤波分复用器或光纤合束器，3.增益光纤，4.光纤1x2耦合器，5.光纤隔离器，6.光纤环形器，7.可饱和吸收体，8.大模场无源光纤，9.光纤带通滤波器，10.光纤光栅，a.光纤环形器的a端口，b.光纤环形器的b端口，c.光纤环形器的c端口，d.1x2光纤耦合器的d端口，e.1x2光纤耦合器的e端口，f.1x2光纤耦合器的f端口。具体实施方式为了使本技术的目的、技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全光纤结构超低重复频率被动锁模激光器，其特征在于：包括泵浦源、光纤波分复用器或光纤合束器、增益光纤、1x2光纤耦合器、光纤环形器、可饱和吸收体、大模场无源光纤、光纤带通滤波器、光纤隔离器；泵浦源的输出光纤与光纤波分复用器或光纤合束器的泵浦输入端相连，光纤波分复用器或光纤合束器的公共端与增益光纤相连，1x2光纤耦合器的输出端与增益光纤相连，1x2光纤耦合器的一个输出端与光纤环形器的输入端相连，1x2光纤耦合器的一个输出端与光纤隔离器相连，光纤环形器的反射端口与可饱和吸收体对接，输出端与大模场无源光纤相连，大模场光纤的另一端与光纤带通滤波器的一端相连，带通滤波器的另一端与光纤波分复用器或光纤合束器的信号输入端相连；泵浦源提供的泵浦光经过光纤波分复用器或光纤合束器被耦合传输至增益光纤，经过增益放大后产生的激光经过1x2光纤耦合器，一部分信号由耦合器的另一输出端输出在谐振器中继续传输至光纤环形器，信号从环形器的输入端输出传输到第二反射端后与可饱和吸收体作用，经可饱和吸收体作用后的信号反射入第二反射端口后从输出端输出继续在腔内振荡，脉冲经过大模场无源光纤传输至光纤带通滤波器，经滤波后的脉冲输入光纤波分复用器或光纤合束器的信号输入端构成振荡环路，一部分信号由耦合器的另一个输出端输出腔外后经隔离器输出。/n...

【技术特征摘要】
1.一种全光纤结构超低重复频率被动锁模激光器，其特征在于：包括泵浦源、光纤波分复用器或光纤合束器、增益光纤、1x2光纤耦合器、光纤环形器、可饱和吸收体、大模场无源光纤、光纤带通滤波器、光纤隔离器；泵浦源的输出光纤与光纤波分复用器或光纤合束器的泵浦输入端相连，光纤波分复用器或光纤合束器的公共端与增益光纤相连，1x2光纤耦合器的输出端与增益光纤相连，1x2光纤耦合器的一个输出端与光纤环形器的输入端相连，1x2光纤耦合器的一个输出端与光纤隔离器相连，光纤环形器的反射端口与可饱和吸收体对接，输出端与大模场无源光纤相连，大模场光纤的另一端与光纤带通滤波器的一端相连，带通滤波器的另一端与光纤波分复用器或光纤合束器的信号输入端相连；泵浦源提供的泵浦光经过光纤波分复用器或光纤合束器被耦合传输至增益光纤，经过增益放大后产生的激光经过1x2光纤耦合器，一部分信号由耦合器的另一输出端输出在谐振器中继续传输至光纤环形器，信号从环形器的输入端输出传输到第二反射端后与可饱和吸收体作用，经可饱和吸收体作用后的信号反射入第二反射端口后从输出端输出继续在腔内振荡，脉冲经过大模场无源光纤传输至光纤带通滤波器，经滤波后的脉冲输入光纤波分复用器或光纤合束器的信号输入端构成振荡环路，一部分信号由耦合器的另一个输出端输出腔外后经隔离器输出。


2.根据权利要求1所述的一种全光纤结构超低重复频率被动锁模激光器，其特征在于：所述的泵浦源是半导体激光器、固体激光器、气体激光器、光纤激光器或拉曼激光器，输出光纤是单模光纤或多模光纤，输出的泵浦光中心波...

【专利技术属性】
技术研发人员：师红星，张琦，
申请(专利权)人：苏州曼德特光电技术有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32