一种单模多模共生的耗散孤子共振脉冲全光纤锁模激光器及产生方法技术

本发明专利技术公开了一种单模多模共生的耗散孤子共振脉冲全光纤锁模激光器及产生方法，包括泵浦源以及由波分复用器、掺镱光纤、光纤隔离器、第一光纤耦合器、第一偏振控制器和光纤非线性环形反射镜连接形成的光纤环形腔；所述光纤非线性环形反射镜包括四口光纤耦合器，所述四口光纤耦合器的两个输出端口连接第二光纤耦合器、第二偏振控制器和在1μm波段为单模的单模光纤。本发明专利技术通过让常规单模光纤器件工作在多模波段，在光纤激光器中同时产生单模耗散孤子共振脉冲和多模耗散孤子共振脉冲输出。孤子共振脉冲和多模耗散孤子共振脉冲输出。孤子共振脉冲和多模耗散孤子共振脉冲输出。

【技术实现步骤摘要】
一种单模多模共生的耗散孤子共振脉冲全光纤锁模激光器及产生方法


[0001]本专利技术涉及光学工程、超快非线性光纤光学动力学、光纤激光器
，尤其涉及一种单模多模共生的耗散孤子共振脉冲全光纤锁模激光器及产生方法。

技术介绍

[0002]耗散孤子共振是光纤激光器工作的一个特殊区域，随增益的增加，在脉冲峰值功率受限的同时脉冲宽度增加，理论上脉冲能量能够无限提升。耗散孤子共振脉冲具有平顶的时域结构且峰值功率受限，其光谱具有陡峭的光谱边缘。当脉冲能量增加时，脉宽增加且光谱的矩形基座不变，新出现的光谱成分位于光谱中间并形成尖峰。2008年，Chang等人通过求解复杂的立方五次金兹堡
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朗道方程，从理论上发现并提出了耗散孤子共振的运行机制，预测了耗散孤子共振脉冲的存在[1]。2009年，Wu等人在掺铒光纤激光器中采用非线性偏振旋转锁模，证实了耗散孤子共振脉冲的存在[2]。随泵浦功率的提升，产生的耗散孤子共振脉冲保持峰值功率不变，脉冲宽度增加。受限于最大泵浦功率，所产生的耗散孤子共振脉冲的最大脉冲能量为281nJ，而且脉冲能量和脉冲宽度基本上随泵浦功率线性增长。
[0003]由于耗散孤子共振在获得大脉冲能量及脉冲可调谐方面的优越性，自其被提出以来，大量关于耗散孤子共振脉冲的研究不断出现。2011年，比尔肯特大学的等人利用非线性光纤环形镜锁模方式，在全光纤结构中获得了重复频率为3.1MHz，脉冲宽度为1ns的矩形脉冲，并通过增益光纤放大至83W[3]。2013年，深圳大学的Yang等人在基于非线性放大光纤环形镜锁模技术的8字腔正常色散区的掺铒光纤激光器中将耗散孤子共振脉冲能量提高到379.2nJ[4]。2013年，华南师范大学的Liu等人首次获得了掺镱单模光纤激光器中的耗散孤子共振脉冲输出，最高的单脉冲能量为3.24nJ，脉宽可调节范围由8.8ps到22.92ps[5]。2014年，河北师范大学的Li等人利用非线性偏振旋转锁模，获得了正常色散区掺镱光纤激光器的耗散孤子共振脉冲输出，脉冲宽度可由54ns调至91ns，对应最高的单脉冲能量为54.6nJ[6]。同年，国防科技大学的Cai等人提出了一种掺镱锁模光纤激光器，它可以产生千瓦级峰值功率的耗散孤子共振脉冲，通过非线性光纤环形镜环路长度的减少实现了1.1kW的峰值功率，1.66W的平均功率和160nJ能量的耗散孤子共振脉冲，脉冲宽度可以在10.29MHz的重复频率下从48ps调整到146ps[7]。耗散孤子共振脉冲也可以在工作在反常色散区的光纤激光器中形成。
[0004]耗散孤子共振可以实现脉冲能量的大步提升，达到微焦量级。具有耗散孤子共振的超短脉冲理论上其脉冲能量可以为无穷大。因此能实现耗散孤子共振脉冲输出的光纤锁模激光器具有很大的应用和研究价值。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种单模多模共生的耗散孤子共振脉冲全光纤锁模激光器及产生方法，基于非线性光纤环形镜锁模技术，利用单模光纤耦合器的模式与工作波长的
相关性，旨在光纤激光器中，同时产生单模耗散孤子共振脉冲和多模耗散孤子共振脉冲。
[0006]本专利技术为实现上述专利技术目的采用如下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种单模多模共生的耗散孤子共振脉冲全光纤锁模激光器，包括泵浦源以及由波分复用器、掺镱光纤、光纤隔离器、第一光纤耦合器、第一偏振控制器和光纤非线性环形反射镜连接形成的光纤环形腔；
[0008]所述光纤非线性环形反射镜包括四口光纤耦合器，所述四口光纤耦合器的两个输出端口连接第二光纤耦合器、第二偏振控制器和在1μm波段为单模的单模光纤；
[0009]所述泵浦源与所述波分复用器的泵浦端口连接，所述波分复用器的公共端口依次经掺镱光纤、光纤隔离器、连接至所述第一光纤耦合器的能量输入端口；
[0010]所述第一光纤耦合器输出比例高于50％的能量输出端口经偏振控制器连接至所述四口光纤耦合器的输入端口；
[0011]所述四口光纤耦合器的反射端口连接至所述波分复用器的信号端口；
[0012]所述光纤非线性环形反射镜与所述泵浦源、波分复用器、掺镱光纤、光纤隔离器、第一光纤耦合器和第一偏振控制器通过使用在1μm波段为单模的单模光纤连接，
[0013]所述四口光纤耦合器、在1μm波段为单模的单模光纤、第二偏振控制器和第二光纤耦合器通过使用在1μm波段为多模、1.55μm波段为单模的单模光纤连接；
[0014]所述激光器稳定的单模耗散孤子共振脉冲从所述第一光纤耦合器输出比例低于50％的能量输出端口输出，所述激光器稳定的多模耗散孤子共振脉冲从所述第二光纤耦合器输出比例低于20％的能量输出端口输出。
[0015]进一步地，所述泵浦源为单模光纤耦合的半导体激光器，其中心波长位于976nm，其输出尾纤为在1μm波段为单模的单模光纤。
[0016]进一步地，所述波分复用器的工作波长是980/1064nm，其输出尾纤为在1μm波段为单模的单模光纤。
[0017]进一步地，所述第一光纤耦合器采用输出能量低于50％的光纤耦合器，其输出尾纤为在1μm波段为单模的单模光纤。
[0018]进一步地，所述光纤隔离器采用中心波长为1064nm的隔离器，其输出尾纤为在1μm波段为单模的单模光纤。
[0019]进一步地，所述第一偏振控制器为三片线圈旋转式偏振控制器或挤压式偏振控制器，其输出尾纤为在1μm波段为单模的单模光纤。
[0020]进一步地，所述四口光纤耦合器采用能量比为20:80的光纤耦合器，其输出尾纤在1μm波段为多模及在1.55μm波段为单模。
[0021]进一步地，所述第二偏振控制器为三片线圈旋转式偏振控制器或挤压式偏振控制器，其输出尾纤在1μm波段为多模及在1.55μm波段为单模。
[0022]进一步地，所述第二光纤耦合器采用输出能量比小于20％的光纤耦合器，其输出尾纤在1μm波段为多模及在1.55μm波段为单模。
[0023]本专利技术还提供一种单模多模共生的耗散孤子共振脉冲的产生方法，包括：
[0024]通过波分复用器将泵浦连续光耦合进光纤激光器内，掺镱光纤吸收了泵浦连续光，受激辐射出长波段的增益脉冲，增益脉冲在光纤激光器腔内震荡；
[0025]光纤隔离器使光纤激光器内的增益脉冲单向运行，增益脉冲输入光纤非线性环形
反射镜；
[0026]顺时针和逆时针传输的增益脉冲在光纤非线性环形反射镜中交会并在输出端经干涉输出，包括：
[0027]逆时针方向经过在1μm波段为单模的单模光纤时恢复单模模式，经过第二偏振控制器和第二光纤耦合器时从单模模式演变为多模模式并输出多模耗散孤子共振脉冲，最终进入非线性环形镜的输出端；
[0028]顺时针方向经过第二光纤耦合器和第二偏振控制器为多模模式，经在1μm波段为单模的单模光纤模式过滤恢复单模模式，经四口光纤耦合器演变为多模模式，最终进入非线性环形镜的输出端，与逆时针方向进入的多模激光脉冲完成干涉输出。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单模多模共生的耗散孤子共振脉冲全光纤锁模激光器，其特征在于，包括泵浦源以及由波分复用器、掺镱光纤、光纤隔离器、第一光纤耦合器、第一偏振控制器和光纤非线性环形反射镜连接形成的光纤环形腔；所述光纤非线性环形反射镜包括四口光纤耦合器，所述四口光纤耦合器的两个输出端口连接第二光纤耦合器、第二偏振控制器和在1μm波段为单模的单模光纤；所述泵浦源与所述波分复用器的泵浦端口连接，所述波分复用器的公共端口依次经掺镱光纤、光纤隔离器、连接至所述第一光纤耦合器的能量输入端口；所述第一光纤耦合器输出比例高于50％的能量输出端口经偏振控制器连接至所述四口光纤耦合器的输入端口；所述四口光纤耦合器的反射端口连接至所述波分复用器的信号端口；所述光纤非线性环形反射镜与所述泵浦源、波分复用器、掺镱光纤、光纤隔离器、第一光纤耦合器和第一偏振控制器通过使用在1μm波段为单模的单模光纤连接，所述四口光纤耦合器、在1μm波段为单模的单模光纤、第二偏振控制器和第二光纤耦合器通过使用在1μm波段为多模、1.55μm波段为单模的单模光纤连接；所述激光器稳定的单模耗散孤子共振脉冲从所述第一光纤耦合器输出比例低于50％的能量输出端口输出，所述激光器稳定的多模耗散孤子共振脉冲从所述第二光纤耦合器输出比例低于20％的能量输出端口输出。2.根据权利要求1所述的一种单模多模共生的耗散孤子共振脉冲全光纤锁模激光器，其特征在于，所述泵浦源为单模光纤耦合的半导体激光器，其中心波长位于976nm，其输出尾纤为在1μm波段为单模的单模光纤。3.根据权利要求1所述的一种单模多模共生的耗散孤子共振脉冲全光纤锁模激光器，其特征在于，所述波分复用器的工作波长是980/1064nm，其输出尾纤为在1μm波段为单模的单模光纤。4.根据权利要求1所述的一种单模多模共生的耗散孤子共振脉冲全光纤锁模激光器，其特征在于，所述第一光纤耦合器采用输出能量低于50％的光纤耦合器，其输出尾纤为在1μm波段为单模的单模光纤。5.根据权利要求1所述的一种单模多模共生的耗散孤子共...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵鹭明，
申请(专利权)人：昆山瞬刻激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：