2μm高功率高性能的锁模光纤激光器制造技术

本实用新型专利技术公开一种2μm高功率高性能的锁模光纤激光器，包括激光振荡腔和泵浦源。激光振荡腔包括第一光纤连接头、第一准直透镜、二向色镜、第一四分之一波片、第一二分之一波片、偏振分束器、光隔离器、第二四分之一波片、第二准直透镜和第二光纤连接头，还包括光纤，光纤的相对的两端分别连接于第一光纤连接头和第二光纤连接头，光纤包括增益光纤和匹配光纤，增益光纤为高掺杂浓度掺铥光纤，匹配光纤为标准单模光纤；泵浦源与二向色镜对应设置，泵浦源可发出激光，并经二向色镜反射，通过准直透镜空间耦合泵入光纤。本实用新型专利技术技术方案能够缩短激光器腔长而达到提高脉冲重复频率的效果，以便锁模光纤激光器可输出高平均功率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
2
μ
m高功率高性能的锁模光纤激光器


[0001]本技术涉及激光器
，特别涉及一种2μm高功率高性能的锁模光纤激光器。

技术介绍

[0002]相关2μm激光在许多领域有着广泛的应用，例如：利用水分子对2μm波段激光的强烈吸收特性，该波段激光可应用于生物医疗和气体传感等领域；利用2μm激光具有较低的双光子吸收效率特性，该波段激光可作为非线性转换应用的光源；由于2μm激光位于人眼安全波段，该波段激光可用作激光雷达光源。锁模光纤激光器在能量效率、系统稳定性、小型化和成本方面远优于固体激光器，发展基于光纤激光器的高功率超短脉冲激光光源是大势所趋。
[0003]在实际应用中，用较高平均功率激光作为光源是提高数据采集速率和信噪比的必要手段，因此获得更高平均功率的输出是目前锁模光纤激光器设计的一个重点。想要获得高功率高性能的输出，主要需要克服以下难点：
[0004]一是激光器内锁模器件的损伤阈值。目前锁模光纤激光器的锁模方式可分为采用真实可饱和吸收体锁模和采用人工可饱和吸收体锁模两种方式。常见真实可饱和吸收体包括半导体可饱和吸收镜(SESAM)、碳纳米管、石墨烯等光强依赖材料，利用其光强越大透过率越大的特性，可轻易实现激光器锁模，但由于材料固有的损伤阈值限制，采用该种方式搭建的激光器无法获得很高的平均功率。目前采用SESAM锁模掺铥光纤激光器的重复频率已可以轻松达到GHz量级，然而由于SESAM的损伤阈值限制，使得这些高重频激光器的输出功率一般在50mW以下。而人工可饱和吸收体锁模方式，包括非线性偏振旋转(NPE)和非线性光纤环路反射镜，是通过利用光学元件与非线性光学克尔效应结合实现锁模，损伤阈值极高(几十瓦到上百瓦不等)，因此采用人工可饱和吸收体锁模方式更有利于实现锁模光纤激光器的高功率高性能输出。
[0005]二是光纤激光器锁模脉冲的建立是基于光学自相位调制效应与光纤色散之间的相互平衡，该物理机制导致锁模脉冲的能量受限(一般为1nJ量级)，而激光器平均功率是脉冲能量与脉冲在腔内往返时间的比值，故激光器有效光学长度亦会影响其输出平均功率。缩短激光器腔长以达到提高脉冲重复频率(即缩短脉冲腔内往返时间)是得到高功率输出的简单手段。然而，在光纤激光器中，为了满足激光起振阈值，通常采用较长的增益光纤，导致腔长达到数米(对应重复频率约为数十MHz)，因此输出功率受限(一般小于200mW)。
[0006]Biao Sun等人于2016年在光学快报(Optics Letters)上发表名为《无色散补偿的248MHz飞秒掺铥全光纤激光器》(Dispersion
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compensation
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free femtosecond Tm
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doped all
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fiber laser with a 248MHz repetition rate)的文章中基于NPE锁模方法搭建锁模光纤激光器，采用输出耦合器
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光隔离器
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波分复用器集成器件缩短腔长，将振荡器的脉冲重复频率提高到248MHz，但由于全光纤结构累积非线性相位大以及耦合器输出耦合比低等限制，输出功率仅达到36.3mW，使NPE耐高功率的特点并未被充分开发。
[0007]Yuxing Tang等人于2015年在光学快报(Optics Letters)上发表名为《从正色散掺铥光纤激光器中产生8nJ的脉冲》(Generation of 8nJ pulses from a normal
‑
dispersion thulium fiber laser)的文章中，通过加入正色散光纤补偿腔内负色散，以达到腔内非线性与色散对脉冲作用的新平衡，并结合NPE锁模技术从而大大提高单个脉冲能量(～8nJ)，但由于腔长过长，输出功率仅达到约200mW。
[0008]J.Jiang等人于2012年在激光与光电子学会议(Conference on Laser and Electro
‑
optics(CLEO))发表的名为《500MHz，58fs的高相干掺铥光纤孤子激光器》(500MHz,58fs highly coherent Tm fiber soliton laser)的文章中，采用NPE与SESAM相结合的混合锁模方式搭建激光振荡腔，波片与偏振分光器结合提高输出耦合比从而大大降低腔内激光功率密度，使可饱和吸收体可工作在高功率下，并采用线形腔大大缩短腔长，输出功率达到了当时报道的最大值～500mW。但是，该激光器采用混合锁模方式，要求对耦出耦合比进行精细控制，增加了可操作难度，同时采用SESAM可饱和吸收体降低了激光器的稳定性，因此，为了稳定激光器运转，还需要额外采用复杂反馈电路构建基于石墨烯材料的主动调制器，大大增加系统的复杂度，限制了其后续的实际应用。
[0009]综上所述，上述技术方案均不能研制出实现高功率特征的高性能2μm锁模光纤激光器。

技术实现思路

[0010]本技术的主要目的是提供一种2μm高功率高性能的锁模光纤激光器，旨在缩短激光器腔长而达到提高脉冲重复频率的效果，以便锁模光纤激光器可输出高平均功率。
[0011]为实现上述目的，本技术提出的2μm高功率高性能的锁模光纤激光器包括：
[0012]激光振荡腔，所述激光振荡腔包括依次分布的第一光纤连接头、第一准直透镜、二向色镜、第一四分之一波片、第一二分之一波片、偏振分束器、光隔离器、第二四分之一波片、第二准直透镜和第二光纤连接头，所述激光振荡腔还包括光纤，所述光纤的相对的两端分别连接于所述第一光纤连接头和所述第二光纤连接头，所述光纤包括增益光纤和匹配光纤，所述增益光纤为高掺杂浓度掺铥光纤，所述匹配光纤为标准单模光纤；和
[0013]泵浦源，所述泵浦源与所述二向色镜呈对应设置，所述泵浦源可发出激光，并经二向色镜反射，通过准直透镜空间耦合泵入光纤。
[0014]在本技术的一实施例中，所述增益光纤的数量为一个，所述匹配光纤的数量为两个；
[0015]两个所述匹配光纤分别连接于所述增益光纤的相对两端，两个所述匹配光纤远离所述增益光纤的一端分别连接于所述第一光纤连接头和所述第二光纤连接头。
[0016]在本技术的一实施例中，所述光纤还包括有小芯径正色散光纤，所述小芯径正色散光纤的相对两端分别连接于所述增益光纤和与所述第二光纤连接头相连接的所述匹配光纤。
[0017]在本技术的一实施例中，所述第一光纤连接头和所述第二光纤连接头均包括：
[0018]陶瓷插芯，所述匹配光纤远离所述增益光纤的一端插入所述陶瓷插芯；和
[0019]金属套件，所述陶瓷插芯固定在该金属套件中，组成典型光纤连接头，所述陶瓷插
芯的端面和所述陶瓷插芯的径向截面之间夹角为8度，以消除光纤端面的菲涅尔反射光，提高激光稳定性。
[0020]在本技术的一实施例中，所述光纤为硅基光纤。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种2μm高功率高性能的锁模光纤激光器，其特征在于，包括：激光振荡腔，所述激光振荡腔包括依次分布的第一光纤连接头、第一准直透镜、二向色镜、第一四分之一波片、第一二分之一波片、偏振分束器、光隔离器、第二四分之一波片、第二准直透镜和第二光纤连接头，所述激光振荡腔还包括光纤，所述光纤的相对的两端分别连接于所述第一光纤连接头和所述第二光纤连接头，所述光纤包括增益光纤和匹配光纤，所述增益光纤为高掺杂浓度掺铥光纤，所述匹配光纤为标准单模光纤；和泵浦源，所述泵浦源与所述二向色镜呈对应设置，所述泵浦源可发出激光，并经二向色镜反射，通过准直透镜空间耦合泵入光纤。2.如权利要求1所述的2μm高功率高性能的锁模光纤激光器，特征在于，所述增益光纤的数量为一个，所述匹配光纤的数量为两个；两个所述匹配光纤分别连接于所述增益光纤的相对两端，两个所述匹配光纤远离所述增益光纤的一端分别连接于所述第一光纤连接头和所述第二光纤连接头。3.如权利要求2所述的2μm高功率高性能的锁模光纤激光器，其特征在于，所述光纤还包括有小芯径正色散光纤，所述小芯径正色散光纤的相对两端分别连接于所述增益光纤和与所述第二光纤连接头相连接的所述匹配光纤。4.如权利要求3所述的2μm高功率高性能的锁模光纤激光器，特征在于，所述第一光纤连接头和所述第二光纤连接头均包括：陶瓷插芯，所述匹配光纤远离所述增益光纤的一端插入所述陶瓷插芯；和金属套件，所述陶瓷插芯固定在该金属套件中，组成典型光纤连接头，所述陶瓷插芯的端面和所述陶瓷插芯的径...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金章，朱荟烨，张慧，赖韦宇，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：新型
国别省市：