一种全保偏光纤色散管理环形腔锁模飞秒掺镱光纤激光器制造技术

本实用新型专利技术公开一种全保偏光纤色散管理环形腔锁模飞秒掺镱光纤激光器，应用于激光领域，该光纤激光器包括：双尾纤光纤准直半导体可饱和吸收镜、三端口环形器、增益光纤、啁啾光纤光栅、波分复用器、泵浦源；各个器件之间通过单模保偏光纤熔接在一起；全光纤器件在半导体可饱和吸收镜和光纤光栅之间形成激光器谐振腔；本实用新型专利技术针对现有的半导体可饱和吸收镜锁模线性腔易形成寄生振荡，使腔内锁模不稳定，导致半导体可饱和吸收镜抗损伤阈值会大大降低，极易受到损坏的问题，采用了环形腔结构，激光器稳定性高，不易受光纤熔接点背向反射以及输出端口的端面反射产生寄生振荡的影响；本实用新型专利技术采用腔外泵浦，锁模激光器易于实现高重复频率。重复频率。重复频率。

【技术实现步骤摘要】
一种全保偏光纤色散管理环形腔锁模飞秒掺镱光纤激光器


[0001]本技术属于激光领域，特别涉及一种基于半导体可饱和吸收镜的被动锁模全保偏光纤激光器技术。

技术介绍

[0002]超短光脉冲在超快光学诊断、光学精密测量、精密机械加工、激光医疗和生物工程等领域有广泛应用，同时也是非线性光学、超快光学等研究方向的前沿课题。其中，百飞秒级超短脉冲具有极窄的脉宽、超宽的光谱、极高的峰值功率等特点，被广泛应用干光频梳、分子瞬态动力学、以及非线性光学等研究领域。相比于固体激光器、半导体激光器、气体激光器、染料激光器等超短脉冲激光光源，超短脉冲光纤激光器具有制造成本低、结构简单紧凑、无需水冷、高稳定性、高泵浦转换效率，低激光起振阈值以及接近衍射极限的光束质量等独特优越性，在科学研究和工业产业应用中倍受青睐。锁模是产生百飞秒级超短脉冲的主要手段，锁模又主要分为主动锁模和被动锁模两种方式。主动锁模需要在腔内加入如声光和电光调制器等主动调制元件，主动调制器件一般为偏振敏感器件，外界环境温度，震动等引起的变化会影响偏振态的稳定，导致调制脉冲不稳定，且一般主动锁模激光器输出锁模脉冲的脉宽为ps到ns量级，很难做到ps以下。被动锁模不需要外加调制器件，可实现全光纤结构，体积小，抗干扰能力强，输出脉宽可达到ps、fs量级。
[0003]半导体可饱和吸收镜(简称SESAM)具有超快的时间响应特性与锁模自启动特性，因而基于半导体可饱和吸收镜的全保偏光纤锁模技术被广泛用于工业级高性能光纤锁模激光振荡器的研发。半导体可饱和吸收镜的基本结构就是把反射镜与半导体可饱和吸收体结合在一起。底层一般为半导体反射镜，其上生长一层半导体可饱和吸收体薄膜，最上层可能生长一层反射镜或直接利用半导体与空气的界面作为反射镜，这样上下两个反射镜就形成了一个法布里
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珀罗腔，通过改变吸收体的厚度以及两反射镜的反射率，可以调节吸收体的调制深度和反射镜的带宽。半导体可饱和吸收镜的缺点是抗损伤阈值较低，存在不可逆损耗，寿命相对而言较短。常见的半导体可饱和吸收镜激光腔通常采用线性腔结构，但这种结构构成的激光谐振腔在稳定性上存在一定的问题，线腔是驻波腔，由于光纤熔接点背向反射以及输出端口的端面反射问题，容易导致部分信号光在腔内形成寄生振荡，严重影响原本谐振腔的锁模稳定性，使得半导体可饱和吸收镜抗损伤阈值大大降低，极易受到损坏。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本技术提出一种全保偏光纤色散管理环形腔锁模飞秒掺镱光纤激光器，本技术的激光器自启动性能良好，稳定性高；并且本技术采用保偏光纤结构的啁啾光纤光栅(CFBG)，对谐振腔内进行色散管理，使得激光器工作在近零色散区，通过腔外去啁啾压缩可获得宽光谱的百飞秒级超短光脉冲输出。
[0005]本技术采用的技术方案为：一种全保偏光纤色散管理环形腔锁模飞秒掺镱光纤激光器，包括以下器件：
[0006]双尾纤光纤准直半导体可饱和吸收镜、三端口环形器、增益光纤、啁啾光纤光栅、波分复用器以及泵浦源；
[0007]各个器件之间通过单模保偏光纤熔接在一起；
[0008]所述三端口环形器、增益光纤设置于双尾纤光纤准直半导体可饱和吸收镜与啁啾光纤光栅之间，双尾纤光纤准直半导体可饱和吸收镜与啁啾光纤光栅间形成激光谐振腔，泵浦源产生的泵浦光进入增益光纤，增益光纤吸收泵浦光后自发辐射产生信号光，信号光经三端口环形器进入双尾纤光纤准直半导体可饱和吸收镜，双尾纤光纤准直半导体可饱和吸收镜将高脉冲峰值功率部分的信号光反射回激光谐振腔，高脉冲峰值功率部分的信号光在啁啾光纤光栅处一部分反射回激光谐振腔，另一部分透射作为锁模激光输出。
[0009]当波分复用器与泵浦源设置于激光谐振腔外时：
[0010]半导体可饱和吸收镜的输入端通过单模保偏光纤与三端口环形器的第三端口连接，半导体可饱和吸收镜的输出端通过单模保偏光纤与三端口环形器的第一端口连接，三端口环形器的第二端口与增益光纤的一端连接，增益光纤的另一端连接啁啾光纤光栅的输入端，泵浦源的输出端连接波分复用器的一个泵浦端，波分复用器的公共端通过单模保偏光纤与啁啾光纤光栅的透射输出端连接，波分复用器的信号光端作为锁模激光输出端。
[0011]当波分复用器与泵浦源设置于激光谐振腔内时：
[0012]半导体可饱和吸收镜的输入端通过单模保偏光纤与三端口环形器的第三端口连接，半导体可饱和吸收镜的输出端通过单模保偏光纤与波分复用器的信号光端相连，波分复用器的泵浦端与泵浦源的输出端连接，波分复用器的公共端通过单模保偏光纤与增益光纤的第一端连接，增益光纤的第二端通过单模保偏光纤与三端口环形器的第一端口连接，三端口环形器的第二端口与啁啾光纤光栅的输入端连接，啁啾光纤光栅的输出端作为锁模激光输出端。
[0013]增益光纤为掺镱光纤，长度为0.4m。
[0014]啁啾光纤光栅的色散值为0.2～0.42ps/nm，反射率为10％～25％，带宽为10～25nm。
[0015]泵浦源采用半导体激光二极管。
[0016]泵浦源的波长范围为增益光纤的吸收波长。
[0017]本技术的有益效果：本技术的光纤激光器的自启动性能良好，稳定性高；与此同时，采用保偏光纤结构的啁啾光纤光栅(CFBG)对谐振腔内进行色散管理，使得激光器工作在近零色散区，通过腔外去啁啾压缩可获得宽光谱的百飞秒级激光脉冲输出；解决了锁模激光器中由于光纤熔接点背向反射以及输出光纤端面反射形成的寄生振荡导致锁模不稳定的问题；
[0018]本技术与现有的基于SESAM的线性腔结构锁模激光器相比的技术优势为：本技术锁模激光器锁模稳定，采用环形腔结构形成行波腔，可很大程度的减少端面损耗问题，腔内不易形成寄生振荡，并且阈值特性也更好。
附图说明
[0019]图1为全保偏光纤色散管理环形腔锁模飞秒光纤激光器结构示意图一；
[0020]图2为全保偏光纤色散管理环形腔锁模飞秒光纤激光器结构示意图二；
[0021]图3为双尾纤光纤准直半导体可饱和吸收镜的结构示意图；
[0022]图4为本技术的实验结果图，图4中，(a)为锁模输出脉冲的光谱图，(b)为脉冲序列，(c)为输出脉冲射频谱，(d)为直接输出脉冲自相关曲线，(e)为输出脉冲压缩后自相关曲线；
[0023]附图标记：1
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双尾纤光纤准直SESAM，2
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三端口环形器，3
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增益光纤，4
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啁啾光纤光栅，5
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波分复用器，6
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半导体激光泵浦源，11
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SESAM，12
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准直透镜，13
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输入保偏单模光纤，14
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输出保偏单模光纤，2
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1、2
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2、2
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3分别为三端口环形器的三个端口。
具体实施方式
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全保偏光纤色散管理环形腔锁模飞秒掺镱光纤激光器，其特征在于，包括以下器件：双尾纤光纤准直半导体可饱和吸收镜、三端口环形器、增益光纤、啁啾光纤光栅、波分复用器以及泵浦源；各个器件之间通过单模保偏光纤熔接在一起；所述三端口环形器、增益光纤设置于双尾纤光纤准直半导体可饱和吸收镜与啁啾光纤光栅之间，双尾纤光纤准直半导体可饱和吸收镜与啁啾光纤光栅间形成激光谐振腔，泵浦源产生的泵浦光进入增益光纤，增益光纤吸收泵浦光后自发辐射产生信号光，信号光经三端口环形器进入双尾纤光纤准直半导体可饱和吸收镜，双尾纤光纤准直半导体可饱和吸收镜将高脉冲峰值功率部分的信号光反射回激光谐振腔，反射信号光传输到啁啾光纤光栅处一部分被反射回激光谐振腔，另一部分透射作为锁模激光输出。2.根据权利要求1所述的一种全保偏光纤色散管理环形腔锁模飞秒掺镱光纤激光器，其特征在于，当波分复用器与泵浦源设置于激光谐振腔外时：半导体可饱和吸收镜的输入端通过单模保偏光纤与三端口环形器的第三端口连接，半导体可饱和吸收镜的输出端通过单模保偏光纤与三端口环形器的第一端口连接，三端口环形器的第二端口与增益光纤的一端连接，增益光纤的另一端连接啁啾光纤光栅的输入端，泵浦源的输出端连接波分复用器的泵浦端，波分复用器的公共端通过单模保偏光纤与啁啾光纤光栅的透射输出端连接，...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏汉定，张锐，齐俊杰，张涵，范孟秋，田小程，周丹丹，向祥军，李剑彬，朱娜，张帆，李平，冯斌，彭志涛，胡东霞，朱启华，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：新型
国别省市：