一种超短脉冲光纤激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种超短脉冲光纤激光器。包括：非线性放大环镜，使得环内相向传输的脉冲积累不同的相移，以便对腔内激光脉冲形成强度调制机制；由光纤器件与空间光学元件构成的线性臂，用于构成谐振腔，以及提高激光器的自锁模特性；输出端，用于直接输出脉冲。本发明专利技术提供的超快光纤激光器易于封装，锁模自启动特性良好，不易损伤可饱和吸收体，激光损伤阈值高，且具有体积小、系统简单可靠、稳定性高的特点，有潜力发展成为新一代性能优良的全光纤超短激光振荡器。光振荡器。光振荡器。

【技术实现步骤摘要】
一种超短脉冲光纤激光器


[0001]本专利技术属于激光
，更具体地，涉及一种基于非线性放大环镜锁模，通过增加非线性相移提升锁模自启动能力和可靠性的超短脉冲光纤激光器。

技术介绍

[0002]超快激光因其时间尺度极短、峰值功率极高等优点，被广泛应用在材料加工、生物医学成像、显微光谱等领域。为了获得更高功率的超快激光器，几乎只能采用主振荡器(或称为激光种子源)经过多级放大的系统，这就要求主振荡器具有较高的质量，包括更高的输出功率、更好的功率稳定性、更快的响应速度等。本专利技术的提出正是为了提升激光种子源的可靠性与稳定性，降低系统的复杂程度及其成本。
[0003]目前，超快光纤激光器振荡器中的锁模方式主要为被动锁模技术，而被动锁模的实现方式主要有可饱和吸收体锁模、非线性偏振旋转锁模和非线性光学环镜锁模三种。
[0004]可饱和吸收体(SESAM)是一种对入射光的吸收率随光强的增加而减小的材料。当谐振腔内的激光脉冲经过可饱和吸收体时，光强较高的峰值部分透射率(或反射率)比较大，而光强较低的两翼部分透射率(或反射率)比较小。因此利用SESAM的强度调制效应能够启动锁模过程，同时也能实现稳定锁模。然而，一般半导体材料的可饱和吸收体损伤阈值较低，在锁模初期的调Q锁模阶段，SESAM很容易被高强度的调Q脉冲损坏，这也是目前工业界的皮秒激光器种子源存在的重要问题之一。
[0005]非线性偏振旋转(或称非线性偏振演化)锁模技术通常应用于非保偏系统，因此系统稳定性较差，且通常其自启动需要多次尝试不同偏振方向，难以找到合适的锁模区间实现稳定锁模，不利于工业激光器的发展。
[0006]相比上述两种锁模技术，非线性光学环镜锁模技术具有响应速度较快、信噪比较高、成本较低、系统稳定性高、可承受功率高、便于集成、受外界环境干扰小等优势，因此，基于非线性环镜锁模的激光器更适合对稳定性要求高的工业领域使用。
[0007]目前，大多数利用非线性光学环镜机制的锁模激光器均采用“8”字形结构(美国专利US 7817684 B2)，但由于这种激光器为全闭环结构，腔长不可调节，腔内的物理量及其对锁模过程的影响也难以测量，从而限制了其性能的提高和实际应用的范围。德国Menlo公司(中国专利CN 103311780 B与美国专利US 5359612 A)率先突破这一结构，研发并实现了“9”字形激光腔结构，即在“8”字形结构的基础上将其中的振荡环形腔打开变成线性腔，线性腔一端装上位置可调节的端镜，从而使得腔长可调。在“9”字形激光器结构中，为了实现自启动锁模，在环形腔内插入了非互异性空间元件，使脉冲附加的相位与传播方向相关，并通过改变该元件中波片的相移来得到最优的自启动锁模效果。
[0008]然而，技术人员在应用中发现，虽然通过插入非互易空间元件以提升激光器自启动特性的方式为人们所用，但是由于大多数“9”字形激光腔结构中空间元件较多，因此仍存在不易集成化、系统稳定性易受环境干扰、输出功率低、锁模自启动慢、系统成本高等问题。

技术实现思路

[0009]针对现有技术的缺陷和现实生产的需求，本专利技术提供了一种基于非线性放大环镜锁模的“9”字形腔全光纤结构超短脉冲激光器。本专利技术的目的在于构建一台稳定性高、能快速自启动锁模、不易损坏、成本较低的超快激光器，提供一种能抵抗环镜干扰的集成化激光器方案，进而在一定程度上解决由于当前技术的限制和缺陷导致的一系列问题。
[0010]本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。
[0011]为达到上述目的，本专利技术提供了一种超短脉冲光纤激光器，包括：非线性放大环镜1、线性臂2、输出端3。其中，非线性放大环镜与线性臂共同构成完整的激光谐振腔，使得激光在腔内往复振荡放大。
[0012]非线性放大环镜1作为激光器的第一等效腔镜，其为全光纤结构，包括激光二极管4、增益光纤7、波分复用器8、耦合器6和光纤偏振管理器19；激光二极管4作为泵浦源通过波分复用器8与增益光纤7相连，并通过位于耦合器6同一侧的第一端口17和第二端口18构成光纤环路；非线性放大环镜1通过位于耦合器6另一侧的第三端口15和第四端口16分别与线性臂2和输出端3相连接；线性臂2作为激光器的第二等效腔镜，包括第一透镜10、偏振分光器20和反射镜11；输出端3包括隔离器9和尾纤13。
[0013]本超短脉冲光纤激光器的传输函数受到非线性放大环镜1中的两个光束之间的非线性相移差的调制。
[0014]优选地，本专利技术超短脉冲光纤激光器中激光二极管4的中心波长为980nm；增益光纤7为掺铒、掺镱或掺铥的增益光纤；耦合器6的耦合系数为0.5。
[0015]进一步地，本专利技术超短脉冲光纤激光器中非线性放大环镜1中的所有光纤器件均为非保偏光纤；非线性放大环镜1的第一激光脉冲由耦合器6的第一端口17入射，经过非线性放大环镜1后从耦合器6的第二端口18射出；同时非线性放大环镜1的第二激光脉冲由耦合器6的第二端口18入射，经过非线性放大环镜1后从耦合器6的第一端口17射出。
[0016]第一激光脉冲与第二激光脉冲的偏振态在非线性放大环镜1中发生变化；第一激光脉冲与第二激光脉冲的偏振态变化由光纤偏振管理器19和泵浦功率共同造成；第一激光脉冲与第二激光脉冲的偏振态变化与第一激光脉冲和第二激光脉冲之间的非线性相移差相关。
[0017]同时，本专利技术超短脉冲光纤激光器中从耦合器6的第四端口16输出的超短激光脉冲的形状可通过调节非线性放大环镜1的相移实现调制，输出双曲正割、抛物线等多种脉冲形状。
[0018]由于非线性放大环镜的不完全对称性(耦合器分光比例不严格等于50：50，以及增益光纤不会严格分布于环镜中间位置等实际原因造成)，通过耦合器的两个端口分别入射的第一激光脉冲与第二激光脉冲在经过环镜内的所有光路之后将积累不同的非线性相移，当它们再次相遇，就会发生干涉，从而影响激光器系统的传输函数，形成强度调制机制，其系统传输函数如图5(无偏置)所示。然而，仅仅有非线性放大环镜还不能完成激光器锁模的自启动，其原因在于，当激光器开始泵浦时，第一激光脉冲与第二激光脉冲具有非常小的相移差，此时传输曲线的斜率为零，激光器的调制近乎于零。
[0019]为了易于激光器锁模自启动，我们在腔内插入了非互易元件，其作用是将系统传
输函数增加初始偏置，如图5中显示的偏置曲线，此时当激光启动时传输函数斜率较大，使得激光器的调制较大，更加易于自启动。优选地，非互易元件可以由λ/8波片、λ/4波片、λ/2波片、法拉第旋光器等组成(需要注意的是，虽然非互易元件能起到一定的相移作用，但是非互易元件并非相移器)。
[0020]根据本专利技术，耦合器将线性臂中的激光分为第一激光脉冲与第二激光脉冲进入非线性放大环镜，两束激光脉冲经过非线性放大环镜后在耦合器处相遇。但是由于偏振态的改变，第一激光脉冲与第二激光脉冲的偏振态不完全相同，因此在耦合器处仅发生部分干涉，其有益效果是对激光脉冲具有时域整形的作用。第一激本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超短脉冲光纤激光器，其特征在于,所述超短脉冲光纤激光器包括以下组件：非线性放大环镜(1)、线性臂(2)、输出端(3)；其中：所述非线性放大环镜(1)与线性臂(2)共同构成激光谐振腔；所述非线性放大环镜(1)作为所述激光器的第一等效腔镜，其为全光纤结构，包括激光二极管(4)、增益光纤(7)、波分复用器(8)、耦合器(6)和光纤偏振管理器(19)；所述激光二极管(4)作为泵浦源通过波分复用器(8)与增益光纤(7)相连，并通过位于耦合器(6)同一侧的第一端口(17)和第二端口(18)构成光纤环路；所述非线性放大环镜(1)通过位于耦合器(6)另一侧的第三端口(15)和第四端口(16)分别与所述线性臂(2)和所述输出端(3)相连接；所述线性臂(2)作为所述激光器的第二等效腔镜，包括第一透镜(10)、偏振分光器(20)和反射镜(11)；所述输出端(3)包括隔离器(9)和尾纤(13)；所述超短脉冲光纤激光器的传输函数受到所述非线性放大环镜(1)中的两个光束之间的非线性相移差的调制。2.根据权利要求1所述的超短脉冲光纤激光器，其特征在于,所述非线性放大环镜(1)中的所有光纤器件均为非保偏光纤；所述非线性放大环镜(1)的第一激光脉冲由所述耦合器(6)的第一端口(17)入射，经过所述非线性放大环镜(1)后从所述耦合器(6)的第二端口(18)射出；同时所述非线性放大环镜(1)的第二激光脉冲由所述耦合器(6)的第二端口(18)入射，经过所述非线性放大环镜(1)后从所述耦合器(6)的第一端口(17)射出；所述第一激光脉冲与第二激光脉冲的偏振态在所述非线性放大环镜(1)中发生变化；所述第一激光脉冲与第二激光脉冲的偏振态变化由光纤偏振管理器(19)和泵浦功率共同造成；所述第一激光脉冲与第二激光脉冲的偏振态变化与第一激光脉冲和第二激光脉冲之间的非线性相移差相关。3.根据权利要求1或2所述的超短脉冲光纤激光器，其特征在于,所述激光二极管(4)的中心波长为980nm；所述增益光纤(7)为掺铒、掺镱或掺铥的增益光纤；所述耦合器(6)的耦合系数为0.5。4.根据权利要求1或2所述的超短脉冲光纤激光器，其特征在于,所述非线性放大环镜(1)中的光纤环路由...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡凯淋，曹涛，陈堃，刘少臻，徐旗，李舟，鄢心怡，杨乐言，陆开一，彭家晖，
申请(专利权)人：无锡飞秒极光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：