CN104409952A - 基于非线性偏振旋转锁模的双包层掺铥全光纤超快激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于非线性偏振旋转锁模的双包层掺铥全光纤超快激光器，涉及一种激光器。本发明通过单模被动光纤将合束器、双包层掺铥光纤、隔离器、偏振控制器、光耦合器和偏振器依次连接成光纤环形谐振腔，泵浦源通过合束器的泵浦光输入端口把泵浦光注入光纤环形谐振腔，光耦合器的输出端输出腔内振荡产生的孤子激光脉冲。通过偏振控制器的调节，即改变腔内的双折射实现光孤子脉冲输出，脉冲宽度1.6ps，脉冲能量80pJ，脉冲重复频率15MHz，3dB带宽4.45nm，中心波长2042nm。在2μm全光纤激光器中，实现了光孤子脉冲的输出。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光器，具体是一种基于非线性偏振旋转锁模的双包层掺铥全光纤超快激光器。
背景技术
光孤子是指在介质传输时中由于非线性效应和线性效应之间达到平衡而保持不变的波包。之前报道的孤子光纤激光器因包含自由空间光学元件而对环境的变化十分敏感，使用全光纤结构则很好的克服了这一不足之处。（[1] 8. L. E. Nelson, E. P. Ippen, and H. A. Haus, “Broadly tunable sub-500 fs pulses from an additive-pulse mode-locked thulium-doped fiber ring laser,” Appl. Phys. Lett. 67(1), 19–21 (1995).）。使用双包层增益光纤，可以用半导体激光器代替掺铒光纤放大器（EDFA）作为泵浦源，简化了腔型设计，同时提高了系统的光—光转化效率。
被动锁模光纤激光器因其特有的优点，如结构简单紧凑、量子效率高、大脉冲能量和高平均功率等在非线性光学、超快光学和生物医学光子学等方面，有着巨大的应用前景。目前实现被动锁模的方法主要有半导体可饱和吸收镜（[2]Ursula Keller. Recent developments in compact ultrafast lasers[J]. Nature, 2003, 424(14): 831-838.）、非线性偏振旋转（NPR）技术（[3]Dingyuan Tang. Mechanism of multisoliton formation and soliton energy quantization in passively mode-locked fiber lasers[J]. Physical Review A, 2005, 72(4):043816）、石墨烯饱和吸收体（[4] Han Zhang. Large energy soliton erbium-doped fiber laser with a graphene-polymer composite mode locker[J]. Applied Physics Letters, 2009, 95:141103）和碳纳米管（[5] Frank Wise. Soliton Thulium-Doped Fiber Laser With Carbon Nanotube Saturable Absorber[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2009, 21(3):128-130）等。非线性偏振旋转技术作为较成熟的技术手段，在偏振器和偏振控制器的共同作用下，改变腔内光纤的双折射，得到稳定的光孤子脉冲的输出，同时在系统稳定后可将偏振控制器固定，整个系统仅通过改变泵浦光功率即可得到稳定脉冲输出。
2 μm波段属于眼安全波段。工作在此波段的激光器系统在自由空间应用中有着独特的优势。由于在此波段水吸收的强烈作用，2 um光纤激光器也有着广泛的医疗用途。光纤双折射是由光纤纤芯圆对称性的偏离、横向内应力、或者光纤激光器中残余扭曲引起的，通过外界条件控制可稳定在一定范围内。
1.5 μm波段基于非线性偏振旋转技术的全光纤结构超快激光器的研究已有所报道（[3]Dingyuan Tang. Mechanism of multisoliton formation and soliton energy quantization in passively mode-locked fiber lasers[J]. Physical Review A, 2005, 72(4):043816），但2 μm波段基于非线性偏振旋转技术的双包层增益光纤全光纤结构锁模孤子还未见诸文献。
发明内容
为了解决目前尚未有2 μm波段双包层增益光纤全光纤结构超快激光器的问题，本发明提供一种基于非线性偏振旋转锁模的双包层掺铥全光纤超快激光器，在2 μm波段全光纤激光器中，实现光孤子脉冲的输出。
本发明是以如下技术方案实现的：一种基于非线性偏振旋转锁模的双包层掺铥全光纤超快激光器，包括泵浦源和光纤环形谐振腔；所述的光纤环形谐振腔由合束器、双包层掺铥光纤、隔离器、第一偏振控制器、光耦合器、偏振器和第二偏振控制器通过单模被动光纤依次连接而成；泵浦源通过合束器的泵浦光输入端口把泵浦光注入光纤环形谐振腔，光耦合器的输出端输出腔内振荡产生的光孤子脉冲。
本发明的有益效果是：在2 μm波段全光纤激光器中，实现了基于非线性偏振旋转锁模的光孤子脉冲输出。
附图说明
图1为本发明结构组成示意图；
图2为输出光孤子的脉冲序列；
图3为输出光孤子的干涉自相关曲线；
图4为输出光孤子的光谱图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于非线性偏振旋转锁模的双包层掺铥全光纤超快激光器有一泵浦源1和光纤环形谐振腔；所述的光纤环形谐振腔由合束器2、双包层掺铥光纤3、隔离器4、第一偏振控制器5、光耦合器6、偏振器7和第二偏振控制器8通过单模被动光纤依次连接而成；泵浦源1通过合束器的泵浦光输入端口把泵浦光注入光纤环形谐振腔，光耦合器6的输出端输出腔内振荡产生的光孤子脉冲。
泵浦源1采用波长为793 nm的半导体激光器，标记A为泵浦光输入，B为光孤子脉冲的输出。
合束器2采为793/2000 nm信号/泵浦光合束器，其中标记2a、2b和2c分别为该波分复用器的泵浦端、信号端和输出端，可购自ITF公司，型号为MMC0211C4057。
双包层掺铥光纤3为4 m长的双包层掺铥光纤，作为激光增益介质，可购自Nufern公司型号为SM-TDF-10P/130-HE的双包层掺铥光纤。
隔离器4采用光纤隔离器，用于使腔内激光沿指定方向振荡。
光耦合器6采用10：90光耦合器，其中标记6a、6b和6c分别为该光耦合器的输入端、输出端和输出端，光耦合器的输出比率为10 %。
偏振控制器用于调节光纤谐振腔内的偏振态，获得稳定的孤子脉冲序列。所述的第一偏振控制器5和第二偏振控制器8采用直列式偏振控制器或三桨偏振控制器。
所述的单模被动光纤采用8.8 m长标准单模光纤，可购自Thorlabs公司型号为SM-2000或Corning公司型号为SM-28e的单模被动光纤，所述的单模被动光纤用于连接各个器件。
光孤子脉冲序列如图2，横坐标为时间（Time[ns]），纵坐标为光脉冲强度(Intensity[a.u.])，脉冲重复频率为15 MHz。
使用强度干涉自相关仪测量获得的矢量孤子的干涉自相关信号如图3，横坐标为时间（Time[ps]），纵坐标为光脉冲强度(Intensity[a.u.])，脉冲宽度为1.6 ps。
矢量孤子的光谱如图4，横坐标为波长（Wavelength[nm]），纵坐标为光谱强度(Spectral Intensity[dB])。光谱3 dB带宽为4.45nm，中心波长2042 nm，具有明显的孤子边带特征。
本发明通过改变输入光泵浦功率和偏振态实现光孤子的输出，脉冲宽度为1.6 ps，脉冲重复频率为15MHz，3 dB带宽为4.45 nm，中心波长为2042 nm。在2 μm波段全光纤激光器中，本发明实现的基于非线性偏振旋转锁模的光孤子脉冲输出，尚属首次。
Claims (9)
1.一种基于非线性偏振旋转锁模的双包层掺铥全光纤超快激光器，其特征在于：包括泵浦源（1）和光纤环形谐振腔；所述的光纤环形谐振腔由合束器（2）、双包层掺铥光纤（3）、隔离器（4）、第一偏振控制器（5）、光耦合器（6）、偏振器（7）和第二偏振控制器（8）通过单模被动光纤依次连接而成；泵浦源（1）通过合束器的泵浦光输入端口把泵浦光注入光纤环形谐振腔，光耦合器（6）的输出端输出腔内振荡产生的光孤子脉冲。
2.如权利要求1 所述的基于非线性偏振旋转锁模的双包层掺铥全光纤超快激光器，其特征在于：所述的泵浦源（1）采用波长为793 nm的半导体激光器。
3.如权利要求1 所述的基于非线性偏振旋转锁模的双包层掺铥全光纤超快激光器，其特征在于：所述合束器（2）为793/2000 nm泵浦/信号光合束器。
4.如权利要求1 所述的基于非线性偏振旋转锁模的双包层掺铥全光纤超快激光器，其特征在于：所述的双包层掺铥光纤（3）采用4 m长的双包层掺铥光纤作为激光增益介质。
5.如权利要求1 所述的基于非线性偏振旋转锁模的双包层掺铥全光纤超快激光器，其特征在于：所述的隔离器（4）为光纤隔离器。
6.如权利要求1 所述的基于非线性偏振旋转锁模的双包层掺铥全光纤超快激光器，其特征在于：所述的第一偏振控制器（5）和第二偏振控制器（8）均为直列式偏振控制器。
7.如权利要求1 所述的基于非线性偏振旋转锁模的双包层掺铥全光纤超快激光器，其特征在于：所述的光耦合器（6）采用10：90光耦合器。
8.如权利要求1 所述的基于非线性偏振旋转锁模的双包层掺铥全光纤超快激光器，其特征在于：所述的偏振器（7）采用共轴光纤偏振器。
9.如权利要求1 所述的基于非线性偏振旋转锁模的双包层掺铥全光纤超快激光器，其特征在于：所述单模被动光纤采用9.8 m长单模光纤。
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