CN104538826A - 超短脉冲光纤激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于激光技术领域。公开一种超短脉冲光纤激光器，包括泵浦源、与泵浦源连接的光纤波分复用器、与光纤波分复用器输出公共端熔接的增益光纤、以及用于对增益光纤输出的光进行偏振态调节的第一λ/4波片、用于将第一λ/4波片输出的光分成两路光的偏振分光镜、用于对偏振分光镜输出的一路光进行偏振态调节的第二λ/4波片、设置于偏振分光镜与第二λ/4波片之间用于保证腔内光单向运转的自由空间隔离器、设置于腔内任意位置用于选择光谱带宽的光谱滤波器、其中第二λ/4波片的输出端与光纤波分复用器的输入端相接。本发明采用λ/4波片进行锁模，不易受外界环境的影响，从而保证了系统稳定性，更适合于产品的应用。

Description

超短脉冲光纤激光器
技术领域
本发明涉及激光技术领域，尤其涉及超短脉冲光纤激光器。
背景技术
近年来随着激光技术的飞速发展，皮秒、飞秒等超短脉冲光纤激光器由于其具备阈值低、噪声小、信噪比高、结构紧凑、无需水冷等特点，而受到学术界的青睐。同时由于其峰值功率高，作用时间短，加工热效应小等优点，而逐步成为激光加工业的热点。大量实验和研究表明，全正色散结构的光纤激光器更有利于产生高功率，大能量的超短脉冲激光。
现有的全正色散结构光纤激光器通常采用偏振控制器调节腔内偏振态，实现锁模，从而获得超短脉冲激光。例如《非线性偏振旋转光纤激光器的原理与关键技术》(光通信技术，2013年第7期)、《All-fiber all-normal dispersion laser with a fiber-based Lyotfilter》(OPTICS LETTERS，2010年第35卷第8期)等文献中都公开了通过偏振控制器改变腔内光的偏振态，获得超短脉冲的全正色散结构光纤激光器。另有一些文献中公开的光纤激光器，采用偏振控制器，或在腔内加入λ/4和λ/2波片组合来实现锁模。
上述文献都给出了基于偏振控制器进行锁模从而获得超短脉冲的方案，然而这些方案都是基于实验室基础做出的，由于偏振控制器容易受周围环境因素如温度、震动等的影响，从而会影响到锁模状态的稳定性，长时间工作，锁模状态会发生变化；而在腔内使用λ/4和λ/2波片组合的方案则会由于器件的增多而增加系统的不稳定因素。如果将上述方案应用于产品，系统稳定性仍有缺陷，因此需要设计出更为有效合理的激光器结构。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种系统稳定性更高的超短脉冲光纤激光器。
为解决该问题，本发明提供一种超短脉冲光纤激光器，包括泵浦源、与泵浦源连接的光纤波分复用器、及与光纤波分复用器输出公共端熔接的增益光纤，所述泵浦源经光纤波分复用器将泵浦光耦合至增益光纤中产生激光增益，该激光器还包括：
用于对增益光纤输出的光进行偏振态调节的第一λ/4波片；
用于将第一λ/4波片输出的光分成两路光的偏振分光镜；
用于对偏振分光镜输出的一路光进行偏振态调节的第二λ/4波片；
设置于偏振分光镜与第二λ/4波片之间用于保证腔内光单向运转的自由空间隔离器；
以及设置于腔内任意位置用于选择光谱带宽的光谱滤波器；
所述第二λ/4波片的输出端与光纤波分复用器的输入端相接。
进一步地，所述偏振分光镜输出的另一路光耦合为激光器的输出。
进一步地，所述光谱滤波器设置于第一λ/4波片与偏振分光镜之间。
进一步地，所述光谱滤波器设置于偏振分光镜与第二λ/4波片之间。
进一步地，所述第二λ/4波片的输出端与光纤波分复用器之间设置分光耦合器，所述分光耦合器输出的一路光在腔内循环，另一路光耦合为激光器的输出。
进一步地，所述光谱滤波器设置于第一λ/4波片与偏振分光镜之间。
进一步地，所述第一λ/4波片的输入端与光纤波分复用器之间设置分光耦合器，所述分光耦合器输出的一路光在腔内循环，另一路光耦合为激光器的输出。
进一步地，所述光谱滤波器设置于第一λ/4波片与偏振分光镜之间。
进一步地，所述增益光纤为单模稀土掺杂光纤。
本发明采用λ/4波片替代偏振控制器进行锁模，不易受外界环境的影响，从而保证了锁模状态的稳定性；且无需额外设置λ/2波片，腔内器件越少其稳定性越高，同时也更易于进行锁模的调节，因此从各方面提高了系统的稳定性，更适合于产品的应用。
附图说明
图1为本发明实施例1的激光器结构示意图；
图2为本发明实施例2的激光器结构示意图；
图3为本发明实施例3的激光器结构示意图；
图4为本发明实施例4的激光器结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例，对本发明进行详细说明。
如图1-4所示，本发明的超短脉冲光纤激光器为环形腔结构，工作在全正色散区，借助非线性偏振旋转技术和光谱滤波器实现锁模自启动并保持稳定锁模。该激光器包括泵浦源101、光纤波分复用器102、增益光纤103、第一λ/4波片104、偏振分光镜105、第二λ/4波片106、自由空间隔离器107及光谱滤波器108。
泵浦源101为半导体激光二极管，与波分复用器连接，为其提供泵浦光；光纤波分复用器102的输出公共端与增益光纤103熔接，用于将泵浦光耦合到增益光纤103中，以产生激光增益；增益光纤103为掺镱、掺钕、掺铒等单模稀土掺杂光纤。
第一λ/4波片104与第二λ/4波片105均用于调节腔内偏振态。第一λ/4波片104用于将增益光纤103输出的圆偏振光转变为线偏振光；偏振分光镜105用于将第一λ/4波片104输出的线偏振光分成互相垂直的两路线偏振光；第二λ/4波片106用于将偏振分光镜105输出的一路线偏振光转变为椭圆偏振光。
自由空间隔离器107设置于偏振分光镜105与第二λ/4波片106之间，用于保证腔内光单向运转。
光谱滤波器108设置于腔内任意位置，用于选择光谱带宽。
第二λ/4波片106的输出端通过光纤准直器与光纤波分复用器102的输入端相接，由此形成环形腔结构。
第一λ/4波片104改变了输入光偏振态，从而可以改变偏振分光镜105输出两偏振光分量的大小；第二λ/4波片106将进入后续光纤的偏振态，从线偏振变为椭圆偏振，这样光在光纤中传输时，在光纤不同位置，偏振态都会变化，也就是整个光路中光的偏振态会旋转，从而实现锁模。而光信号在光纤内传输时，积累了较大的正啁啾，经过光谱滤波器108后，积累在脉冲前后沿的高低频谱成分被滤掉，从而在时域上被有效压窄，在整个腔内循环往复，达到一个动态平衡，从而实现稳定锁模。同时由于光谱滤波器108的加入，使得在调整好腔内波片后，下次再开光，即可以实现自启动，而无需再重新找锁模点。
相较于现有采用偏振控制器进行锁模的方式，本发明用于实现锁模的器件不易受外界环境的影响，从而保证了锁模状态的稳定性；且无需额外设置λ/2波片，腔内器件越少其稳定性越高，同时也更易于进行锁模的调节，因此从各方面提高了系统的稳定性，更适合于产品的应用。
下面结合附图，对本发明的几个实施例分别进行说明。几个实施例中，腔内器件连接顺序及耦合输出方式有所区别，其输出光的偏振态及光谱也略有差异。
实施例1：
参见图1，第一λ/4波片104、光谱滤波器108、偏振分光镜105、自由空间隔离器107、第二λ/4波片106顺次连接。偏振分光镜105将第一λ/4波片104输出的线偏振光转变成偏振方向垂直的两路光，一路透射光进入自由空间隔离器107，在腔内循环，另一路反射光耦合到腔外，作为激光器的输出，如图中箭头所示。该实施例中激光器输出的光为线偏振光。
实施例2：
参见图2，第一λ/4波片104、偏振分光镜105、光谱滤波器108、自由空间隔离器107、第二λ/4波片106顺次连接。偏振分光镜105将第一λ/4波片104输出的线偏振光转变成偏振方向垂直的两路光，一路透射光进入自由空间隔离器107，在腔内循环，另一路反射光耦合到腔外，作为激光器的输出，如图中箭头所示。该实施例中激光器输出的光为线偏振光。
实施例3：
参见图3，第一λ/4波片104、光谱滤波器108、偏振分光镜105、自由空间隔离器107、第二λ/4波片106顺次连接。偏振分光镜105将第一λ/4波片104输出的线偏振光转变成偏振方向垂直的两路光，一路透射光进入自由空间隔离器107，在腔内循环，另一路反射光耦合到腔外。第二λ/4波片106的输出端与光纤波分复用器102之间设置分光耦合器109，该分光耦合器将腔内光分为两路，一路在腔内循环，另一路耦合到腔外，作为激光器的输出，如图中箭头所示。该实施例中激光器输出的光为椭圆偏振光。
实施例4：
参见图4，第一λ/4波片104、光谱滤波器108、偏振分光镜105、自由空间隔离器107、第二λ/4波片106顺次连接。偏振分光镜105将第一λ/4波片104输出的线偏振光转变成偏振方向垂直的两路光，一路透射光进入自由空间隔离器107，在腔内循环，另一路反射光耦合到腔外。第一λ/4波片104的输入端与光纤波分复用器102之间设置分光耦合器109，该分光耦合器将腔内光分为两路，一路在腔内循环，另一路耦合到腔外，作为激光器的输出，如图中箭头所示。该实施例中激光器输出的光为椭圆偏振光。

Claims (9)

1.一种超短脉冲光纤激光器，包括泵浦源、与泵浦源连接的光纤波分复用器、及与光纤波分复用器输出公共端熔接的增益光纤，所述泵浦源经光纤波分复用器将泵浦光耦合至增益光纤中产生激光增益，其特征在于，该激光器还包括：
用于对增益光纤输出的光进行偏振态调节的第一λ/4波片；
用于将第一λ/4波片输出的光分成两路光的偏振分光镜；
用于对偏振分光镜输出的一路光进行偏振态调节的第二λ/4波片；
设置于偏振分光镜与第二λ/4波片之间用于保证腔内光单向运转的自由空间隔离器；
以及设置于腔内任意位置用于选择光谱带宽的光谱滤波器；
所述第二λ/4波片的输出端与光纤波分复用器的输入端相接。
2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于：所述偏振分光镜输出的另一路光耦合为激光器的输出。
3.根据权利要求2所述的激光器，其特征在于：所述光谱滤波器设置于第一λ/4波片与偏振分光镜之间。
4.根据权利要求2所述的激光器，其特征在于：所述光谱滤波器设置于偏振分光镜与第二λ/4波片之间。
5.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于：所述第二λ/4波片的输出端与光纤波分复用器之间设置分光耦合器，所述分光耦合器输出的一路光在腔内循环，另一路光耦合为激光器的输出。
6.根据权利要求5所述的激光器，其特征在于：所述光谱滤波器设置于第一λ/4波片与偏振分光镜之间。
7.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于：所述第一λ/4波片的输入端与光纤波分复用器之间设置分光耦合器，所述分光耦合器输出的一路光在腔内循环，另一路光耦合为激光器的输出。
8.根据权利要求7所述的激光器，其特征在于：所述光谱滤波器设置于第一λ/4波片与偏振分光镜之间。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的激光器，其特征在于：所述增益光纤为单模稀土掺杂光纤。
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