CN109378694A - 宽带波长可调色散管理型全光纤超快脉冲激光器及系统 - Google Patents

宽带波长可调色散管理型全光纤超快脉冲激光器及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种宽带波长可调色散管理型全光纤超快脉冲激光器及系统，该激光器包括：通过光纤依次连接的波分复用器、增益光纤、色散补偿型双折射滤波器、锁模器件和输出耦合器；其中，波分复用器与输出耦合器连接；波分复用器用于与外设泵浦光源连接，并获取外设泵浦光源传输的泵浦光；波分复用器还用于对泵浦光进行耦合处理；增益光纤用于对基于泵浦光产生信号光；色散补偿型双折射滤波器包括通过光纤依次连接的利奥滤波单元和色散补偿光纤；锁模器件用于基于信号光得到锁模脉冲激光；输出耦合器用于输出锁模脉冲激光。本发明结构简单，同时可以实现波长的宽带可调谐输出。

Description

宽带波长可调色散管理型全光纤超快脉冲激光器及系统
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，尤其是涉及一种宽带波长可调色散管理型全光纤超快脉冲激光器及系统。
背景技术
激光器是一种发射激光的装置，脉冲激光器是指单个激光脉冲宽度小于0.25秒、每间隔一定时间才工作一次的激光器。但是，对于现有的绝大多数脉冲激光器而言，其输出的光谱都不具备可调谐性。以一种掺镱锁模脉冲光纤激光器为例，该激光器由偏振无关隔离器、偏振控制器、保偏光纤、偏振光分束器和偏振控制器组成，该掺镱锁模脉冲光纤激光器不仅结构复杂，而且输出的激光波长不具备可调谐性。而对于少数可以实现波长可调谐输出的脉冲激光器而言，仍然存在一些问题。以一种掺铥锁模脉冲光纤激光器为例，该激光器采用锥形光纤滤波器、锥形光纤碳纳米管可饱和吸收体和隔离器的结构，该激光器可以通过调谐锥形光纤滤波器的形变来实现波长的可调谐输出，但是其锥形光纤滤波器的形变有限，导致该激光器不具备宽带的可调谐性，并且在调谐的过程中，易损坏锥形光纤。进一步的，以一种掺铒锁模脉冲光纤激光器，由偏振无关隔离器、保偏光纤、可饱和吸收体以及两个偏振控制器组成，该激光器不仅结构复杂，而且激光器的输出波长只有10纳米的可调谐范围。
因此，现有的脉冲激光器在激光器结构、波长可调谐性以及宽带可调谐的范围等方面有待进一步优化。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种宽带波长可调色散管理型全光纤超快脉冲激光器及系统，结构简单，同时可以实现波长和宽带的可调谐输出。
第一方面，本发明实施例提供了一种宽带波长可调色散管理型全光纤超快脉冲激光器，包括：通过光纤依次连接的波分复用器、增益光纤、色散补偿型双折射滤波器、锁模器件和输出耦合器；其中，波分复用器与输出耦合器连接；波分复用器用于与外设泵浦光源连接，并获取外设泵浦光源传输的泵浦光；波分复用器还用于对泵浦光进行耦合处理；增益光纤用于对基于泵浦光产生信号光；色散补偿型双折射滤波器包括通过光纤依次连接的利奥滤波单元和色散补偿光纤；利奥滤波单元用于调谐信号光；色散补偿光纤用于对信号光进行色散补偿处理；锁模器件用于基于信号光得到锁模脉冲激光；输出耦合器用于输出所述锁模脉冲激光。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，上述增益光纤为单包层结构。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，上述利奥滤波单元包括通过光纤依次相连的第一偏振控制组件、保偏隔离组件和第二偏振控制组件；其中，第一偏振控制组件和第二偏振控制组件均用于调谐信号光的偏振状态；保偏隔离组件用于控制信号光的传输方向。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，上述第一偏振控制组件和第二偏振控制组件均为PC偏振控制器。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，上述保偏隔离组件为PM-ISO保偏隔离器。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，上述锁模器件为可饱和吸收体。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，上述输出耦合器的一端与锁模器件连接，输出耦合器的另一端作为输出端。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，上述激光器为全光纤环形结构。
第二方面，本发明实施例还提供一种宽带波长可调色散管理型全光纤超快脉冲激光系统，包括：依次连接的外设泵浦光源和第一方面至第一方面的第七种可能的实施方式任一项的一种宽带波长可调色散管理型全光纤超快脉冲激光器。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，外设泵浦光源为激光二极管或连续光激光器。
本发明实施例带来了以下有益效果：
本发明实施例提供的一种宽带波长可调色散管理型全光纤超快脉冲激光器及系统，包括通过光纤依次连接的波分复用器、增益光纤、色散补偿型双折射滤波器、锁模器件和输出耦合器，输出耦合器还与波分复用器相连，形成环形结构，具体的，波分复用器与外设泵浦光源连接，以接收外设泵浦光源传输的泵浦光，另外波分复用器还用于对泵浦光进行耦合处理，增益光纤基于上述泵浦光形成信号光，色散补偿型双折射滤波器可以对信号光波长的宽带进行调谐，同时还可以对信号光进行色散补偿，锁模器件可以基于信号光得到锁模脉冲激光，并通过输出耦合器输出。
本发明实施例提供的激光器通过光纤连接，得到结构简单的全光纤超快脉冲激光器，同时，相较于现有技术中通过在激光器内加入光纤光栅或者可调谐滤波器来实现激光的可调谐输出，本发明实施例通过采用色散补偿型双折射滤波器，即可以实现激光器波长的可调谐输出和宽带的可调谐输出，还可以对激光器的色散进行补偿，从而使激光器的输出总色散几乎为零。另外，本发明实施例提供的激光器还可以实现脉冲宽度为百飞秒量级、在工作波段的波长可调谐范围大于60纳米的锁模脉冲输出。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种宽带波长可调色散管理型全光纤超快脉冲激光器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种宽带波长可调色散管理型全光纤超快脉冲激光器的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种宽带波长可调色散管理型全光纤超快脉冲激光系统的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种宽带波长可调色散管理型全光纤超快脉冲激光系统的结构示意图。
图标：
100-宽带波长可调色散管理型全光纤超快脉冲激光器；110-波分复用器；120-增益光纤；130-色散补偿型双折射滤波器；131-第一偏振控制组件；132-保偏隔离器；133-第二偏振控制组件；134-色散补偿光纤；140-锁模器件；150-输出耦合器；200-外设泵浦光源。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前，现有的脉冲激光器在激光器结构、波长可调谐性以及宽带可调谐范围等方面有待进一步优化，基于此，本发明实施例提供的一种宽带波长可调色散管理型全光纤超快脉冲激光器及系统，可以结构简单，同时可以实现波长和宽带的可调谐输出。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种宽带波长可调色散管理型全光纤超快脉冲激光器进行详细介绍，参见图1所示的一种宽带波长可调色散管理型全光纤超快脉冲激光器的结构示意图，该激光器包括：通过光纤依次连接的波分复用器110、增益光纤120、色散补偿型双折射滤波器130、锁模器件140和输出耦合器150，波分复用器110还与输出耦合器150连接，得到全光线环形结构的激光器。
具体的，波分复用器110，即为WDM(Wavelength Division Multiplexing，波分复用器)，用于与外设泵浦光源连接，并获取外设泵浦光源传输的泵浦光；波分复用器还用于对泵浦光进行耦合处理，将泵浦光耦合至激光器内，也即将泵浦光耦合至激光谐振腔内。
增益光纤120用于对基于泵浦光产生信号光，同时还可以起到放大信号光的作用，其中，增益光纤可以采用EDF(Erbium Doped Fiber，掺铒光纤)、YDF(Yb-Doped Fiber，掺镱光纤)或TDF(Tm-Doped Fiber，掺铥光纤)等。
色散补偿型双折射滤波器130包括通过光纤连接的利奥滤波单元和色散补偿光纤；利奥滤波单元也即双折射滤波器，用于调谐信号光，以实现激光器波长的宽带可调节输出，另外，通过色散补偿光纤对信号光进行色散补偿处理，使得激光器输出的总色散接近于零，从而额获取宽带的锁模光谱，进而实现更宽带的波长可调谐输出。
锁模器件140用于基于信号光得到锁模脉冲激光，通过锁模器件实现激光器的锁模脉冲输出。
输出耦合器150也即Coupler输出耦合器，用于输出锁模脉冲激光。具体的，输出耦合器的一端留在环形激光器的内部，以维持激光器的增益和继续运转；输出耦合器的另一端作为输出端，用于输出锁模脉冲激光，以对激光器的性能参数进行测量，以及对激光器的进一步应用。
本发明实施例提供的一种宽带波长可调色散管理型全光纤超快脉冲激光器，包括通过光纤依次连接的波分复用器、增益光纤、色散补偿型双折射滤波器、锁模器件和输出耦合器，输出耦合器还与波分复用器相连，形成环形结构，具体的，波分复用器与外设泵浦光源连接，以接收外设泵浦光源传输的泵浦光，另外波分复用器还用于对泵浦光进行耦合处理，增益光纤基于上述泵浦光形成信号光，色散补偿型双折射滤波器可以对信号光波长的宽带进行调谐，同时还可以对信号光进行色散补偿，锁模器件可以基于信号光得到锁模脉冲激光，并通过输出耦合器输出。
本发明实施例提供的激光器通过光纤连接，得到结构简单的全光纤超快脉冲激光器，同时，相较于现有技术中通过在激光器内加入光纤光栅或者可调谐滤波器来实现激光的可调谐输出，本发明实施例通过采用色散补偿型双折射滤波器，即可以实现激光器波长的可调谐输出和宽带的可调谐输出，还可以对激光器的色散进行补偿，从而使激光器的输出总色散几乎为零。另外，本发明实施例提供的激光器还可以实现脉冲宽度为百飞秒量级、在工作波段的波长可调谐范围大于60纳米的锁模脉冲输出。
进一步的，上述增益光纤为单包层结构。
为了便于对上述实施例提供的激光器进行理解，本发明实施例还提供了另一种宽带波长可调色散管理型全光纤超快脉冲激光器，参见图2所示的另一种宽带波长可调色散管理型全光纤超快脉冲激光器的结构示意图，该激光器包括：
通过光纤依次连接波分复用器110、增益光纤120、第一偏振控制组件131、保偏隔离器132、第二偏振控制组件133、色散补偿光纤134、锁模器件140和输出耦合器150，其中，波分复用器110还与输出耦合器150连接，形成全光纤环形结构。
其中，上述第一偏振控制组件131、保偏隔离器132、第二偏振控制组件133组成利奥滤波单元，具体的，第一偏振控制组件和第二偏振控制组件均为PC(polarizationcontroller，偏振控制器)，并且第一偏振控制组件PC1和第二偏振控制组件PC2均用于调谐信号光的偏振状态；保偏隔离组件为PM-ISO(Polarization Maintaining Isolator，保偏隔离器)，用于控制信号光的传输方向。
进一步的，上述利奥滤波单元和DCF(Dispersion Compensating Fiber，色散补偿光纤)组成了色散补偿型的双折射滤波器，用来实现激光器波长的宽带可调谐输出，通过调节两个偏振控制器PC1和PC2优化激光器的偏振状态，使入射到PM-ISO上的信号光具有不同的偏振状态，使得信号光在保偏隔离器中快轴和慢轴折射率的差异不断积累，从而改变激光器输出光谱的中心波长。进而可以通过简单的调节两个偏振控制器，来实现在不同波段输出的锁模脉冲光谱，并实现波长的可调谐输出。另外，通过PM-ISO可以使信号光定向运转，并且通过DCF可以对激光器进行进一步优化，例如优化激光器中不同器件光纤的长度和色散。
在一种实施方式中，锁模器件为SA(Saturable Absorber，可饱和吸收体)，具体的，可饱和吸收体可以为石墨烯、碳纳米管、TMD(Transition Metal Disulfide，过渡金属硫属化物)等，其所具有的超宽的工作波段、超快的恢复时间、低的线性吸收、高的损伤阈值等特性更有利于获取百飞秒量级的锁模脉冲输出。
进一步的，上述输出耦合器的一端与锁模器件连接，输出耦合器的另一端作为输出端，在维持激光器的增益和继续运转的同时，还可以输出宽度为百飞秒量级、在工作波段的波长可调谐范围大于60纳米的锁模脉冲激光。
可以理解的，上述激光器为全光纤环形结构。
综上所述，本发明实施例提供的宽带波长可调色散管理型全光纤超快脉冲激光器，通过两个偏振控制器、一个保偏隔离器、色散补偿光纤和可饱和吸收体的组合，巧妙的实现了在全光纤激光器中，百飞秒量级的波长宽带可调谐输出。另外，通过两个偏振控制器、一个保偏隔离器和色散补偿光纤组成的色散管理型双折射滤波器，可以使激光装置具有宽带可调的特点。
对于前述实施例提供的宽带波长可调色散管理型全光纤超快脉冲激光器，本发明实施例还提供了一种宽带波长可调色散管理型全光纤超快脉冲激光系统，参见图3所示的一种宽带波长可调色散管理型全光纤超快脉冲激光系统的结构示意图，该系统包括以下部分：前述实施例提供的宽带波长可调色散管理型全光纤超快脉冲激光器100，以及与宽带波长可调色散管理型全光纤超快脉冲激光器100连接的外设泵浦光源200。
本发明实施例提供的一种宽带波长可调色散管理型全光纤超快脉冲激光系统，通过外设泵浦光源获取泵浦光，并通过上述实施例提供的宽带波长可调色散管理型全光纤超快脉冲激光器输出脉冲宽度为百飞秒量级、在工作波段的波长可调谐范围大于60纳米的锁模脉冲激光。
本发明实施例提供的激光系统通过光纤连接，得到结构简单的全光纤超快脉冲激光器，同时，相较于现有技术中通过在激光器内加入光纤光栅或者可调谐滤波器来实现激光的可调谐输出，本发明实施例通过采用色散补偿型双折射滤波器，即可以实现激光器波长的可调谐输出和宽带的可调谐输出，还可以对激光器的色散进行补偿，从而使激光器的输出总色散几乎为零。另外，本发明实施例提供的激光器还可以实现脉冲宽度为百飞秒量级、在工作波段的波长可调谐范围大于60纳米的锁模脉冲输出。
其中，外设泵浦光源为为激光二极管或连续光激光器。
进一步的，为了便于理解，本发明实施例还提供另一种宽带波长可调色散管理型全光纤超快脉冲激光系统，参见图4所示的另一种宽带波长可调色散管理型全光纤超快脉冲激光系统的结构示意图，该系统包括通过光纤依次连接波分复用器110、增益光纤120、第一偏振控制组件131、保偏隔离器132、第二偏振控制组件133、色散补偿光纤134、锁模器件140和输出耦合器150，其中，波分复用器110还与输出耦合器150连接，形成全光纤环形结构；波分复用器110还与外设泵浦光源200连接，以获取泵浦光。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的宽带波长可调色散管理型全光纤超快脉冲激光系统的具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应装置，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种宽带波长可调色散管理型全光纤超快脉冲激光器，其特征在于，包括：通过光纤依次连接的波分复用器、增益光纤、色散补偿型双折射滤波器、锁模器件和输出耦合器；其中，所述波分复用器与所述输出耦合器连接；
所述波分复用器用于与外设泵浦光源连接，并获取所述外设泵浦光源传输的泵浦光；所述波分复用器还用于对所述泵浦光进行耦合处理；
所述增益光纤用于对基于所述泵浦光产生信号光；
所述色散补偿型双折射滤波器包括通过光纤依次连接的利奥滤波单元和色散补偿光纤；所述利奥滤波单元用于调谐所述信号光；所述色散补偿光纤用于对所述信号光进行色散补偿处理；
所述锁模器件用于基于所述信号光得到锁模脉冲激光；
所述输出耦合器用于输出所述锁模脉冲激光。
2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述增益光纤为单包层结构。
3.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述利奥滤波单元包括通过光纤依次相连的第一偏振控制组件、保偏隔离组件和第二偏振控制组件；其中，
所述第一偏振控制组件和所述第二偏振控制组件均用于调谐所述信号光的偏振状态；
所述保偏隔离组件用于控制所述信号光的传输方向。
4.根据权利要求3所述的激光器，其特征在于，所述第一偏振控制组件和所述第二偏振控制组件均为PC偏振控制器。
5.根据权利要求3所述的激光器，其特征在于，所述保偏隔离组件为PM-ISO保偏隔离器。
6.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述锁模器件为可饱和吸收体。
7.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述输出耦合器的一端与所述锁模器件连接，所述输出耦合器的另一端作为输出端。
8.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述激光器为全光纤环形结构。
9.一种宽带波长可调色散管理型全光纤超快脉冲激光系统，其特征在于，包括：依次连接的外设泵浦光源和权利要求1至8任一项所述的一种宽带波长可调色散管理型全光纤超快脉冲激光器。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述外设泵浦光源为激光二极管或连续光激光器。
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