CN109687269B - 一种基于掺铥石英光纤的1.7μm锁模光纤激光器 - Google Patents

一种基于掺铥石英光纤的1.7μm锁模光纤激光器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于掺铥石英光纤的1.7μm锁模光纤激光器，其具体结构主要包括1.7μm信号源、第一耦合器、泵浦源、波分复用器、掺铥石英光纤、带通滤波器、第一偏振控制器、偏振相关隔离器、第二偏振控制器、普通单模光纤、第二耦合器和光纤跳线头。该发明能在掺铥石英光纤中实现短波长1.7μm锁模光纤激光输出操作。该激光器为全光纤结构，整个光路结构简单，紧凑，可操作性强，成本低，能长期稳定运行，特别适合集成化开发，在多光子成像以及光学相干断层扫描等领域有着重要的应用前景。

Description

一种基于掺铥石英光纤的1.7μm锁模光纤激光器
技术领域
本发明涉及光纤激光器领域，具体涉及一种基于掺铥石英光纤的1.7μm锁模光纤激光器。
背景技术
1.7μm波段光纤激光器在生物医药、空间通信、聚合物焊接和激光手术等领域有着重要的应用前景。近些年来，随着多光子成像以及光学相干断层扫描(OCT)技术的快速发展，寻求一个能提高成像深度和分辨率的新波段范围内的超短脉冲光源已成为了各个研究机构的研究热点。而相比于800～1550nm波段，1.7μm具有在人体软组织中吸收系数和散射小的特点，它能显著地提升设备在该组织中的成像深度和分辨率。因此，发展该波段的超短脉冲光源也引起了人们极大的兴趣。
国内外研究机构在1.7μm波段连续光纤激光器方面已有很多报道，但在该波段脉冲激光研究方便取得的进展较少。目前，已有报道采用飞秒激光同步泵浦光参量振荡器获得了1.7μm波段附近的可调谐飞秒激光输出，但该结构复杂而体积大，运行成本高。除此之外，还有相关报道，基于孤子自频移装置，在镱铒共掺石英光纤中实现了该波段的可调谐锁模光纤激光输出，但该激光器采用空间耦合方式，难以长期稳定运行，结构不够紧凑，不易于集成化开发。因此，发展一种稳定、结构简单、易于操作和集成化的1.7μm波段锁模光纤激光器具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种基于掺铥石英光纤的1.7μm锁模光纤激光器，工作稳定、结构简单、易于操作。
本发明采用的技术方案：
该基于掺铥石英光纤的1.7μm锁模光纤激光器，包括信号源、泵浦源和依次熔接的第一耦合器、波分复用器、掺铥石英光纤、带通滤波器、第一偏振控制器、偏振相关隔离器、第二偏振控制器、单模光纤、第二耦合器以及光纤跳线头；第二耦合器与第一耦合器熔接，使整个光路构成一个闭环；所述偏振相关隔离器用以保证光在光路中单方向运行；
其中，第一耦合器的一个分束端a熔接信号源，另一个分束端b熔接第二耦合器的一个分束端c；第二耦合器的另一个分束端d与光纤跳线头熔接；波分复用器的信号注入端与第一耦合器合束端熔接，泵浦臂与泵浦源熔接，合束端与掺铥石英光纤熔接。
基于以上方案，本发明还进一步作了如下优化：
所述泵浦源为掺铒光纤激光器。
所述泵浦源的输出波长为1550nm，输出功率为0～20W。
所述带通滤波器的高通波段为1695～1720nm，高阻波段为1650～1695nm和1720～2000nm。
所述光纤跳线头为APC型。
所述波分复用器的工作波长为1550/1705±10nm，插入损耗小于0.1dB。
所述偏振相关隔离器的工作波段为1.7μm，其隔离度大于50dB，插入损耗小于0.2dB。
本发明的工作原理：本发明提供的锁模激光器主要由1.7μm增益放大和非线性偏振偏转锁模两部分组成。其中，第一部分主要由1.7μm信号源、第一耦合器、泵浦源、波分复用器、掺铥石英光纤和滤波器等器件构成，提供1.7微米波段的放大增益信号；第二部分主要由第一偏振控制器、偏振相关隔离器、第二偏振控制器和普通单模光纤等器件构成，提供锁模器件；另外第二耦合器和光纤跳线头构成该激光器中的输出部分，第二耦合器与第一耦合器熔接，使整个光路形成了一个闭环，而偏振相关隔离器能保证光在光路中单方向运行。
信号源和泵浦源分别通过第一耦合器和波分复用器将信号光和泵浦光注入掺铥石英光纤中，经过滤波器形成1.7μm波段的放大的增益信号；再经过由第一偏振控制器、偏振相关隔离器、第二偏振控制器和普通单模光纤等器件后，发生非线性偏振偏转效率，其后经由第二耦合器返回光路中；如此不断反复，最终形成稳定的1.7μm锁模光纤激光，并经第二耦合器d端由光纤跳线头输出。
本发明的有益效果：
1.本发明在激光器光路中巧妙地加入一个1.7μm掺铥石英光纤放大器，并利用带通滤波器(其高通波段为1695～1720nm，高阻波段为1650～1695nm和1720～2000nm)有效地抑制光路中放大自发辐射(ASE)的产生，保证掺铥石英光纤中短波长1.7μm波段信号增益的放大。
2.本发明中由第一偏振控制器、偏振相关隔离器、第二偏振控制器和普通单模光纤组合构成类似可饱和吸收体的锁模器件，其中偏振相关隔离器能保证光路中信号光的单向运行，单模光纤能对光路中非线性以及锁模激光的重频进行调制。
3.输出光路中的光纤跳线头为APC型，它能有效地抑制光路中寄生信号光的产生。
4.该锁模光纤激光器为全光纤结构，通过巧妙的全光纤器件搭配，能在掺铥石英光纤中实现短波长1.7μm锁模光纤激光的稳定输出；整个光路结构简单，紧凑，可操作性强，成本低，能长期稳定运行，特别适合集成化开发，在多光子成像以及光学相干断层扫描等领域有着重要的应用前景。
附图说明
图1为本发明的一种基于掺铥石英光纤的1.7μm锁模光纤激光器结构示意图。
附图标号说明：
1、1.7μm信号源，2、第一耦合器，3、泵浦源，4、波分复用器，5、掺铥石英光纤，6、带通滤波器，7、第一偏振控制器，8、偏振相关隔离器，9、第二偏振控制器，10、普通单模光纤，11、第二耦合器，12、光纤跳线头。
具体实施方式
参见图1，本发明所提供的一种基于掺铥石英光纤的1.7μm锁模光纤激光器，其具体结构主要由1.7μm信号源1、第一耦合器2、泵浦源3、波分复用器4、掺铥石英光纤5、带通滤波器6、第一偏振控制器7、偏振相关隔离器8、第二偏振控制器9、普通单模光纤10、第二耦合器11和光纤跳线头12组成；信号源1与第一耦合器2分束端a熔接；波分复用器4信号注入端与第一耦合器2合束端熔接，其泵浦臂与泵浦源3熔接；掺铥石英光纤5一端与波分复用器4合束端熔接，其另一端与带通滤波器6一端熔接；第一偏振控制器7一端与带通滤波器6另一端熔接，其另一端与偏振相关隔离器8一端熔接；第二偏振控制器9与偏振相关隔离器8另一端熔接，其另一端与普通单模光纤10一端熔接；第二耦合器11合束端与普通单模光纤10另一端熔接，其分束端c与第一耦合器2分束端b熔接，其分束端d与光纤跳线头12熔接。
信号源1可以采用现有的1.7μm光纤激光器(例如专利文献CN 106329296A的方案)；第一耦合器2工作波段为1.7μm波段，分束比为50/50，插入损耗小于0.1dB；泵浦源3可以采用IPG公司生产的掺铒光纤激光器，其输出波长为1550nm，最大输出功率为20W；波分复用器4的工作波长为1550/1705±10nm，插入损耗小于0.1dB；掺铥石英光纤5的纤芯和内包层直径分别为9.6和125μm，数值孔径为0.20，长度为300mm；带通滤波器6的带通波段为1695～1720nm，高阻波段为1650～1695nm和1720～2000nm；偏振相关隔离器8工作波段为1.7μm，其隔离度大于50dB，插入损耗小于0.2dB；普通单模光纤型号为corning SMF28e，其长度为30m；第二耦合器11工作波段为1.7μm，分束比为90/10，其中c端对应于90，d端对应于10，插入损耗小于0.1dB；光纤跳线头为APC型。
信号源1和泵浦源3分别通过第一耦合器2分束端a和波分复用器4泵浦臂将1.7μm信号光和1.55μm泵浦光注入掺铥石英光纤5中，经过带通滤波器6形成1.7μm波段的放大的增益信号；再经过由第一偏振控制器7、偏振相关隔离器8、第二偏振控制器9和普通单模光纤10等器件后，发生非线性偏振偏转效率，其后经由第二耦合器11分束端口c返回光路中；如此不断反复，最终形成稳定的1.7μm锁模光纤激光，并经第二耦合器11d端由光纤跳线头12输出。整个激光器均由光纤器件间熔接而成，为全光纤结构，整个光路结构简单，紧凑，可操作性强，成本低，能长期稳定运行，特别适合集成化开发，在多光子成像以及光学相干断层扫描等领域有着重要的应用前景。
最后需要说明的是，本发明不限于上述实施例，本领域相关人员在本发明技术方案基础上所进行的简单修改或替换，都属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (7)

1.一种基于掺铥石英光纤的1.7μm锁模光纤激光器，其特征在于：包括信号源(1)、泵浦源(3)和依次熔接的第一耦合器(2)、波分复用器(4)、掺铥石英光纤(5)、带通滤波器(6)、第一偏振控制器(7)、偏振相关隔离器(8)、第二偏振控制器(9)、单模光纤(10)、第二耦合器(11)以及光纤跳线头(12)；第二耦合器(11)与第一耦合器(2)熔接，使整个光路构成一个闭环；所述偏振相关隔离器用以保证光在光路中单方向运行；
其中，第一耦合器(2)的一个分束端a熔接信号源(1)，另一个分束端b熔接第二耦合器(11)的一个分束端c；第二耦合器(11)的另一个分束端d与光纤跳线头(12)熔接；波分复用器(4)的信号注入端与第一耦合器(2)合束端熔接，泵浦臂与泵浦源(3)熔接，合束端与掺铥石英光纤(5)熔接。
2.根据权利要求1所述的基于掺铥石英光纤的1.7μm锁模光纤激光器，其特征在于：所述泵浦源(3)为掺铒光纤激光器。
3.根据权利要求1所述的基于掺铥石英光纤的1.7μm锁模光纤激光器，其特征在于：所述泵浦源(3)的输出波长为1550nm，输出功率为0～20W。
4.根据权利要求1所述的基于掺铥石英光纤的1.7μm锁模光纤激光器，其特征在于：所述带通滤波器(6)的高通波段为1695～1720nm，高阻波段为1650～1695nm和1720～2000nm。
5.根据权利要求1所述的基于掺铥石英光纤的1.7μm锁模光纤激光器，其特征在于：所述光纤跳线头为APC型。
6.根据权利要求1所述的基于掺铥石英光纤的1.7μm锁模光纤激光器，其特征在于：所述波分复用器(4)的工作波长为1550/1705±10nm，插入损耗小于0.1dB。
7.根据权利要求1所述的基于掺铥石英光纤的1.7μm锁模光纤激光器，其特征在于：所述偏振相关隔离器(8)工作波段为1.7μm，其隔离度大于50dB，插入损耗小于0.2dB。
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