CN112152062A - 飞秒光纤振荡器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种飞秒光纤振荡器。在激光腔中提供色散控制、锁模、光谱滤波等。例如，光学组件可以包括衍射光栅对，其布置成使光束在向前穿过光学组件时在时间和空间上色散；在光学组件的一端处的反射装置；以及聚焦光学器件，其布置成在反射装置处产生束腰。在反射装置处产生的束腰可以使光束在反向穿过光学组件时反转，并且光束的时间色散和空间色散在反向穿过光学组件时可以加倍以形成从光学组件的在时间和空间上色散的输出。

Description

飞秒光纤振荡器

技术领域

本公开总体上涉及一种光纤振荡器，并且涉及一种包括各种装置(装置)的光学组件，该各种装置被布置为在第二次穿过光学组件时使入射光束反转以产生空间色散的输出，该输出提供激光腔中的色散控制、锁模、光谱滤波等。

背景技术

锁模是指光学技术，通过该技术激光器被配置为产生超短脉冲，该超短脉冲的脉冲持续时间约为皮秒(psec)或飞秒(fsec)。因此，被操作为产生超短脉冲的锁模激光器有时被称为飞秒激光器等。通常，将锁模激光器耦合到包含锁模装置(或锁模器)的激光腔，该锁模装置可以是诸如光调制器的有源元件，诸如可饱和吸收器的非线性无源元件等。锁模装置导致形成超短脉冲，该脉冲在激光腔中循环。在稳定状态下，影响循环脉冲的影响处于平衡状态，使得每次完成往返行程后，脉冲参数都不会更改，或者在每次往返行程中甚至几乎恒定不变。每次脉冲碰到输出耦合器镜时，都会发出可用的脉冲，使得规则的脉冲序列会离开激光器。假设单个循环脉冲，脉冲重复周期对应于激光腔中的往返时间(通常为几纳秒)，而脉冲持续时间要短得多。因此，锁模激光器可以具有比平均功率高几个数量级的峰值功率。

发明内容

根据一些实施方式，光纤振荡器可以包括：激光源，配置为将光束提供到激光腔的有源光纤中，其中，光束在向前方向上传播通过激光腔并在有源光纤中经历增益；输出耦合器，包括被布置为在光束穿过有源光纤之后接收光束的输入端口、耦合到激光腔中的第一输出端口以及引向输出光纤的第二输出端口；和光学组件，耦合在激光源和输出耦合器之间，其中，光学组件包括：衍射光栅对，布置为使光束在向前穿过光学组件时在时间上和空间上色散；反射装置，在光学组件的一端处；和聚焦光学器件，布置为在反射装置处产生束腰，其中，在反射装置处产生的束腰使光束在反向穿过光学组件时逆转，和其中，在反向穿过光学组件时光束的时间色散和空间色散加倍，以形成耦合回到激光腔中的时间上和空间上经色散的输出。

根据一些实施方式，光学组件可以包括：衍射光栅对，布置成使光束在向前穿过光学组件时在时间上和空间上色散；反射装置，在光学组件的一端处；和聚焦光学器件，布置为在反射装置处产生束腰，其中，在反射装置处产生的束腰使光束在反向穿过光学组件时逆转，和其中，在反向穿过光学组件时光束的时间色散和空间色散加倍，以从光学组件形成时间上和空间上经色散的输出。

根据一些实施方式，一种方法可以包括：在光学组件处接收光束；通过光学组件的衍射光栅对使光束在向前穿过光学组件时在时间上和空间上色散；和通过光学组件的聚焦光学器件，在布置在光学组件一端处的反射装置处产生束腰，其中，在反射装置处产生的束腰使光束在反向穿过光学组件时逆转，和其中，在反向穿过光学组件时光束的时间色散和空间色散加倍，以从光学组件形成在时间上和在空间上经色散的输出。

附图说明

图1A-1B是锁模振荡器的一个或多个示例的图；

图1C是示例色散控制装置的图，该色散控制装置包括可以在锁模振荡器中使用的一对光栅；

图2A-2B是光学组件的一个或多个示例实施方式的图，该光学组件在激光腔中提供色散控制、锁模、光谱滤波等；

图3是示例计算的图，其示出了如何使用图2A-2B所示的光学组件来独立地控制光谱滤波；

图4是用于在如本文所述的飞秒光纤振荡器中使用光学组件的示例过程的流程图。

具体实施方式

示例实施方式的以下详细描述参照附图。不同附图中的相同附图标记可以标识相同或相似的元件。

短脉冲光纤振荡器通常需要色散、损耗、可饱和吸收、光谱滤波和/或诸如此类的特定组合，以正常工作。例如，在1微米波长范围内，标准光纤通常表现出正常(例如正)色散，这排除了在1.5微米范围内常见的孤子锁模的典型使用，在此，脉冲通过非线性自相位调制(SPM)和光纤中的异常色散之间的相互作用而得以稳定。1微米(或微米)(μm)和1.5μm的波长是两个主要的波长范围，对于此，通常使用掺稀土的石英光纤振荡器和功率放大器(例如，分别为镱(Yb)和铒(Er)掺杂剂)来构建锁模光纤激光器。在更长的波长下，二氧化硅光纤往往会失去透明度。在较短的波长下，几乎没有适合二极管泵浦的稀土激光跃迁，而那些确实存在的跃迁通常效率较低。通常，由于使用1μm的Yb可能比使用1.5μm的Er更高的功率标定，因此强烈倾向于优选1μm。对于某些应用，较短的波长往往会导致更好的性能。因此，相对于1.5μm，通常优选1μm，并且在某些应用中，甚至期望由非线性谐波转换产生的更短的波长(例如，从1μm至

或345nm)。

结果，在正常色散状态(例如，在1微米波长下)的锁模激光器中，通常在腔内使用特定的部件以提供负色散，从而抵消光纤的正色散，以产生基于往返的净异常色散并启用孤子锁模(有时称为准孤子锁模等)。例如，可以设置在腔内以提供负色散的部件可以包括衍射光栅、啁啾光纤布拉格光栅、啁啾体积布拉格光栅、棱镜、棱镜光栅(grisms)和/或诸如此类。但是，向腔中添加部件通常会增加腔的长度，这可能会限制最大可达到的激光重复率。此外，由于通常在每个光纤部件(例如，衍射光栅、光环形器、光谱滤波器和/或诸如此类)周围需要最小长度的光纤以便实现拼接，因此，最大可实现的重复率通常随着腔中存在的部件数量增加而减小。

本文描述的一些实施方式涉及一种光学组件，其包括各种装置，这些装置被布置成使入射光束在第二次通过光学组件时反转，以产生在时间和空间上色散的输出，该输出提供在锁模光纤激光器腔中的色散控制、锁模、光谱滤波和/或诸如此类。例如，如本文所述的，光学组件可包括衍射光栅对，其被布置为使光束在向前穿过光学组件时在时间和空间上色散；在光学组件的端部的反射装置；以及聚焦光学器件，其被布置为在反射装置处形成束腰(beam waist)。在反射装置处产生的束腰可以使光束在反向穿过光学组件时反转，并且在反向穿过光学组件时光束的时间色散和空间色散可以加倍，以形成来自光学组件的时间上和空间上色散的输出。此外，在一些实施方式中，光学组件可包括准直透镜、光圈、变迹器(apodizer)和/或诸如此类，以在反向穿过光学组件时滤除光束中心附近的一个或多个波长。因此，扩展的线性光束可能会入射到准直透镜上，将光束耦合回激光腔中的光纤中，并且跨时间和空间上色散的输出光束的各种波长分量可能会具有返回到光纤中的不同的耦合效率，这取决于波长分量在光束的中心附近还是在光束的外围。以此方式，光学组件除了提供以针对特定应用而优化的方式来控制色散、启用锁模、减少损耗、优化可饱和吸收器定位和/或诸如此类的功能之外，还可以充当光谱滤波器。

图1A-1B是锁模振荡器的一个或多个示例100的图。例如，在一些实施方式中，图1A中所示的锁模振荡器可以是包括光纤环腔的孤子锁模振荡器、包括光纤环腔的准孤子锁模振荡器和/或诸如此类。此外，图1B中所示的锁模振荡器可以是包括光纤环腔和/或诸如此类的相似子锁模振荡器(similariton modelocked oscillator)。在一些实施方式中，图1A-1B中所示的锁模振荡器可以使用偏振或保偏光纤和部件来以偏振状态操作。附加地或可替代地，在一些实施方式中，锁模振荡器可以是非偏振的。

如图1A所示，锁模振荡器可包括泵浦102和泵浦波分复用器(WDM)104，其被配置为激光源，以产生或提供沿正向(例如，顺时针方向)传播通过环形腔的光束。因此，如图1A所示，光束可以绕环形腔沿顺时针方向循环并传播通过有源光纤106，在有源光纤处光束经历增益(例如，被放大)。例如，有源光纤106可以用作增益介质，并且可以包括掺杂有稀土离子(例如铒、钕、镱、镨、铥和/或诸如此类)的玻璃光纤。

如图1A所示，在穿过有源光纤106之后，光束通过输出耦合器108，该输出耦合器108具有耦合到输出光纤110上的第一输出端口和耦合到环形腔中的第二输出端口。因此，在穿过输出耦合器108之后，光束可以经由第一光环形器112穿过反射锁模器装置(例如，半导体可饱和吸收器镜(semiconductor saturable absorber mirror：SESAM))114，然后在返回有源光纤106之前，经由第二个光环形器116穿过双通色散控制装置120。例如，如图1A所示，双通色散控制装置120可以包括透镜122、一对衍射光栅124和反射器126，其布置成提供负的群延迟色散(group-delay dispersion：GDD)，该负的群延迟色散更能抵消有源光纤106的正的GDD，从而使得能够在孤子状态下操作。在图1A中，输出耦合器108可以是全光纤熔融耦合器、尾纤部分反射器类型的装置和/或诸如此类。通常，输出耦合器108可以根据一个或多个输出耦合参数进行操作，该输出耦合参数取决于锁模振荡器的设计细节。例如，在一些实施方式中，输出耦合器108可以根据在大约20％到大约80％的输出耦合的范围内的一个或多个输出耦合参数来操作。

另外，在正常色散状态下，存在用于锁模的现有方案，例如相似子锁模和全正常色散(ANDi)锁模，其中SPM不能通过色散来平衡。相反，在正常色散状态下用于锁模的现有方案中，SPM和色散一起工作以不断对脉冲进行宽展和啁啾，并向腔中添加光谱滤波器以在每次往返行程中重置光谱宽度和脉冲持续时间。在相似子类型的方案中，可以提供一些负色散，以部分抵消光纤中的正常色散，尽管为抵消正常色散而提供的负色散的数量通常少于会导致每次往返的净色散为负数(例如异常)的量。例如，如图1B所示，相似子锁模振荡器环腔中的光纤环腔通常可具有如图1A所示的部件的类似组合和布置。然而，在图1B中，可以将色散控制装置120调整为仅提供正常色散的部分抵消，以使每次往返的净色散不为负。另外，如图1B所示，提供光谱滤波器128以连续地限制光谱宽度。

图1C是示例色散控制装置120的示图，该色散控制装置包括一对光栅(例如，衍射光栅)124，该一对光栅可在诸如图1A中所示的孤子(或准孤子)锁模振荡器、图1B所示的相似子锁模振荡器和/或诸如此类的锁模振荡器中使用。如图1C所示，该一对光栅124可以被布置为Treacy光栅对。附加地或可替代地，在一些实施方式中，可以在该一对光栅124之间布置一对透镜(未示出)以提供正色散，在此情况下，该一对光栅124可以被称为Martinez光栅对。

如图1C所示，被接收或以其他方式输入到色散控制装置120的光束130在向前通过一对光栅124时被准直(例如，被分离为平行光线132、134)。此外，如图1C所示，在向前穿过一对光栅124之后，光束在空间上被色散(形成水平线光束，光束间的波长不同)。如图1C进一步所示的，在向前穿过一对光栅图124之后，反射器126在向后穿过该对光栅124时使光束反射，并且光线132、134回溯(retrace)在向前穿过该对光栅124时所遵循的路径。因此，光线132、134在进入透镜(例如，图1A-1B中所示的透镜122)以聚焦回到光环形器(例如，图1A-1B中所示的光环形器116)的尾纤中之前，将光线一起带回到单个点136中。在此情况下，期望的时间(群延迟)色散被加倍而不是在向后通过一对光栅124时被撤销(undone)。

如上所述，仅作为一个或多个示例提供了图1A-1C。其他示例可能与关于图1A-1C所描述的不同。

图2A-2B是光学组件210的一个或多个示例实施方式200的图，该光学组件在激光腔中提供色散控制、锁模、光谱滤波和/或诸如此类。例如，如图2A所示，光学组件210可以包括准直透镜212、一对衍射光栅214、聚焦光学器件(例如，透镜、凹面镜和/或诸如此类)216以及反射性锁模装置(例如SESAM)218。如图2A所示，反射性锁模装置(reflectivemodelocking device)218可以与聚焦光学器件216一起定位在光学组件210的反射端。因此，如图2A所示的布置中，聚焦光学器件216可以在反射性锁模装置218处产生束腰，并且使该光束在第二次穿过该一对衍射光栅214时逆转(invert)。以这样的方式，通过使光束在第二次通过该一对衍射光栅214时逆转，光学组件210可以产生时间和空间上色散的输出，该输出除了在激光腔中的色散控制和锁模之外还提供光谱滤波。因此，如图2A所示，光学组件可以被实施或以其他方式用作色散控制装置、锁模装置、光谱滤波器装置和/或诸如此类。

例如，图2B更详细地示出了光学组件210。如图2B所示，接收的或以其他方式输入到光学组件210的入射光束220可以以如上参考图1C描述的相似方式在向前通过该一对衍射光栅214时被准直(例如，分离成平行光线222、224)。然而，在此情况下，经波长色散(wavelength-dispersed)的光线222、224不回溯通过该一对衍射光栅214的路径。而是，因为聚焦光学器件216在反射性锁模装置218处产生束腰(将经波长色散的光线222、224聚焦)，经波长色散的光线222、224的空间色散在通该过一对衍射光栅214的反向路径上被加倍。此外，在一些实施方式中，经波长色散的光线222、224的时间(群延迟)色散可以在通过该一对衍射光栅214的反向路径上加倍。例如，如图2B所示，并且通过附图标记232、234，红色和蓝色分量在空间上位移，使得红色和蓝色分量回到光纤中的耦合被减少。由于光纤耦合随位移的变化具有高斯相关性，因此特征滤波器的形状为高斯曲线的。下面参考图3讨论数值示例。

因此，参考图2A和图2B，扩展的线性光束可以入射在准直透镜212上，将该光束耦合回到光纤中(例如，经由光环形器116)。取决于各波长分量是在光束的中心附近还是光束的外围附近，跨光束的各波长分量可以具有回到光纤中的变化的耦合效率。以该方式，光学组件210除了提供色散控制装置、SESAM锁模装置和/或诸如此类的功能之外，还充当光谱滤波器装置。

此外，在一些实施方式中，反射性锁模装置218可以位于光学组件210的端部，以控制可能导致饱和的激光通量参数。例如，根据反射型锁模装置218在激光腔中的位置，在给定的泵浦功率下，反射型锁模装置218上的激光通量可能更高或更低，这将实质上改变激光阈值。因此，为了减少腔中的损失并由此降低激光阈值，并且由于光环形器116通常是一种有损耗的部件，因此反射性锁模装置218可以位于用作色散控制装置的光学组件210内。以此方式，可以从腔中移除一个或多个光环形器(例如，相对于图1A-1B所示的布置)，这减少了腔中的损耗。此外，因为光学组件210用作光谱滤波器装置，所以不需要在腔中包括单独的光谱滤波器(例如，如在图1B所示的布置中)。

在一些实施方式中，衍射光栅对214可具有各种设计参数，其允许将GDD与光谱滤波分开地进行调谐。例如，允许分别调节GDD的设计参数可以包括衍射光栅对214的节距(pitch)或线密度(例如，每毫米的线数)、一对衍射光栅214之间的间隔、衍射光栅对214(通常在利特罗(Littrow)附近以最大化透射率)之间的角度和/或诸如此类。在一些实施方式中，反射性锁模装置218可以是可饱和吸收器(例如，SESAM)，这意味着反射性锁模装置218具有高吸收率，直到每单位面积的特定能量密度(例如，焦耳每平方厘米(达到J/cm²))，此时吸收迅速下降。反射性锁模装置218的这种特性可以使激光器相对于连续波(CW)操作更倾向于锁模(或短脉冲)操作。改变反射性锁模装置218上的激光光斑尺寸会改变每单位面积的能量密度，从而改变反射性锁模装置218饱和时的特征能级。这影响了操作功率范围，其中反射性锁模装置218将有效地稳定锁模操作。聚焦光学器件216在反射性锁模装置218前面的焦距对GDD或光谱滤波没有影响。然而，可以改变聚焦光学器件216的焦距，以独立地调节反射性锁模装置218上的光斑尺寸。

如上所述，仅作为一个或多个示例提供了图2A-2B。其他示例可以与关于图2A-2B所描述的不同。

图3是示例计算300的示图，其示出了如何使用图2A-2B所示的光学组件来独立地控制光谱滤波。更具体地，在图3中，示例计算300示出了在保持GDD固定的同时，通过改变光栅沟槽密度和/或光栅间隔，对光谱滤波进行独立控制。图3中所示的示例计算300通常假设中心波长为1030nm、光谱宽度为8nm并且光栅为Littrow配置。如图3所示，对于在一对衍射光栅214中引起的固定GDD(例如，-0.15ps²)，通过在800和1600线/mm(lines/mm)之间改变光栅沟槽密度和/或通过在大约3mm和约46mm之间的范围内改变一对衍射光栅214之间的间隔，可以选择从0.3mm到1.0mm的任何红色/蓝色分离。

在一些实施方式中，空间分离根据准直透镜212之后的准直光束尺寸映射到光谱滤波中。例如，如上所述的，准直透镜212的焦距不影响GDD，由此聚焦准直透镜212的长度可以改变，以提供可以调谐以调整光谱滤波器形状的另一个独立参数。例如，准直透镜212的4mm焦距可以将来自保偏980(PM980)纳米光纤的1030nm的光束准直成直径大约0.75mm(或半径大约0.375mm)的光束。在该示例中，如果该一对衍射光栅214提供1.0mm的分离(与光谱中心有0.5mm的分离)，则针对极端红色或蓝色分量的滤波器透射率被计算为exp(-0.5²/0.375²)＝16.9％。因此，在该示例中，在红色和蓝色波长极限处存在强烈的削波(clipping)，并且滤波器的透射函数是高斯形的。

调整光学组件210中的光谱滤波的另一种技术可以是增加光学器件，例如光圈、变迹器(apodizer)等，透射率在空间上变化(例如，中心处有高透射率)，并向侧面逐渐缩小。在此情况下，由准直透镜212限制的光谱宽度通常将被选择为比由光学器件确定的光谱宽度更宽，由此光学器件的轮廓可以支配有效的滤波器轮廓。因为可以通过设计调整光学器件(例如光圈或变迹器)的空间透射率，所以可以定义其他透射率曲线形状。例如，可以使用变迹器中的一维空间抛物线轮廓来生成抛物线光谱滤波器形状。

这样，如图2A所示，在环形腔中可能只需要一个光环形器116以容纳反射性锁模装置218和一对衍射光栅214，其节省了成本，减少了光损耗，等。此外，如果将本文所述的光学组件210中的衍射光栅214和反射性锁模装置218的配置被用作线性腔的一端，则不需要环行器，这节省了进一步的成本，进一步减少了光学损耗和/或诸如此类。此外，在相似子激光器中，本文描述的一些实施方式可以允许色散和光谱滤波器宽度两者的快速和精确调节，这使得能够以直接和灵活的方式优化和调谐激光器性能。在孤子激光器中，本文描述的一些实施方式可以使用光谱滤波器来改善孤子激光器的操作。例如，在一些实施方式中，光谱滤波器可以足够宽以在允许对中心波长进行微调的同时不影响脉冲光谱形状。此外，在光纤振荡器中使用自由空间臂(free space arm)可以提供灵活性，以调节可能影响激光器性能、激光器寿命和/或诸如此类的各种参数。例如，如上所述，可以分别微调负色散的量、光谱滤波、反射性锁模装置218上的光斑大小等。

因此，本文所述的光学组件210会增加空间色散(例如，“蓝色”和“红色”波长之间的分离)，然后滤波光束中心附近的波长，这可能会影响激光器的操作。如果激光器自然地以小于滤波水平的带宽工作(例如，激光全部在“绿色”区域内)，则影响很小或没有影响。但是，如果滤波足够强以切入自然带宽(或者相反，如果自然带宽比滤波宽)，则会产生明显的影响。由于孤子锁模依赖于色散和非线性性的平衡，因此开始影响实际激光光谱的强滤波可能会降低脉冲形状和锁模的稳定性。因此，对于孤子锁模激光器，应调整滤波，以使滤波不会显着降低自然带宽。但是，滤波仍会用于抵消中心波长(例如，以使激光器以正确的波长工作)。在相似子锁模激光器中，光谱滤波器是腔的必需部分，因为在每次往返过程中，光谱都将变得更宽。因此，由本文描述的一些实施方式创建的光谱滤波代替了独立的光谱滤波器，并且可以用作可变滤波器。

以该方式，光谱滤波可以具有修改输出激光光谱宽度(以及因此修改输出激光的脉冲持续时间)和中心波长的效果。但是，在孤子状态下，光谱滤波不太可能影响输出激光的光谱形状，这通常是预先定义的并且通常是平方双曲线正割(sech²)的傅立叶变换。当脉冲能量达到一定水平时，在激光光谱的尾部会出现凯利带(Kelly band)。光谱滤波可以使光谱的全宽度变窄到光谱最大值的一半，但是不可能滤除凯利带，因为这将意味着修改光谱形状，并且在孤子状态下光谱形状是固定的。为了减小凯利带，可以以较低的能量(例如，通过改变输出耦合)来操作激光器，或者凯利带可以在激光腔外部被滤波。以该方式，光学组件210可以允许在有限的光谱窗口内(例如，对于基于Yb掺杂的有源光纤的腔，其激光波长在1020和1040nm之间)调节中心波长和光谱宽度(因此调节输出脉冲持续时间)。

如上所述，图3仅作为示例提供。其他示例可以与关于图3的描述不同。

图4是用于在如本文所述的飞秒光纤振荡器中使用光学组件的示例过程400的流程图。在一些实施方式中，图4所示的一个或多个处理框可以由光学组件中的一个或多个装置执行，例如准直透镜(例如，准直透镜212)、衍射光栅对(例如，衍射光栅对214)、聚焦光学器件(例如聚焦光学器件216)、反射性锁模装置(例如反射性锁模装置218)等。

如图4所示，过程400可以包括在光学组件处接收光束(框410)。例如，如上所述，可以在光学组件210处接收入射光束220。

如图4进一步所示的，过程400可包括通过光学组件的衍射光栅对在时间上和空间上使光束在向前穿过光学组件时色散(框420)。例如，如上所述，光学组件210可以包括衍射光栅对214，该衍射光栅对214被布置为使入射光束220在向前穿过光学组件210时在时间和空间上色散。

如图4进一步所示的，过程400可以包括通过光学组件的聚焦光学器件在布置在光学组件的端部处的反射装置处产生束腰，其中在反射装置处产生的束腰导致光束在反向穿过光学组件时逆转(invert)，其中在反向穿过光学组件时光束的时间色散和空间色散加倍，以从光学组件形成在时间上和空间上经色散的输出(框430)。例如，如上所述，光学组件210可以包括聚焦光学器件216，其被布置为在布置在光学组件210的一端处的反射性锁模装置218处产生束腰。在一些实施方式中，在反射性锁模装置218处产生的束腰可以使光束在反向穿过光学组件210时逆转。此外，在一些实施方式中，在反向穿过光学组件210时，光束的时间色散和空间色散可以加倍，以从光学组件210形成在空间上色散的输出。

过程400可以包括附加的实施方式，例如任何单个实施方式或以下描述的和/或结合本文其他地方描述的一个或多个其他过程所描述的实施方式的任何组合。

在第一实施方式中，在反射装置处产生的束腰可以在反射装置上具有取决于聚焦光学器件焦距的光斑尺寸。例如，如上所述，束腰在反射性锁模装置218上具有光斑尺寸，该光斑尺寸取决于聚焦光学器件216的焦距。

在第二实施方式中，单独地或与第一实施方式组合，过程400可以进一步包括，在反向穿过光学组件之后耦合到光纤中时，通过光学组件的准直透镜、光圈或变迹器中的一个或多个来对光束的中心附近的一个或多个波长进行滤波。例如，如上所述，光学组件210可包括准直透镜212，该准直透镜212具有焦距，以在反向穿过光学组件210之后耦合到光纤中时，对光束中心附近的一个或多个波长进行滤波。另外地，或替代地，光学组件210中的光谱滤波可使用诸如光圈、变迹器和/或诸如此类的光学器件来调节。

在第三实施方式中，单独地或与第一和第二实施方式中的一个或多个组合，光学组件210可提供负的群延迟色散，其取决于衍射光栅对214的节距、衍射光栅对214的线密度、衍射光栅对214之间的间隔、衍射光栅对214之间的角度等。

在第四实施方式中，单独地或与第一至第三实施方式中的一个或多个组合，光学组件210被实施为色散控制装置、锁模装置或光谱滤波器装置中的一个或多个。

在第五实施方式中，单独地或与第一至第四实施方式中的一个或多个组合，在光学组件210的端部处的反射装置218可以包括半导体可饱和吸收器镜(SESAM)。

在第六实施方式中，单独地或与第一至第五实施方式中的一个或多个组合，聚焦光学器件216可以包括透镜、凹面镜等。

在第七实施方式中，单独或与第一至第六实施方式中的一个或多个组合，可以将光学组件210实施或以其他方式包括在光纤振荡器中，该光纤振荡器包括：激光源(例如，泵浦102、泵浦WDM 104等)，其配置为向激光腔的有源光纤106中提供光束；以及输出耦合器108，该输出耦合器包括输入端口，该输入端口布置为在光束通过有源光纤106之后接收光束；耦合到激光腔中的第一输出端口；和引向输出光纤110的第二输出端口。在此情况下，光学组件210可以耦合在激光源和输出耦合器108之间。此外，在一些实施方式中，光束可以在向前方向上传播通过激光腔，并在光学组件210处被接收之前在有源光纤中经历增益。

在第八实施方式中，单独地或与第一至第七实施方式中的一个或多个组合，激光腔可以包括环形腔，光学组件210在环形腔中经由光环形器116耦合在激光源和输出耦合器108的第一输出端口之间。

在第九实施方式中，单独或与第一至第八实施方式中的一个或多个组合，激光腔可包括线性腔，在该线性腔中，光学组件210位于线性腔的一端处。

尽管图4示出了过程400的示例框，但是在一些实施方式中，过程400可以包括比图4所示的框更多的框、更少的框、不同的框或不同地布置的框。另外地，或替代地，过程400的两个或更多个框可以并行执行。

前述公开内容提供了说明和描述，但并不旨在穷举或将实施方式限制为所公开的精确形式。可以根据以上公开内容进行修改和变化，或者可以从实施方式的实践中获得修改和变化。

即使在权利要求中叙述了和/或在说明书中公开了特征的特定组合，这些组合也不旨在限制各种实施方式的公开。实际上，许多这些特征可以以权利要求书中未具体叙述和/或说明书中未公开的方式组合。尽管下面列出的每个从属权利要求可能仅直接从属于一个权利要求，但是各种实施方式的公开包括与权利要求集中的每个其他权利要求相结合的每个从属权利要求。

除非明确地描述，否则本文中使用的任何要素、动作或指令均不应被解释为关键或必要的。而且，如本文所使用的，冠词“一”旨在包括一个或多个项目，并且可以与“一个或多个”互换使用。此外，如本文所使用的，冠词“该(the)”旨在包括结合冠词“该”引用的一个或多个项目，并且可以与“一个或多个”互换使用。此外，如本文所用的，术语“组”旨在包括一个或多个项目(例如，相关项目、不相关项目、相关和不相关项目的组合等)，并且可以与“一个或多个”可互换地使用。其中在仅意图一项的情况下，使用短语“仅一项”或类似语言。同样，如本文所使用的，术语“具有”等旨在是开放式术语。此外，短语“基于”旨在表示“至少部分地基于”，除非另有明确说明。另外，如在此使用的，术语“或”在串联使用时意图是包括性的，并且可以与“和/或”互换使用，除非另有明确说明(例如，如果与“或者”或“仅其中之一”组合使用)。

相关申请

本申请要求2019年6月27日提交的题为“FEMTOSECOND FIBER OSCILLATOR”的美国临时专利申请No.62/867,750的权益，其内容通过引用整体合并于此。

Claims (20)

1.一种光纤振荡器，包括：

激光源，配置为将光束提供到激光腔的有源光纤中，

其中，光束在向前方向上传播通过激光腔并在有源光纤中经历增益；输出耦合器，包括被布置为在光束穿过有源光纤之后接收光束的输入端口、耦合到激光腔中的第一输出端口以及引向输出光纤的第二输出端口；和

光学组件，耦合在激光源和输出耦合器之间，其中，光学组件包括：

衍射光栅对，布置为使光束在向前穿过光学组件时在时间上和空间上色散；

反射装置，在光学组件的一端处；和

聚焦光学器件，布置为在反射装置处产生束腰，

其中，在反射装置处产生的束腰使光束在反向穿过光学组件时逆转，和

其中，在反向穿过光学组件时光束的时间色散和空间色散加倍，以形成耦合回到激光腔中的时间上和空间上经色散的输出。

2.根据权利要求1所述的光纤振荡器，其中，束腰在所述反射装置上具有光斑尺寸，该光斑尺寸取决于所述聚焦光学器件的焦距。

3.根据权利要求1所述的光纤振荡器，其中，所述光学组件还包括准直透镜、光圈或变迹器中的一个或多个，以在反向穿过所述光学组件之后对光束中心附近的一个或多个波长滤波。

4.根据权利要求1所述的光纤振荡器，其中，所述光学组件被配置为提供负的群延迟色散，该负的群延迟色散取决于以下中的一个或多个：

衍射光栅对的节距，

衍射光栅对的线密度，

衍射光栅对之间的间隔，或

衍射光栅对之间的角度。

5.根据权利要求1所述的光纤振荡器，其中，所述反射装置包括半导体可饱和吸收器镜。

6.根据权利要求1所述的光纤振荡器，其中，所述聚焦光学器件包括透镜或凹面镜中的一个或多个。

7.根据权利要求1所述的光纤振荡器，其中，所述激光腔是环形腔，在该环形腔中，所述光学组件经由光环形器被耦合在所述激光源与所述输出耦合器的第一输出端口之间。

8.根据权利要求1所述的光纤振荡器，其中，所述激光腔是线性腔，在线性腔中，所述光学组件位于所述线性腔的一端处。

9.根据权利要求1所述的光纤振荡器，其中，所述光学组件是以下中的一个或多个：

色散控制装置，

锁模装置，或

光谱滤波器装置。

10.一种光学组件，包括：

衍射光栅对，布置成使光束在向前穿过光学组件时在时间上和空间上色散；

反射装置，在光学组件的一端处；和

聚焦光学器件，布置为在反射装置处产生束腰，

其中，在反射装置处产生的束腰使光束在反向穿过光学组件时逆转，和

其中，在反向穿过光学组件时光束的时间色散和空间色散加倍，以从光学组件形成时间上和空间上经色散的输出。

11.根据权利要求10所述的光学组件，其中，束腰在所述反射装置上具有光斑尺寸，该光斑尺寸取决于所述聚焦光学器件的焦距。

12.根据权利要求10所述的光学组件，还包括：

光学器件，以在反向穿过光学组件时对光束中心附近的一个或多个波长滤波，其中光学器件包括准直透镜、光圈或变迹器中的一个或多个。

13.根据权利要求10所述的光学组件，其中，由所述光学组件提供的负群延迟色散取决于以下中的一个或多个：

衍射光栅对的节距，

衍射光栅对的线密度，

衍射光栅对之间的间隔，或

衍射光栅对之间的角度。

14.根据权利要求10所述的光学组件，其中，所述反射装置包括半导体可饱和吸收器镜。

15.根据权利要求10所述的光学组件，其中，所述聚焦光学器件包括透镜或凹面镜中的一个或多个。

16.一种方法，包括：

在光学组件处接收光束；

通过光学组件的衍射光栅对使光束在向前穿过光学组件时在时间上和空间上色散；和

通过光学组件的聚焦光学器件，在布置在光学组件一端处的反射装置处产生束腰，

其中，在反射装置处产生的束腰使光束在反向穿过光学组件时逆转，和

其中，在反向穿过光学组件时光束的时间色散和空间色散加倍，以从光学组件形成在时间上和在空间上经色散的输出。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，束腰在所述反射装置上具有光斑尺寸，该光斑尺寸取决于所述聚焦光学器件的焦距。

18.根据权利要求16所述的方法，还包括：

当反向穿过光学组件之后耦合到光纤中时，通过光学组件的准直透镜、光圈或变迹器中的一个或多个对光束中心附近的一个或多个波长进行滤波。

19.根据权利要求16所述的方法，其中，所述光学组件提供负的群延迟色散，该负的群延迟色散取决于以下中的一个或多个：

衍射光栅对的节距，

衍射光栅对的线密度，

衍射光栅对之间的间隔，或

衍射光栅对之间的角度。

20.根据权利要求16所述的方法，其中，所述光学组件是以下中的一个或多个：

色散控制装置，

锁模装置，或

光谱滤波器装置。

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