CN112234417A - 一种全光纤飞秒激光器及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全光纤飞秒激光器及其方法，该方案包括全反射镜、第一带通滤波器、波分复用器、增益光纤、第二带通滤波器、输出耦合器及泵浦光源；所述泵浦光源与波分复用器的光输入端相连，波分复用器一端与增益光纤一端相连，增益光纤另一端与第二带通滤波器一端连接，第二带通滤波器另一端与输出耦合器连接，波分复合器的另一端与第一带通滤波器一端连接，第一带通滤波器另一端朝向全反射镜设置，该激光器取消了现有技术组使用的可饱和吸收体，采用了功率耐受力强、稳定性、寿命长的带通滤波器等结构，可实现对光谱的选择性滤波，经过多次放大、选择、震荡，从而实现锁模输出。

Description

一种全光纤飞秒激光器及其方法

技术领域

本发明涉及一种激光器，具体涉及一种全光纤飞秒激光器及其方法。

背景技术

超快脉冲以其不可替代的优势被广泛应用于精密测量、光通信和非线性光学等诸多领域，被动锁模光纤激光器因其非常适合于超快脉冲的产生，而引起人们的广泛关注。在此之前，许多诸如非线性光学环镜(NOLM)、半导体可饱和吸收体(SA)及非线性偏振旋转(NPR)等各种锁模技术已被提出，并得到了一定发展。而锁模光纤激光器通常是产生超短脉冲激光的常用方法。其中被动锁模光纤激光器有结构紧凑、性能稳定等优势。

目前，被动锁模光纤激光器所采用可饱和吸收体主要包括半导体可饱和吸收镜、碳纳米管以及以石墨烯为代表的新型二维材料等。

如中国专利CN201910561025.1公开的基于少模光纤可饱和吸收体的被动锁模光纤激光器，所述被动锁模光纤激光器采用环形腔结构，包括泵浦源、波分复用器、增益光纤、非保偏隔离器、偏振控制器、少模光纤可饱和吸收体和耦合器。其中，少模光纤可饱和吸收体由依次熔接的输入单模光纤、少模光纤、输出单模光纤组成，其可饱和吸收特性是利用少模光纤中的非线性多模干涉效应。本发明被动锁模光纤激光器采用的可饱和吸收体是真正的全光纤可饱和吸收体，具有成本低、结构简单、损伤阈值高等优点，极大地提高了锁模光纤激光器的稳定性，具有广泛的应用前景。

然而，上述这类技术虽然容易实现自启动，但它的特性由制作时的设计参数决定，制作价格昂贵，并且存在的一个严重的问题是其功率耐受能力差，在长时间高峰值功率光脉冲作用下会老化、烧毁，因此非常需要设计一种耐受力强、稳定性高且寿命长的激光器。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种耐受力强、稳定性高、寿命长的全光纤飞秒激光器及其方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：一种全光纤飞秒激光器包括全反射镜、第一带通滤波器、波分复用器、增益光纤、第二带通滤波器、输出耦合器及泵浦光源；所述第一带通滤波器和第二带通滤波器均基于偏振特性熔接而成；所述泵浦光源与波分复用器的光输入端相连，波分复用器一端与增益光纤一端相连，增益光纤另一端与第二带通滤波器一端连接，第二带通滤波器另一端与输出耦合器连接，波分复合器的另一端与第一带通滤波器一端连接，第一带通滤波器另一端朝向全反射镜设置。

工作原理及有益效果：工作时，泵浦光源通过波分复合器将泵浦激光与信号激光耦合入增益光纤中，通过增益光线为激光产生提供足够的激光增益，光线先通过第二带通滤波器对光谱进行选择滤波，经过输出耦合器部分反射返回，再次经过第二带通滤波器、增益光纤及波分复用器，到达第一带通滤波器，经过再次选择滤波，最后到达光纤全反射镜全反射，中间所选择的少部分光谱的脉冲光在谐振腔中经过多次放大、选择、震荡，实现锁模输出，此步骤中两个带通滤波器均基于偏振特性，两者之间的光谱宽度少部分重合，当高峰值功率脉冲(中心波长为λ0)在谐振腔中传输的时候，在增益光纤中实现脉冲放大及光谱展宽，通过两个基于偏振特性的熔接带通滤波器至少两次选择滤波，实现了非线性损耗(高功率损耗小，低功率损耗大)，从而可输出高功率锁模脉冲，总之本锁模激光器没有使用现有激光器所采用的可饱和吸收体，因而解决了其存在的制作成本高、功率耐受力差、稳定性低、寿命短的缺点，本方案具有功率耐受力强、稳定性高、寿命长等优点；其中谐振腔通过第一带通滤波器、波分复用器、增益光纤、第二带通滤波器、输出耦合器及泵浦光源构成。

进一步的，所述第一带通滤波器包括第一起偏器和第一保偏光纤，所述第一起偏器一端朝向全反射镜设置且另一端与第一保偏光纤连接，所述第一保偏光纤另一端与波分复用器连接。

进一步的，所述第二带通滤波器包括与增益光纤连接的第二保偏光纤、与第二保偏光纤连接的第三保偏光纤及与第三保偏光纤连接的第二起偏器，所述第二起偏器与输出耦合器连接。

进一步的，所述第一保偏光纤、第二保偏光纤、第三保偏光纤、第一起偏器及第二起偏器的光纤模场直径均为6.2μm。

进一步的，所述波分复用器的尾纤、第一保偏光纤与第一起偏器的偏振光轴均按45°角熔接。

进一步的，所述第二保偏光纤、第三保偏光纤与第二起偏器的偏振光轴均按45°角熔接。

进一步的，所述波分复用器的尾纤与第一起偏器的偏振光轴呈0°。

进一步的，所述第二保偏光纤与第二起偏器的偏振光轴呈0°。

进一步的，所述泵浦光源为单模泵浦激光二极管。

进一步的，每个所述增益光纤为单模增益光纤。

一种全光纤飞秒激光器控制方法，包括运用上述的一种全光纤飞秒激光器，包括以下步骤：

S1：通过波分复用器将泵浦光源产生的激光与信号耦合入增益光纤中；

S2：通过第二带通滤波器对光谱进行第一次滤波，经输出耦合器部分反射后返回；

S3：光线经过第二带通滤波器、增益光纤及波分复用器后，进入第一带通滤波器；

S4：通过第一带通滤波器进行第二次滤波，到达全反射镜进行全反射。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例中第一带通滤波器或第二带通滤波器的滤波特性。

图中，1、全反射镜；2、增益光纤；3、输出耦合器；4、泵浦光源；5、第一起偏器；6、第一保偏光纤；7、第二保偏光纤；8、第三保偏光纤；9、第二起偏器；10、波分复用器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其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，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

如图1-2所示，本全光纤飞秒激光器包括泵浦光源4、波分复用器10、增益光纤2、第二保偏光纤7、第三保偏光纤8、第二起偏器9、输出耦合器3、第一保偏光纤6、第一起偏器5及光纤全反镜。

其中波分复用器1左端与第一保偏光纤6熔接，波分复用器10右端与增益光纤2熔接。

在本实施例中，泵浦光源4采用普通的单模泵浦激光二极管且中心波长为976nm的窄线宽激光器，其输出光纤是单模光纤，模场直径为6.2μm，泵浦光源4的输出端与波分复用器10的输入端相连后进入增益光纤2。

具体的，波分复用器10为单模光纤波分复用器10，其三个端口光纤均为单模光纤，且模场直径均为6.2μm。

具体的，增益光纤2为单模增益光纤2，能够为获得高平均功率与高峰值功率全光纤飞秒激光产生提供足够的激光增益。

具体的，第一带通滤波器和第二带通滤波器均为基于偏振特性的全保偏光纤45°熔接带通滤波器，其中第一带通滤波器包括第一起偏器5和第一保偏光纤6，所述第一起偏器5一端朝向全反射镜1设置且另一端与第一保偏光纤6熔融拼接，所述第一保偏光纤6远离第一起偏器5的另一端与波分复用器10的尾纤熔融拼接。

而第二带通滤波器包括与增益光纤2输出端熔融拼接的第二保偏光纤7、与第二保偏光纤7熔融拼接的第三保偏光纤8及与第三保偏光纤8熔融拼接的第二起偏器9，所述第二起偏器9与输出耦合器3连接。

具体的，所有的保偏光纤和起偏器的光纤模场直径均为6.2μm，与波分复用器10的一致，且偏振光轴均按45°角熔接，第二保偏光纤7或波分复用器10尾纤与对应起偏器的偏振光轴呈0°，也就是所述波分复用器10的尾纤、第一保偏光纤6与第一起偏器5的偏振光轴均按45°角熔接，所述第二保偏光纤7、第三保偏光纤8与第二起偏器9的偏振光轴均按45°角熔接，所述波分复用器10的尾纤与第一起偏器5的偏振光轴呈0°，所述第二保偏光纤7与第二起偏器9的偏振光轴呈0°，此结构组成了基于偏振特性的第一带通滤波器和第二带通滤波器。

一种全光纤飞秒激光器控制方法包括运用上述的一种全光纤飞秒激光器，包括以下步骤：

S1：通过波分复用器10将泵浦光源4产生的激光与信号耦合入增益光纤2中；

S2：通过第二带通滤波器对光谱进行第一次滤波，经输出耦合器3部分反射后返回；

S3：光线经过第二带通滤波器、增益光纤2及波分复用器10后，进入第一带通滤波器；

S4：通过第一带通滤波器进行第二次滤波，到达全反射镜1进行全反射。

此设置，在增益光纤2放大后的脉冲通过基于偏振特性的全保偏光纤45°熔接第二带通滤波器和第一带通滤波器，两个基于偏振特性的带通滤波器之间光谱宽度有少部分重合，当高峰值功率脉冲(中心波长为λ0)在谐振腔中传输的时候，在增益光纤2中实现脉冲放大及光谱展宽，其产生的光谱首先进入第二保偏光纤7、第三保偏光纤8、第二起偏器9构成的第二带通滤波器，对光谱进行选择滤波，经过输出耦合器3反射最后进入由波分复用器10尾纤、第一保偏光纤6、第一起偏器5组成的第一带通滤波器，对光谱进行二次选择滤波，使得中间所选择的少部分光谱能够通过第二带通滤波器和第一带通滤波器，中间所选择的少部分光谱的脉冲光在谐振腔中经过多次放大、选择、震荡，实现锁模输出，通过两个基于偏振特性的全保偏光纤45°熔接带通滤波器，实现了非线性损耗(高功率损耗小，低功率损耗大)，从而可输出高功率锁模脉冲。

并且此锁模激光器没有使用可饱和吸收体，因而具有功率耐受力强、稳定性、寿命长等优点。

其中泵浦光源4、波分复用器10、增益光纤2、第二保偏光纤7、第三保偏光纤8、第二起偏器9、输出耦合器3、第一保偏光纤6、第一起偏器5及光纤全反射镜1依次连接构成全光纤谐振腔。

具体的，如图2所示，当第一保偏光纤6的长度为22cm时，基于保偏单模光纤偏振特性的45°熔接第一带通滤波器的滤波特性，通过改变45°熔接带通滤波器偏振保持光纤的长度，可以实现对带通滤波器的光谱宽度的控制。

本发明未详述部分为现有技术，故本发明未对其进行详述。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

尽管本文较多地使用了全反射镜1、增益光纤2、输出耦合器3、泵浦光源4、第一起偏器5、第一保偏光纤6、第二保偏光纤7、第三保偏光纤8、第二起偏器9、波分复用器10等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种全光纤飞秒激光器，其特征在于，包括全反射镜、第一带通滤波器、波分复用器、增益光纤、第二带通滤波器、输出耦合器及泵浦光源；所述泵浦光源与波分复用器的光输入端相连，波分复用器一端与增益光纤一端相连，增益光纤另一端与第二带通滤波器一端连接，第二带通滤波器另一端与输出耦合器连接，波分复合器的另一端与第一带通滤波器一端连接，第一带通滤波器另一端朝向全反射镜设置。

2.根据权利要求1所述的一种全光纤飞秒激光器，其特征在于，所述第一带通滤波器包括第一起偏器和第一保偏光纤，所述第一起偏器一端朝向全反射镜设置且另一端与第一保偏光纤连接，所述第一保偏光纤另一端与波分复用器尾纤连接。

3.根据权利要求2所述的一种全光纤飞秒激光器，其特征在于，所述第二带通滤波器包括与增益光纤连接的第二保偏光纤、与第二保偏光纤连接的第三保偏光纤及与第三保偏光纤连接的第二起偏器，所述第二起偏器与输出耦合器连接。

4.根据权利要求3所述的一种全光纤飞秒激光器，其特征在于，所述第一保偏光纤、第二保偏光纤、第三保偏光纤、第一起偏器及第二起偏器的光纤模场直径均为6.2μm。

5.根据权利要求3所述的一种全光纤飞秒激光器，其特征在于，所述波分复用器的尾纤、第一保偏光纤与第一起偏器的偏振光轴均按45°角熔接。

6.根据权利要求5所述的一种全光纤飞秒激光器，其特征在于，所述第二保偏光纤、第三保偏光纤与第二起偏器的偏振光轴均按45°角熔接。

7.根据权利要求5述的一种全光纤飞秒激光器，其特征在于，所述波分复用器的尾纤与第一起偏器的偏振光轴呈0°。

8.根据权利要求6所述的一种全光纤飞秒激光器，其特征在于，所述第二保偏光纤与第二起偏器的偏振光轴呈0°。

9.根据权利要求1所述的一种全光纤飞秒激光器，其特征在于，所述泵浦光源为单模泵浦激光二极管；每个所述增益光纤为单模增益光纤。

10.一种全光纤飞秒激光器控制方法，其特征在于，包括运用权利要求1-9任意一项所述的一种全光纤飞秒激光器，包括以下步骤：

通过波分复用器将泵浦光源产生的激光与信号耦合入增益光纤中；

通过第二带通滤波器对光谱进行第一次滤波，经输出耦合器部分反射后返回；

光线经过第二带通滤波器、增益光纤及波分复用器后，进入第一带通滤波器；

通过第一带通滤波器进行第二次滤波，到达全反射镜进行全反射。

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