CN113872038A - 一种飞秒脉冲激光系统及自动锁模方法、存储介质 - Google Patents

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CN113872038A CN202111138528.1A CN202111138528A CN113872038A CN 113872038 A CN113872038 A CN 113872038A CN 202111138528 A CN202111138528 A CN 202111138528A CN 113872038 A CN113872038 A CN 113872038A
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洪鹏辉
叶文彬
洪宝璇
方小姣
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Abstract

本申请涉及一种飞秒脉冲激光系统及自动锁模方法、存储介质，可广泛应用于太赫兹系统、超快动力学、生物医疗、高速光通讯、精密微加工等领域。由于飞秒脉冲激光系统采用波分复用器、光耦合器、第一偏振控制器、第一光隔离器等组件构成了环形谐振腔，那么通过这个巧妙紧凑的结构不仅可以大幅度提高系统工作的稳定性，特别是输出脉冲激光的稳定性，还能够对泵浦光进行周期性的偏振处理，在光学设计上灵活实现脉冲激光达到飞秒级别的脉冲宽度；此外，使用的自动锁模方法仅需要调节特定的组件配置参数就能够实现飞秒脉冲激光的稳定锁模性能和稳定输出性能，显著减低维护成本，保障长久的激光系统寿命。

Description

一种飞秒脉冲激光系统及自动锁模方法、存储介质
技术领域
本申请涉及激光技术领域，具体涉及一种飞秒脉冲激光系统及自动锁模方法、存储介质。
背景技术
飞秒脉冲激光作为先进制造技术之一已广泛应用于众多的工业制造领域，比如利用飞秒脉冲激光的直写技术进行精密材料加工；飞秒脉冲激光的出现不仅为研究光与物质相互作用的超快过程提供了手段，也为发展先进的微纳米加工技术提供了不可多得的光源，具有广阔的应用前景。
在应用中主要利用了飞秒脉冲激光的一些特征，比如它是一种以脉冲形式运转的激光且持续时间非常短，往往只有几个飞秒，是目前实验条件下所能获得的最短脉冲；它还能够聚焦到比头发的直径还要小的空间区域内，可以解决很多精密加工应用中的难题。
一般情况下，可通过锁模的控制方式产生飞秒脉冲激光，那么实现超短脉冲输出至少要满足两个条件：一是要求增益带宽大且模间频率间隔小，在很宽的频谱范围内实现多模振荡；二是各模式之间应保持固定的相位关系，锁模状态好时可达到光谱无毛刺、谱线平滑、带宽较宽的效果。通常，锁模方式分为主动锁模、被动锁模和自动锁模；其中，主动锁模是在激光器谐振腔内加入控制单元(如光调制器)实现锁模，该锁模方式只能实现纳秒级别的光脉冲，能力有限；其中，被动锁模通过调节激光腔内的偏振控制器即可实现锁模，但其因自身固有的稳定性不足和每次开机都需要手动调节偏振控制器等原因，存在锁模耗时较长且重复性差的情况，一旦环境扰动极易失锁且难以恢复；其中，自动锁模大多只能支持基频锁模的输出，导致目前市场上使用的激光器难以满足不同应用场景的需求。
发明内容
本申请主要解决的技术问题是：如何增强飞秒脉冲激光系统的锁模稳定性。为解决上述技术问题，本申请提出一种飞秒脉冲激光系统及自动锁模方法、存储介质。
根据第一方面，一种实施例中提供一种飞秒脉冲激光系统，包括波分复用器、光耦合器、第一偏振控制器、第一光隔离器；所述波分复用器具有两个输入端和一个输出端，所述波分复用器的两个输入端分别用于输入第一波长的泵浦光和第二波长的偏振光；所述波分复用器用于将第一波长的泵浦光和第二波长的偏振光合成为一束复合光，以及输出所述复合光；所述光耦合器具有一个输入端和两个输出端，所述光耦合器的输入端与所述波分复用器的输出端连接且之间形成第一光路；所述光耦合器用于对所述第一光路上传输的所述复合光进行分路，形成两路飞秒脉冲激光且分别从自身的两个输出端进行输出；所述第一偏振控制器具有输入端和输出端，所述第一偏振控制器的输入端与所述光耦合器的一个输出端连接且之间形成第二光路；所述第一偏振控制器用于将所述第二光路上传输的飞秒脉冲激光转换为线偏振光，以及输出所述线偏振光；所述第一光隔离器具有输入端和输出端；所述第一光隔离器的输入端与所述第一偏振控制器的输出端连接，所述第一光隔离器的输出端与所述波分复用器的一个输入端连接且之间形成第三光路；所述第一光隔离器用于单方向通过所述第一偏振控制器输出的线偏振光，并向所述第三光路输出单向偏振光；所述单向偏振光用于形成第二波长的偏振光。
所述的飞秒脉冲激光系统还包括光放大器；所述光放大器串联设于所述第一光路上，用于对所述第一光路上传输的所述复合光进行信号放大。
所述光放大器采用掺饵光纤或掺镱光纤；所述掺饵光纤和所述掺镱光纤中的任一者能够对所述复合光进行信号放大，以及利用所述复合光的非线性效应对所述复合光进行偏振旋转，且使得所述复合光的两翼部分和中心峰值部分的位置发生相位延时。
所述的飞秒脉冲激光系统还包括第二偏振控制器，所述第二偏振控制器具有输入端和输出端，且串联设于所述第三光路上；所述第二偏振控制器用于通过自身的输入端接收所述第三光路上传输的单向偏振光，以及将所述单向偏振光转换为椭圆偏振光并进行输出；所述椭圆偏振光能够形成第二波长的偏振光并传输至所述波分复用器。
所述的飞秒脉冲激光系统还包括泵浦源和第二光隔离器；所述泵浦源与所述波分复用器的一个输入端连接，用于产生第一波长的泵浦光；所述第二光隔离器具有输入端和输出端，所述第二光隔离器的输入端与所述光耦合器的另一个输出端连接，用于单方向通过所述光耦合器输出的且即将进入所述第一偏振控制器的飞秒脉冲激光，以及通过自身的输出端进行输出。
所述第一波长的泵浦光包括915nm、974nm、976nm、978nm和980nm中的任一者；所述第二波长的偏振光包括1060nm、1550nm中的任一者。
所述第一光路、所述第二光路、所述第三光路均采用单模光纤。
根据第二方面，一种实施例中提供一种用于飞秒脉冲激光系统的自动锁模方法，所述飞秒脉冲激光系统包括上述第一方面中涉及的波分复用器、光耦合器、第一偏振控制器、第一光隔离器，所述自动锁模方法包括：获取输入至所述波分复用器的泵浦光的光学参数，所述光学参数包括波长值和功率值；根据所述光学参数配置所述光耦合器的耦合参数和所述第一偏振控制器的偏振参数，使得所述光耦合器输出的且即将进入所述第一偏振控制器的飞秒脉冲激光达到预设的性能参数，所述性能参数包括脉冲宽度、脉冲峰值和单脉冲能量中的一者或多者。
所述第一偏振控制器响应于所述偏振参数，对所述光耦合器输出的且进入所述第一偏振控制器的飞秒脉冲激光进行偏振处理，使得进入所述第一偏振控制器的飞秒脉冲激光的两翼部分湮灭且中心峰值部分保留，从而使所述第一偏振控制器输出的线偏振光实现脉冲变窄。
根据第三方面，一种实施例中提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述介质上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现上述第二方面中所述的自动锁模方法。
本申请的有益效果是：
依据上述实施例的飞秒脉冲激光系统及自动锁模方法、存储介质，其中飞秒脉冲激光系统包括波分复用器、光耦合器、第一偏振控制器、第一光隔离器，自动锁模方法包括：获取输入至波分复用器的泵浦光的光学参数，根据光学参数配置光耦合器的耦合参数和第一偏振控制器的偏振参数，使得光耦合器输出的且即将进入第一偏振控制器的飞秒脉冲激光达到预设的性能参数。一方面，由于飞秒脉冲激光系统采用波分复用器、光耦合器、第一偏振控制器、第一光隔离器等组件构成了环形谐振腔，那么通过紧凑的结构不仅可以提高系统工作的稳定性，还能够对泵浦光进行周期性的偏振处理，可实现脉冲激光达到飞秒级别的脉冲宽度；另一方面，使用的自动锁模方法仅需要调节特定的组件配置参数就能够实现飞秒脉冲激光的稳定锁模性能和稳定输出性能，还方便用户定制化设置飞秒脉冲激光的性能参数。此外，该飞秒脉冲激光系统可广泛应用在太赫兹系统、超快动力学、生物医疗、高速光通讯以及精密微加工等领域。
附图说明
图1为本申请一种实施例中飞秒脉冲激光系统的结构示意图；
图2为另一种实施例中飞秒脉冲激光系统的结构示意图；
图3为又一种实施例中飞秒脉冲激光系统的结构示意图；
图4为本申请一种实施例中用于飞秒脉冲激光系统的自动锁模方法的流程图；
图5为一种实施例中飞秒脉冲激光的时域波形图之一；
图6为一种实施例中飞秒脉冲激光的时域波形图之二；
图7为一种实施例中飞秒脉冲激光的频谱图；
图8为另一种实施例中飞秒脉冲激光的时域波形图之一；
图9为另一种实施例中飞秒脉冲激光的时域波形图之二；
图10为另一种实施例中飞秒脉冲激光的频谱图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
本申请技术方案主要在太赫兹系统、超快动力学、生物医疗、高速光通讯以及精密微加工等领域进行应用。飞秒脉冲通过锁模的方式实现，利用锁模实现超短脉冲输出至少要满足两个条件，一是要求增益带宽大，模间频率间隔小，在很宽的频谱范围内实现多模振荡；二就是各模式之间应保持固定的相位关系。非线性偏振旋转需要足够大的非线性相移来使其工作在锁模区域，非线性相移和腔长及能量成正比。那么，需要增强锁模的稳定性以及开机自动锁模，并且光功率输出稳定的飞秒脉冲系统，当锁模状态好时，以期达到光谱无毛刺、较为平滑、带宽较宽的应用优势。
实施例一、
请参考图1，本实施例中公开了一种飞秒脉冲激光系统，其主要包括波分复用器11、光耦合器12、第一偏振控制器13、第一光隔离器14，下面分别说明。
波分复用器11具有两个输入端和一个输出端，其中，波分复用器的两个输入端分别用于输入第一波长的泵浦光L1和第二波长的偏振光L2。在这里，波分复用器11用于将第一波长的泵浦光L1和第二波长的偏振光L2合成为一束复合光，以及通过自身的输出端来输出复合光L3。
需要说明的是，波分复用器(或称为WDM)是将一系列不同光纤上载有信息、但波长不同的光信号合成一束信号并沿着单根光纤传输。当然，波分复用器11可以采用的器件类型包括：密集波分复用器DWDM、粗波分复用器CWDM、滤波片式波分复用器FWDM、高隔离度波分复用器HWDM。比如，第一波长的泵浦光L1设为980nm，第二波长的偏振光L2设为1550nm或1060nm，则这里的波分复用器11可采用980nm/1550nm或者980nm/1060nm的波分复用器WDM或密集波分复用器DWDM。
需要说明的是，泵浦光可以是泵浦源发出的光，作用是使用光将介质中的电子从原子或分子的较低能级升高(或“泵”)到较高能级，从而激励粒子数反转，通过受激发射的机制产生飞秒脉冲激光。
光耦合器12具有一个输入端和两个输出端，其中，光耦合器12的输入端与波分复用器11的输出端连接且之间形成第一光路21。在这里，光耦合器12用于对第一光路21上传输的复合光L3进行分路，形成两路飞秒脉冲激光且分别从自身的两个输出端进行输出，比如光耦合器12通过自身的两个输出端分别输出飞秒脉冲激光L4、L5；其中，飞秒脉冲激光L4用于参与偏振调节，飞秒脉冲激光L5用于输出应用。
需要说明的是，光耦合器(或称为Coupler)又可称为光纤耦合器或分歧器，用于实现光信号分路/合路，或用于延长光纤链路的元件，是光纤链路中最重要的无源器件之一，是具有多个输入端和多个输出端的光纤汇接器件。当然，光耦合器12的耦合比可以调节，比如两路飞秒脉冲激光各占50％，或者是飞秒脉冲激光L4占比40％且飞秒脉冲激光L5占比60％，这里不做具体限制。
第一偏振控制器13具有输入端和输出端，其中，第一偏振控制器13的输入端与光耦合器12的一个输出端连接且之间形成第二光路22。在这里，第一偏振控制器13用于将第二光路22上传输的飞秒脉冲激光L4转换为线偏振光L6，以及通过自身的输出端来输出线偏振光L6。
需要说明的是，第一偏振控制器(或称为PC1)主要作用就是将正向入射光进行偏振后形成线偏振光。当偏振光在具有双折射性质的介质中传输时，由于o光和e光的传输速度不同，引起一光线相对另一光线产生相位推迟，从而引起光的偏振态发生改变；那么，这里使用的第一偏振控制器13就是利用了此理论进行飞秒脉冲激光L4的偏振控制，具体可采用波片型偏振控制器、光纤环型偏振控制器、电光型偏振控制器、压光型偏振控制器中的任一者，这里不做具体限定。
第一光隔离器14具有输入端和输出端，其中，第一光隔离器14的输入端与第一偏振控制器13的输出端连接，第一光隔离器14的输出端与波分复用器11的一个输入端连接且之间形成第三光路23。在这里，第一光隔离器14用于单方向通过第一偏振控制器13输出的线偏振光L6，并向第三光路23输出单向偏振光，比如，用单向偏振光直接形成第二波长的偏振光L2。
需要说明的是，第一光隔离器(或称为PD-ISO)也可称为偏振相关隔离器或光纤隔离器，主要作用是防止光路中由于各种原因产生的后向传输光对光源以及光路系统产生的干扰和损害。实际上，第一光隔离器可以视为是一种双端口的具有非互易特性的无源光器件，它对沿正向传输的光信号衰减很小而对沿相反方向传输的光信号衰减很大，从而构成光的单向通路；在传输光纤间接入此类光隔离器，能有效地抑制线路中从光纤远端端面、光纤连接器界面等处产生的反射光返回激光器、从而保证激光器工作状态的稳定，降低系统因反射光引起的噪声。
在本实施例中，为了能够产生飞秒脉冲激光，第一波长的泵浦光L1包括波长为915nm、974nm、976nm、978nm和980nm中的任一者，而第二波长的偏振光L2包括波长为1060nm、1550nm中的任一者。
在本实施例中，为了更好的传输光，图1中涉及的第一光路21、第二光路22、第三光路23可以均采用SMF-28e单模光纤或者HI1060单模光纤。需要说明的是，单模光纤是指中心玻璃芯很细(芯径一般为9或10μm)且只能传一种模式的光纤；由于单模光纤的模间色散很小，适用于远程通讯，但还存在着材料色散和波导色散，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄、稳定性要好。
可以理解，图1中的各个部件形成了一个简单的谐振腔，由于光耦合器12的分路作用，使得一部分的飞秒脉冲激光进入第一偏振控制器13，产生的先偏振光经过第一光隔离器14形成第二波长的偏振光，然后同第一波长的泵浦光一块经过波分复用器11，偏振光和泵浦光的复合一定程度上能够增加复合光的功率，使得从光耦合器12输出的一部分飞秒脉冲激光(如L5)能够得以放大。
进一步地，参见图2，本实施例中的飞秒脉冲激光系统还包括光放大器15，光放大器15串联设于第一光路21上。在这里，光放大器15用于对第一光路21上传输的复合光L3进行信号放大，得到放大后的复合光。
在一个具体实施例中，光放大器15可以采用掺饵光纤(erbium-doped fiber，简称EDF)或掺镱光纤，那么，掺饵光纤和掺镱光纤中的任一者能够对复合光L3进行放大，以及利用复合光L3的非线性效应对复合光L3进行偏振旋转，且使得复合光L3的两翼部分和中心峰值部分的位置发生相位延时。对于掺饵光纤或者掺镱光纤，则配套的光纤准直器的光纤接口可以采用FC/APC或者FC/PC。
进一步地，参见图2，本实施例中的飞秒脉冲激光系统还包括第二偏振控制器16，第二偏振控制器16具有输入端和输出端，并通过输入端和输出端串联设于第三光路23上。在这里，第二偏振控制器16用于通过自身的输入端接收第三光路23上传输的单向偏振光，以及将单向偏振光转换为椭圆偏振光并进行输出；那么，这时椭圆偏振光能够形成第二波长的偏振光L2并传输至波分复用器11。
需要说明的是，由于第一光隔离器14输出的单向偏振光实质上也是线偏振光，所以第二偏振控制器(或称为PC2)主要作用是将线偏振光进行偏振后形成椭圆偏振光。第二偏振控制器16和第一偏振控制器13的原理一样，并且可以采用波片型偏振控制器、光纤环型偏振控制器、电光型偏振控制器、压光型偏振控制器中的任一者，两者的区别在于偏振控制的参数存在差异。
进一步地，参见图3，本实施例中的飞秒脉冲激光系统还包括泵浦源17和第二光隔离器18。
泵浦源17(或称为Pump)与波分复用器11的一个输入端连接，用于产生第一波长的泵浦光L1，以及将第一波长的泵浦光L1发送至波分复用器11。
第二光隔离器18(或称为Isolator)具有输入端和输出端，其中，第二光隔离器18的输入端与光耦合器12的另一个输出端连接，用于单方向通过光耦合器12输出的且即将进入第一偏振控制器13的飞秒脉冲激光L5，以及通过自身的输出端来输出飞秒脉冲激光L5。
需要说明的是，第二光隔离器18的主要作用与第一光隔离器14类似，也是防止光路中由于各种原因产生的后向传输光对光源以及光路系统产生的干扰和损害。那么，第二光隔离器18也可以视为是一种双端口的具有非互易特性的无源光器件，它对沿正向传输的光信号衰减很小而对沿相反方向传输的光信号衰减很大，从而构成光的单向通路。
需要说明的是，对于图1至3中的单模光纤和掺铒光纤(或掺镱光纤)而言，由于光纤的二阶和三阶色散对超短脉冲的特性有重要影响，所以需要优化激光器的色散值得到超短脉冲。二阶色散在很多实际情况中占据主导作用，对于单模光纤则模式色散可以不用考虑，波导色散和材料色散构成单模光纤的总色散。通常，单模光纤的零色散点在1.31μm附近，大于1.31μm为正常色散区，小于1.31μm为反常色散区；并且，在1.55μm附近的色散值为17ps/(km·nm)，色散补偿技术可以使单模光纤在1.55μm附近的色散为正常色散。
对于给定的光谱，当脉冲没有啁啾(无啁啾脉冲)时，其具有最小的脉冲脉宽。对于无啁啾的高斯脉冲来说，色散引起的脉冲展宽和色散的符号没有关系；因此，当色散长度固定时，无啁啾的脉冲在正常色散和反常色散光纤中的展宽是一致的。而且，激光器产生的脉冲通常是啁啾的，啁啾高斯脉冲的展宽与啁啾参数和色散的符号有关，脉宽有可能随着距离一直被展宽，也可能随着距离先被压缩，再被展宽。当只考虑二阶色散时，脉冲只会展宽或压缩，而不会影响到脉冲的形状；但是三阶色散对脉冲形状有很大影响，三阶色散会使得脉冲的尾部有振荡结构；当二阶色散远大于三阶色散时，脉冲接近于高斯型因为三阶色散几乎不再起作用。此外，色散管理技术是将色散符号不同的光纤组合在一起，但是系统的总色散为0，这样由于在每一段光纤中色散值很大，将不会发生四波混频现象。
在本实施例中，光纤的色散可以表示为GVD群速度色散，从而由群速度色散来描述群速度和频率的关系，群速度的公式如下
Figure BDA0003283144770000081
其中，ω、ω0、νg均为运算过程参数。
需要说明的是，光色散主要在于相速度和群速度的区别，相速度色散是色散的一阶效应，而群速度色散是色散的二阶效应。光脉冲展宽是脉冲变慢包络的变化，而引起这个展宽变化的原因是光脉冲中不同频率成分所对应的包络群速度不同，导致的脉冲展宽。
在一个具体实施例中，参见图3，若第一波长的泵浦光为976nm，第二波长的偏振光为1550nm，则这两种波长的光在经过波分复用器11后就形成了复合光，进入光放大器11中进行放大，利用偏振光在光纤中存在的多种非线性效应发生偏振旋转，使得脉冲的两翼和中心峰值位置发生了不同的相位延时。再经过光耦合器12的分路作用后一部分飞秒脉冲激光进入第一偏振控制器13，通过调节可使脉冲的峰值位置被还原，并且脉冲的两翼部分被阻挡且因无法通过而湮灭，这就使得脉冲变窄。需要说明的是，脉冲在环形谐振腔内经过了若干周期变窄和放大传输以后，就可以自动实现稳定的飞秒脉冲激光输出。
实施例二、
本实施例中公开一种用于飞秒脉冲激光系统的自动锁模方法，这里的飞秒脉冲激光系统为实施例一中公开的系统，比如图1至3，飞秒脉冲激光系统包括实施例一中涉及的波分复用器11、光耦合器12、第一偏振控制器13、第一光隔离器14，当然还可以包括光放大器15、第二偏振控制器16。
需要说明的是，虽然飞秒脉冲激光系统中的各个组件的参数可以初始设置，然而为了更好地实现对飞秒脉冲激光系统的自动锁模控制，还可以借助一个控制器(图1-3中未示意)来对各个组件的参数进行灵活调节，那么本实施例中的自动锁模方法就可应用在该控制器上。
请参考图4，自动锁模方法主要包括步骤310-320，下面分别说明。
步骤310，控制器获取输入至波分复用器11的泵浦光的光学参数，这里的光学参数可包括波长值和功率值。比如，获取第一波长的泵浦光L1的光学参数为980nm、22mW。
步骤320，控制器根据光学参数配置光耦合器12的耦合参数和第一偏振控制器13的偏振参数，使得光耦合器输出的且即将进入第一偏振控制器的飞秒脉冲激光达到预设的性能参数；这里的性能参数包括脉冲宽度、脉冲峰值和单脉冲能量中的一者或多者。比如，脉冲宽度达到500fs，脉冲峰值达到4.1KW，单脉冲能量达到2nJ。
在本实施例中，参见图1至3，第一偏振控制器13能够响应于偏振参数，从而对光耦合器12输出的且进入第一偏振控制器的飞秒脉冲激光L4进行偏振处理，使得进入第一偏振控制器14的飞秒脉冲激光的两翼部分湮灭且中心峰值部分保留，从而使第一偏振控制器13输出的线偏振光实现脉冲变窄。
可以理解，在自动锁模方法中，控制器还可以对第二偏振控制器16进行偏振参数的配置，从而改变第二偏振控制器16的偏振性能，最终使得输出端的第二波长的偏振光L2达到相应的波长、功率等性能。
为了验证本申请设计的飞秒脉冲激光系统以及自动锁模方法，下面将通过一些实验案例进行说明。
在第一个方案中，图3中环形谐振腔的增益介质采用等掺铒光纤来提供广泛的能量吸收能力，截止波长范围是1000–1320nm，而谐振腔内的单模光纤采用HI1060单模光纤，光耦合器的耦合比各为50％；并且，单模光纤的群速度色散GVD为数皮秒到数十皮秒/(km·nm)，掺铒光纤的群速度色散GVD为正常色散，这样谐振腔内就由正常色散和反常色散的光纤构成光路。那么，在泵浦源17的泵浦功率为190mW时锁模，腔内重复周期对应的频率为10.67MHz，则由第二光隔离器18输出的飞秒脉冲激光L8为22mW。
这种情况下，对第二光隔离器18输出的飞秒脉冲激光L8进行时域和频域的测量，时域波形的测量结果可以参考图5、图6，其中，图5反映的是时域波形在-0.8μs至0.8μs期间的脉冲电压变化情况，图6反映的是时域波形在-100μs至100μs期间的脉冲电压变化情况，由于图6的脉冲间距太小且不易区分各个脉冲，那么从图5中可以了解到脉冲宽度约为500fs，而且对应脉冲峰值功率约为4.1KW，单次的脉冲能量约为2nJ。此外，时域波形经过FFT处理后在频域内的测量结果图7，图7反映的是10MHz至11.4MHz期间内的振幅变化情况，可发现飞秒脉冲激光在特定频率范围内具有良好的振幅变化特性。
在第二个方案中，图3中环形谐振腔的增益介质采用等掺铒光纤来提供广泛的能量吸收能力，截止波长范围是875±75nm，而谐振腔内的单模光纤采用SMF-28e单模光纤，光耦合器的耦合比为80％和20％；并且，单模光纤的群速度色散GVD为18ps/(km·nm)，掺铒光纤的群速度色散GVD为正常色散，这样谐振腔内就由正常色散和反常色散的光纤构成光路。那么，在泵浦源17的泵浦功率为140mW时锁模，腔内重复周期对应的频率为15.51MHz，则由第二光隔离器18输出的飞秒脉冲激光L8为5mW。
这种情况下，对第二光隔离器18输出的飞秒脉冲激光L8进行时域和频域的测量，时域波形的测量结果可以参考图8、图9，其中，图8反映的是时域波形在-2000ns至2000ns期间的脉冲电压变化情况，图9反映的是时域波形在-5×104ns至5×104ns期间的脉冲电压变化情况，由于图9的脉冲间距太小且不易区分各个脉冲，那么从图8中可以了解到脉冲宽度约为400fs，而且对应脉冲峰值功率约为800W，单次的脉冲能量约为0.32nJ。此外，时域波形经过FFT处理后在频域内的测量结果图10，图10反映的是15.3MHz至15.7MHz期间内的振幅变化情况，可发现飞秒脉冲激光在这个频率范围内具有良好的振幅变化特性。
本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。
以上应用了具体个例对本申请进行阐述，只是用于帮助理解本申请技术方案，并不用以限制本申请。对于所属技术领域的技术人员，依据本申请的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种飞秒脉冲激光系统，其特征在于，包括波分复用器、光耦合器、第一偏振控制器、第一光隔离器；
所述波分复用器具有两个输入端和一个输出端，所述波分复用器的两个输入端分别用于输入第一波长的泵浦光和第二波长的偏振光；所述波分复用器用于将第一波长的泵浦光和第二波长的偏振光合成为一束复合光，以及输出所述复合光；
所述光耦合器具有一个输入端和两个输出端，所述光耦合器的输入端与所述波分复用器的输出端连接且之间形成第一光路；所述光耦合器用于对所述第一光路上传输的所述复合光进行分路，形成两路飞秒脉冲激光且分别从自身的两个输出端进行输出；
所述第一偏振控制器具有输入端和输出端，所述第一偏振控制器的输入端与所述光耦合器的一个输出端连接且之间形成第二光路；所述第一偏振控制器用于将所述第二光路上传输的飞秒脉冲激光转换为线偏振光，以及输出所述线偏振光；
所述第一光隔离器具有输入端和输出端；所述第一光隔离器的输入端与所述第一偏振控制器的输出端连接，所述第一光隔离器的输出端与所述波分复用器的一个输入端连接且之间形成第三光路；所述第一光隔离器用于单方向通过所述第一偏振控制器输出的线偏振光，并向所述第三光路输出单向偏振光；所述单向偏振光用于形成第二波长的偏振光。
2.如权利要求1所述的飞秒脉冲激光系统，其特征在于，还包括光放大器；所述光放大器串联设于所述第一光路上，用于对所述第一光路上传输的所述复合光进行信号放大。
3.如权利要求2所述的飞秒脉冲激光系统，其特征在于，所述光放大器采用掺饵光纤或掺镱光纤；所述掺饵光纤和所述掺镱光纤中的任一者能够对所述复合光进行信号放大，以及利用所述复合光的非线性效应对所述复合光进行偏振旋转，且使得所述复合光的两翼部分和中心峰值部分的位置发生相位延时。
4.如权利要求1所述的飞秒脉冲激光系统，其特征在于，还包括第二偏振控制器，所述第二偏振控制器具有输入端和输出端，且串联设于所述第三光路上；
所述第二偏振控制器用于通过自身的输入端接收所述第三光路上传输的单向偏振光，以及将所述单向偏振光转换为椭圆偏振光并进行输出；所述椭圆偏振光能够形成第二波长的偏振光并传输至所述波分复用器。
5.如权利要求4所述的飞秒脉冲激光系统，其特征在于，还包括泵浦源和第二光隔离器；
所述泵浦源与所述波分复用器的一个输入端连接，用于产生第一波长的泵浦光；
所述第二光隔离器具有输入端和输出端，所述第二光隔离器的输入端与所述光耦合器的另一个输出端连接，用于单方向通过所述光耦合器输出的且即将进入所述第一偏振控制器的飞秒脉冲激光，以及通过自身的输出端进行输出。
6.如权利要求1-5中任一项所述的飞秒脉冲激光系统，其特征在于，所述第一波长的泵浦光包括915nm、974nm、976nm、978nm和980nm中的任一者；所述第二波长的偏振光包括1060nm、1550nm中的任一者。
7.如权利要求1-4中任一项所述的飞秒脉冲激光系统，其特征在于，所述第一光路、所述第二光路、所述第三光路均采用单模光纤。
8.一种用于飞秒脉冲激光系统的自动锁模方法，其特征在于，所述飞秒脉冲激光系统包括权利要求1-7任一项中涉及的波分复用器、光耦合器、第一偏振控制器、第一光隔离器，所述自动锁模方法包括：
获取输入至所述波分复用器的泵浦光的光学参数，所述光学参数包括波长值和功率值；
根据所述光学参数配置所述光耦合器的耦合参数和所述第一偏振控制器的偏振参数，使得所述光耦合器输出的且即将进入所述第一偏振控制器的飞秒脉冲激光达到预设的性能参数，所述性能参数包括脉冲宽度、脉冲峰值和单脉冲能量中的一者或多者。
9.如权利要求8所述的自动锁模方法，其特征在于，所述第一偏振控制器响应于所述偏振参数，对所述光耦合器输出的且进入所述第一偏振控制器的飞秒脉冲激光进行偏振处理，使得进入所述第一偏振控制器的飞秒脉冲激光的两翼部分湮灭且中心峰值部分保留，从而使所述第一偏振控制器输出的线偏振光实现脉冲变窄。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述介质上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现如权利要求8或9中所述的自动锁模方法。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060182153A1 (en) * 2005-02-16 2006-08-17 Jian Liu Electronically tuned self-starting polarization shaping mode locked fiber laser
CN101924319A (zh) * 2010-09-02 2010-12-22 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种产生高能量飞秒脉冲的全光纤结构激光系统

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060182153A1 (en) * 2005-02-16 2006-08-17 Jian Liu Electronically tuned self-starting polarization shaping mode locked fiber laser
CN101924319A (zh) * 2010-09-02 2010-12-22 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种产生高能量飞秒脉冲的全光纤结构激光系统

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