CN116526268A - 一种皮秒光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种皮秒光纤激光器，包括种子源和放大光路，种子源包括谐振腔和隔离光路；谐振腔包括光纤光栅和半导体可饱和吸收镜，光纤光栅和半导体可饱和吸收镜位于谐振腔的两端，光束在谐振腔内反射并压缩脉宽形成锁模后输出；隔离光路的输入端与谐振腔的输出端连接；放大光路的输入端与隔离光路的输出端连接，放大光路将种子光进行放大后输出；光纤光栅的中心波长在1535nm～1565nm范围内。本发明实施例的技术方案，实现皮秒量级脉宽的输出，以及调节输出脉冲波长的技术效果，解决了传统被动锁模激光器设计难度大、需高功率泵浦实现自启的问题，且相较于主动锁模激光器结构简单，输出脉宽量级更小。

Description

一种皮秒光纤激光器

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种皮秒光纤激光器。

背景技术

皮秒脉冲的宽度在10^-12秒量级，窄脉冲宽度意味着皮秒脉冲在相同的能量下具有高峰值功率。根据傅里叶变换原理，变换限制皮秒脉冲可以实现极窄的光谱宽度。这种同时具有高峰值功率与窄光谱宽度特性的皮秒脉冲在精密加工、测距、医学成像等领域有着重要的应用。

目前实现锁模的方法主要分为基于腔内相位或幅度调制的主动锁模和基于可饱和吸收效应的被动锁模两种。主动锁模可以方便地实现重复频率的调谐，可获得更高的脉冲重复频率，但其结构比较复杂，能够获得的最窄脉冲宽度受到调制系统的限制。

基于被动锁模原理，目前使用最多的主要以下两种方式：一、非线性偏振旋转(NPE)锁模光纤激光器，优点：成本低、参数易调节(通过调节波片或偏振控制器)；缺点：由于其锁模依靠光纤的非线性折射，基于NPE锁模的光纤激光器通常需采用非保偏光纤来构建，这导致其对环境变化很敏感，外界温度、振动等的扰动都会对激光器运转状态以及输出脉冲特性产生影响，其结构较为复杂，对激光器中光纤的长度、熔接角度等都需要精确设计，这些缺点限制了其实际应用。二、非线性放大环镜(NALM)锁模光纤激光器，优点：可以实现全光纤结构的锁模激光器；全光纤结构可以将所有光束束缚在纤芯内部，隔绝了外部环境的干扰；缺点：自启动困难，通常需要泵浦功率达到很大才能实现锁模自启动。

发明内容

本发明提供了一种皮秒光纤激光器，以解决传统被动锁模激光器设计难度大、需高功率泵浦实现自启的问题，且相较于主动锁模激光器结构简单，输出脉宽量级更小。

根据本发明的一方面，提供了一种皮秒光纤激光器，包括种子源和放大光路；

所述种子源包括谐振腔和隔离光路；所述谐振腔包括光纤光栅和半导体可饱和吸收镜，所述光纤光栅和所述半导体可饱和吸收镜位于所述谐振腔的两端，光束在所述谐振腔内反射并压缩脉宽形成锁模后输出；所述隔离光路的输入端与所述谐振腔的输出端连接，用于阻隔返回光进入所述谐振腔；

所述放大光路的输入端与所述隔离光路的输出端连接，所述放大光路将种子光进行放大后输出；

其中，所述光纤光栅的中心波长在1535nm～1565nm范围内。

可选的，所述光纤光栅包括第一光纤光栅；所述谐振腔还包括第一波分复用器、第一增益光纤以及第一泵浦源；

所述第一光纤光栅的第一端与所述第一波分复用器的输出端连接；所述第一波分复用器的公共端与所述第一增益光纤的第一端连接，所述第一泵浦源的输出端与所述第一波分复用器的泵浦输入端连接；所述第一增益光纤的第二端与所述半导体可饱和吸收镜连接；

所述隔离光路的输入端与所述第一光纤光栅的第二端连接。

可选的，所述光纤光栅包括第二光纤光栅；所述谐振腔还包括第二波分复用器、第二增益光纤、光纤耦合器以及第二泵浦源；

所述第二光纤光栅与所述第二波分复用器的输出端连接；所述第二波分复用器的公共端与所述第二增益光纤的第一端连接，所述第二泵浦源的输出端与所述第二波分复用器的泵浦输入端连接；所述第二增益光纤的第二端与所述光纤耦合器的输入端连接；所述光纤耦合器的第一输出端与所述半导体可饱和吸收镜连接；

所述隔离光路与所述光纤耦合器的第二输出端连接。

可选的，所述的皮秒光纤激光器，还包括温度控制装置，所述温度控制装置用于调节所述光纤光栅的温度，改变所述光纤光栅的中心波长。

可选的，所述温度控制装置包括铝块封装单元以及温度调节单元；所述光纤光栅封装于所述铝块封装单元。

可选的，所述谐振腔内的无源器件的尾纤均为保偏光纤，所述保偏光纤在所述光纤光栅的中心波段的色散为负色散；所述第一增益光纤在所述光纤光栅的中心波段的色散为正色散。

可选的，所述隔离光路包括第一隔离器和环形器；所述第一隔离器的输入端与所述谐振腔的输出端连接，或，所述环形器的输入端与所述谐振腔的输出端连接。

可选的，所述放大光路包括依次连接的一级放大单元和二级放大单元；所述一级放大单元的输入端与所述隔离光路的输出端连接。

可选的，所述一级放大单元包括第三波分复用器、第三增益光纤、第二隔离器以及第三泵浦源；

所述第三波分复用器的公共端与所述隔离光路的输出端连接，所述第三泵浦源的输出端与所述第三波分复用器的泵浦输入端连接；所述第三波分复用器的输出端与所述第三增益光纤的第一端连接，所述第三增益光纤的第二端与所述第二隔离器的输入端连接，所述第二隔离器的输出端与所述二级放大单元连接；

其中，所述一级放大单元的无源器件的尾纤均为非保偏光纤，在所述光纤光栅的中心波段的色散为负色散；所述第三增益光纤在所述光纤光栅的中心波段的色散为正色散；

所述二级放大单元包括第四波分复用器、第四增益光纤、第三隔离器以及第四泵浦源；

所述第四波分复用器的公共端与所述一级放大单元的输出端连接，所述第四泵浦源的输出端与所述第四波分复用器的泵浦输入端连接，所述第四波分复用器的输出端与所述第四增益光纤的第一端连接，所述第四增益光纤的第二端与所述第三隔离器的输入端连接，所述第三隔离器的输出端用于输出激光光束；

其中，所述第四泵浦源为多模泵浦，所述第四增益光纤为铒镱共掺光纤。

可选的，所述的皮秒光纤激光器，还包括至少一个腔长调节装置；

所述腔长调节装置用于调节所述激光器内连接光纤的光纤长度。

本发明实施例的技术方案，通过光纤光栅和半导体可饱和吸收镜构成的谐振腔，泵浦光在激光谐振腔内反射，在反复反射过程中，脉冲波形两侧强度较低的光被半导体可饱和吸收体吸收，进而压缩了脉冲宽度，实现皮秒量级脉宽的输出，剩余光被反射镜反射后，在光纤光栅与反射镜之间来回反射，形成稳定锁模输出，且由于光纤光栅特性，谐振腔内的光入射至光纤光栅后被反射，输出与光纤光栅波长相等的种子光，通过调节光纤光栅的中心波长，进而实现调节输出种子光波长的技术效果，解决了传统被动锁模激光器设计难度大、需高功率泵浦实现自启的问题，且相较于主动锁模激光器结构简单，输出脉宽量级更小。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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第一种皮秒光纤激光器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的第二种皮秒光纤激光器的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种隔离光路的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种隔离光路的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种放大光路的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的皮秒光纤激光器的激光输出脉宽测试结果图；

图7为本发明实施例提供的皮秒光纤激光器的激光输出重频的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的皮秒光纤激光器的激光输出频谱图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1为本发明实施例提供的第一种皮秒光纤激光器的结构示意图，如图1所示，包括种子源100和放大光路200；种子源100包括谐振腔110和隔离光路120；谐振腔110包括光纤光栅111和半导体可饱和吸收镜112，光纤光栅111和半导体可饱和吸收镜112位于谐振腔110的两端，光束在谐振腔110内反射并压缩脉宽形成锁模后输出；隔离光路120的输入端与谐振腔110的输出端连接，用于阻隔返回光进入谐振腔110；放大光路200的输入端与隔离光路120的输出端连接，放大光路200将种子光进行放大后输出；其中，光纤光栅111的中心波长在1535nm～1565nm范围内。

其中，谐振腔110包括但不限于光纤光栅111和半导体可饱和吸收镜112，还可以包括波分复用器、泵浦源以及增益光纤，在具体实施时，谐振腔110的实际组成以及各个组件的连接关系可以根据实际需求进行设定。隔离光路120的实际组成可以根据放大光路200的激光功率进行设定，例如包括依次连接的环形器和隔离器。光纤光栅111的种类可以根据激光器的整体布局以及谐振腔110内泵浦光的利用率进行设定，例如对于泵浦光的利用率要求较低，且对于激光器的整体布局在光束传输方向的尺寸无要求时，可以选择反射率较低的光纤光栅，例如50％的光纤光栅，并将隔离光路120设置于光纤光栅111的一端；例如对于泵浦光的利用率要求较高，且要求激光器的整体布局在光束传输方向的尺寸较小时，可以采用高反射率的光纤光栅，例如99％的高反射光纤光栅，并通过光线耦合器等器件将形成稳定锁模的种子光导出谐振腔110。光纤光栅111的中心波长以及带宽可以根据激光器输出激光的参数要求进行设定，例如输出激光参数要求为波长1550nm时，可以将光纤光栅111的规格设定为中心波长1550nm，带宽0.5nm。半导体可饱和吸收镜112可以包括半导体可饱和吸收体以及反射镜，半导体可饱和吸收体的吸收效率可以根据激光器输出激光的参数，以及泵浦光的参数进行设定，反射镜用于反射经半导体可饱和吸收体吸收后剩余的光，例如在光纤光栅的为中心波长1550nm，带宽0.5nm的高反射栅时，可以选择吸收系数40％，弛豫时间2ps的1550nm半导体可饱和吸收镜。谐振腔110的腔长可以根据激光器输出激光的重频要求设定，在具体实施时，可以通过调整多个组件间的光纤长度实现。放大光路200可以为多级放大，实际组成可以根据输出激光功率需求进行设定。在具体实施时，激光器内多个组件之间可以通过尾纤熔接实现光传输，且可以根据激光器的输出稳定性需求，选择保偏器件构成种子源100，或可以对半导体可饱和吸收镜112进行温控。

具体而言，由半导体可饱和吸收镜112的工作原理可知，可饱和吸收体的透过率与光强相关，光强较大损耗较低，光强较低损耗较大，进而在泵浦光入射至半导体可饱和吸收镜112时，脉冲波形两侧强度较低的光被可饱和吸收体吸收，剩余强度较高的光透过可饱和吸收体后经反射镜反射，沿光路返回入射至光纤光栅111，进而压缩了脉冲宽度得到脉宽较窄的脉冲，压缩脉冲在谐振腔110内反复反射，部分光被可饱和吸收体吸收，剩余光形成稳定锁模后输出，且由于压缩脉冲在谐振腔110内反复经光纤光栅111反射，经滤波后，由谐振腔110输出的激光脉冲的波长与光纤光栅111的中心波长相同，进而可以在具体实施时通过调节光纤光栅111的中心波长实现输出脉冲参数的调节，或通过更换光纤光栅111，实现更大范围的输出脉冲参数调节。形成稳定锁模的脉冲激光经隔离光路120进入放大光路200，经放大光路200放大后输出功率较高，脉宽较窄，且波长可调的皮秒激光脉冲，隔离光路120阻隔返回光进入谐振腔110，进而保证了种子源100锁模的稳定性。

本发明实施例的技术方案，通过光纤光栅和半导体可饱和吸收镜构成的谐振腔，泵浦光在激光谐振腔内反射，在反复反射过程中，脉冲波形两侧强度较低的光被半导体可饱和吸收体吸收，进而压缩了脉冲宽度，实现皮秒量级脉宽的输出，剩余光被反射镜反射后，在光纤光栅与反射镜之间来回反射，形成稳定锁模输出，且由于光纤光栅特性，谐振腔内的光入射至光纤光栅后被反射，输出与光纤光栅波长相等的种子光，通过调节光纤光栅的中心波长，进而实现调节输出种子光波长的技术效果，解决了传统被动锁模激光器设计难度大、需高功率泵浦实现自启的问题，且相较于主动锁模激光器结构简单，输出脉宽量级更小。

可选的，继续参考图1，光纤光栅111包括第一光纤光栅111a；谐振腔110还包括第一波分复用器113a、第一增益光纤114a以及第一泵浦源115a；第一光纤光栅111a的第一端与第一波分复用器113a的输出端连接；第一波分复用器113a的公共端与第一增益光纤114a的第一端连接，第一泵浦源115a的输出端与第一波分复用器113a的泵浦输入端连接；第一增益光纤114a的第二端与半导体可饱和吸收镜112连接；隔离光路120的输入端120a与第一光纤光栅111a的第二端连接。

其中，第一光纤光栅111a可以为反射率为50％的光纤光栅，中心波长以及带宽可以根据激光器的输出激光参数需求设定。第一波分复用器113a的实际规格可以根据输出激光参数进行设定，并与第一泵浦源115a的规格相匹配，本实施例中，泵浦方式为反向泵浦。第一增益光纤114a的种类及长度等参数，可以根据输出激光的参数以及谐振腔110内整体色散水平进行设定，例如第一波分复用器113a可以为PM980/1550WDM，第一泵浦源115a可以为976nm单模泵浦，第一增益光纤114a可以为在1530nm的吸收是26.2dB/m，长度为2m的掺铒光纤。

具体而言，第一泵浦源115a输出泵浦光，泵浦光由第一波分复用器113a的泵浦输入端进入谐振腔110，第一增益光纤114a吸收泵浦光的泵浦光并对其进行增益，由第一增益光纤114a输出的光入射至半导体可饱和吸收镜112，半导体可饱和吸收镜112对入射至其中的脉冲进行脉宽压缩，压缩脉冲透过半导体可饱和吸收体后经反射镜反射沿光路返回入射至谐振腔110另外一端的第一光纤光栅111a，经第一光纤光栅111a对入射光进行滤波，并反射与中心波长对应波段的光束，光束再次入射至第一增益光纤114a，第一增益光纤114a吸收特定波段的光束，并对入射至其中的光束进行增益，由第一增益光纤114a输出的光入射再次入射至半导体可饱和吸收镜112，由此重复上述过程，光在谐振腔110内反复反射，大部分光被半导体可饱和吸收体吸收，剩余光形成稳定锁模后由第一光纤光栅111a的第二端，经隔离光路120进入放大光路200后进行放大，进而输出功率较高，脉宽较窄，且波长可调的皮秒激光脉冲。

可选的，图2为本发明实施例提供的第二种皮秒光纤激光器的结构示意图，如图2所示，光纤光栅111包括第二光纤光栅111b；谐振腔110还包括第二波分复用器113b、第二增益光纤114b、光纤耦合器116以及第二泵浦源115b；第二光纤光栅111b与第二波分复用器113b的输出端连接；第二波分复用器113b的公共端与第二增益光纤114b的第一端连接，第二泵浦源115b的输出端与第二波分复用器113b的泵浦输入端连接；第二增益光纤114b的第二端与光纤耦合器116的输入端连接；光纤耦合器116的第一输出端与半导体可饱和吸收镜112连接；隔离光路120与光纤耦合器116的第二输出端连接。

其中，第二光纤光栅111b可以为反射率为99％的高反射光纤光栅，中心波长可以根据激光器的输出激光参数需求设定。第二波分复用器113b的实际规格可以根据输出激光参数进行设定，并与第二泵浦源115b的规格相匹配，第二泵浦源115b可以为反向泵浦。第二增益光纤114b的种类及长度等参数，可以根据输出激光的参数以及谐振腔110内整体色散水平进行设定，例如第二波分复用器113a可以为PM980/1550WDM，第二泵浦源115b可以为976nm单模泵浦，第二增益光纤114b可以为在1530nm的吸收是26.2dB/m，长度为2m的掺铒光纤。光纤耦合器116可以为尾纤为保偏1550nm的50/50光纤耦合器。

具体而言，第二泵浦源115b出泵浦光，泵浦光由第二波分复用器113a的泵浦输入端进入谐振腔110，第二增益光纤114b收泵浦光的泵浦光并对其进行增益，由第二增益光纤114b输出光经光线耦合器116的输入端进入光纤耦合器116，由光纤耦合器116的第一输出端出射至半导体可饱和吸收镜112，半导体可饱和吸收镜112对入射至其中的脉冲进行脉宽压缩，压缩脉冲透过半导体可饱和吸收体后经反射镜反射沿光路返回入射至谐振腔110另外一端的第二光纤光栅111b经第二光纤光栅111b入射光进行滤波，并反射与中心波长对应波段的光束，光束再次入射至第二增益光纤114b第二增益光纤114b收特定波段的光束，并对入射至其中的光束进行增益，由第二增益光纤114b输出光入射再次沿光路入射至半导体可饱和吸收镜112，由此重复上述过程，光在谐振腔110内反复反射，大部分光被半导体可饱和吸收体吸收，剩余光形成稳定锁模后由光纤耦合器116的第二输出端输出，经隔离光路120进入放大光路200后进行放大，进而输出功率较高，脉宽较窄，且波长可调的皮秒激光脉冲。

可选的，本发明实施例提供的谐振腔110内的无源器件的尾纤均为保偏光纤，保偏光纤在光纤光栅111的中心波段的色散为负色散；第一增益光纤114a在光纤光栅111的中心波段的色散为正色散。

其中，谐振腔110内的无源器件可以包括波分复用器、光纤耦合器等，保偏光纤的色散值可以通过试验测定，在具体实施时，可以通过选择第一增益光纤114a的种类，进而保证第一增益光纤114a的色散为正色散。例如在激光器输出激光波长为1550nm时，可以选择尾纤为保偏1550nm的谐振腔内无源器件，进而确定保偏光纤在1550nm波段的色散值为18ps/nm/km，进而选择色散值为正色散的第一增益光纤114a的种类，并通过调节第一增益光纤114a的长度，使得谐振腔110内的色散趋近于零，进而保证锁模的稳定性。

具体而言，选择尾纤均为保偏光纤的无源器件构成谐振腔110，进而保证腔内稳定锁模，由于保偏光纤在光纤光栅111的中心波段的色散为负色散；选择在光纤光栅111的中心波段的色散为正色散的第一增益光纤114a，通过调节光纤长度，使得腔内色散值趋近于零，保证稳定的锁模输出。

需要说明的是，谐振腔110的实际结构可以根据实际需求进行设定，在不同结构的谐振腔110内均可采用上述增益光纤与无源器件尾纤色散匹配的方式，通过调节增益光纤的长度，使得腔内色散值趋近于零，例如图2所示的激光器结构，可以通过选择第二增益光纤114b的种类并通过调节长度，保证稳定锁模输出。

可选的，本发明实施例提供的皮秒光纤激光器还包括温度控制装置，温度控制装置用于调节光纤光栅111的温度，改变光纤光栅111的中心波长。

其中，温度控制装置可以设置于光纤光栅111处。

具体而言，根据光纤光栅的特性，在光纤光栅所处环境温度改变时，光纤光栅的中心波长改变，通过温度控制装置调节光纤光栅111的温度，进而改变光纤光栅111的中心波长，进而调节激光器输出激光光束的波长。

可选的，本发明实施例提供的温度控制装置包括铝块封装单元以及温度调节单元；光纤光栅111封装于铝块封装单元。

其中，铝块封装单元用于在温度调节过程中对光纤光栅111提供应力作用。

具体而言，将光纤光栅111封装于铝块封装单元，使得光纤光栅111在温度调节过程中，中心波长受温度以及应力双重因素的影响，进而增大激光器输出激光波长的调节范围。

可选的，图3为本发明实施例提供的一种隔离光路的结构示意图，图4为本发明实施例提供的另一种隔离光路的结构示意图，如图3或图4所示，隔离光路120包括第一隔离器121和环形器122；继续参考图3，第一隔离器121的输入端与谐振腔110的输出端连接，或，继续参考图4，环形器122的输入端与谐振腔110的输出端连接。

其中，第一隔离器121用于隔离放大光路200与谐振腔110，第一隔离器121的隔离度可以根据放大光路200的实际规格设定。环形器122用于将谐振腔110输出脉冲激光导入放大光路200，并将返回光导出隔离光路120。

具体而言，隔离光路包括依次连接的第一隔离器121和环形器122，阻隔返回光进入谐振腔110，进而避免了返回光影响锁模稳定性的问题出现。

可选的，图5为本发明实施例提供的一种放大光路的结构示意图，如图5所示，放大光路200包括依次连接的一级放大单元210和二级放大单元220；一级放大单元210的输入端与隔离光路120的输出端连接。

其中，一级放大单元210可以为纤芯放大，包括至少一个泵浦源，至少一个波分复用器、至少一个增益光纤以及至少一个隔离器，二级放大单元220可以为双包层放大，包括至少一个泵浦源，至少一个波分复用器、至少一个增益光纤以及至少一个隔离器。增益光纤的种类可以根据腔内色散水平以及激光输出参数要求设定，泵浦源的个数、规格以及功率可以根据输出激光功率需求设定。

具体而言，种子源输出种子光经过放大光路200进行二级放大，实现更高功率的输出。

可选的，继续参考图5，一级放大单元210包括第三波分复用器211、第三增益光纤212、第二隔离器213以及第三泵浦源214；第三波分复用器211的公共端与隔离光路120的输出端连接，第三泵浦源214的输出端与第三波分复用器211的泵浦输入端连接；第三波分复用器211的输出端与第三增益光纤212的第一端连接，第三增益光纤212的第二端与第二隔离器213的输入端连接，第二隔离器213的输出端与二级放大单元220连接；其中，一级放大单元210的无源器件的尾纤均为非保偏光纤，在光纤光栅的中心波段的色散为负色散；第三增益光纤212在光纤光栅的中心波段的色散为正色散。

其中，第三波分复用器211可以为尾纤为1550nm的980波分复用器，尾纤可根据实际需求选择非保偏光纤。第三增益光纤212的种类以及长度可以根据放大光路200内的色散水平设定，例如在第三波分复用器211的尾纤在光纤光栅111的中心波长的色散值为负色散时，可以选择第三增益光纤212在光纤光栅111的中心波长的色散值为正色散的光纤种类，并根据色散参量调整光纤的长度。第二隔离器213的隔离度可以根据放大光路200的传输光功率设定。第三泵浦源214可以为正向放大，实际规格以及功率可以根据实际放大需求设定。

具体而言，种子光入射进入一级放大单元210，第三泵浦源214输入泵浦光至第三波分复用器211，种子光经第三波分复用器211放大后传输至第三增益光纤212，第三增益光纤212吸收特定波长的光并对入射至其中的光束进行增益后输出，由第三增益光纤212输出的光束经第二隔离器213入射进入二级放大单元220。在具体实施时，通过调节第三增益光纤212的长度，减小一级放大单元210内的色散值，进而减小色散带来的光谱和脉宽的展宽。

继续参考图5，二级放大单元220包括第四波分复用器221、第四增益光纤222、第三隔离器223以及第四泵浦源224；第四波分复用器224的公共端与一级放大单元210的输出端连接，第四泵浦源224的输出端与第四波分复用器221的泵浦输入端连接，第四波分复用器221的输出端与第四增益光纤222的第一端连接，第四增益光纤222的第二端与第三隔离器223的输入端连接，第三隔离器223的输出端用于输出激光光束；其中，第四泵浦源224为多模泵浦，第四增益光纤222为铒镱共掺光纤。

其中，第四波分复用器221可以为合束器。第四增益光纤222的种类以及长度可以根据泵浦输入功率以及放大功率需求设定，例如铒镱共掺光纤。第三隔离器223的隔离度可以根据放大光路200的传输光功率设定。本实施例中，可以采用正向放大的方式进行泵浦，第四泵浦源224的实际规格以及功率可以根据实际放大需求设定，例如940nm的多模泵浦。

具体而言，一级放大单元210输出激光脉冲进入第四波分复用器221，第四泵浦源224输入泵浦光至第四波分复用器221，第四波分复用器221对输入光束放大后传输至第四增益光纤222，第四增益光纤222吸收特定波长的光并对入射至其中的光束进行增益后输出，由第四增益光纤222输出的光束经第三隔离器223输出。

可选的，本发明实施例提供的皮秒光纤激光器，还包括至少一个腔长调节装置；腔长调节装置用于调节激光器内连接光纤的光纤长度。

其中，腔长调节装置可以由多个开关组件以及光纤支路构成，在具体实施时，可以通过调整多个开关组件，使得激光器内连接光纤的光纤长度发生变化。

具体而言，通过调节激光器内连接光纤的长度，进一步调整激光器输出脉冲激光的重复频率，实现输出激光重频可调的技术效果。

一具体实施例中，皮秒光纤激光器输出激光的参数需求为1550nm波段可调，光纤光栅为1535nm～1565nm波长，带宽0.5nm的高反射栅，第二波分复用器为PM980/1550WDM，第二增益光纤为在1530nm的吸收是26.2dB/m，长度2m的掺铒光纤，光纤耦合器为PM1550nm，分光比为50/50，半导体可饱和吸收镜为BATOP型号，吸收系数为40％，弛豫时间2ps，隔离光路包括顺次连接的第一隔离器和环形器。第二泵浦源为976nm的单模泵浦，功率为200mW。放大光路包括一级放大单元和二级放大单元，一级放大单元包括一级纤芯放大，第三波分复用器为SM 980/1550WDM，第三增益光纤为在976nm的吸收是2.65dB/m，长度10m的掺铒光纤，第二隔离器为SM1550ISO，第三泵浦源为976nm单模泵浦，功率为400mW。二级放大单元包括一级双包层放大，第四波分复用器包括合束器COM，第四增益光纤为在940的吸收是3.02dB/m，长度2m的铒镱共掺光纤EYDF，第四泵浦源包括940nm的多模泵浦，功率为20W，以及第四隔离器。高反射栅封装于铝块中进行温控，调节输出波长。谐振腔内无源器件的尾纤均为保偏PM1550光纤，其在1550nm的色散为负色散，色散参量为18ps/nm/km，第二增益光纤在1550nm的色散为正色散，色散参量为-12ps/nm/km。放大光路中的器件尾纤为SMF-28e，其在1550的色散参量是17ps/nm/km，第三增益光纤在1550的色散参量是-18.5ps/nm/km，通过优化光纤长度可以进行合适的色散优化，减小色散带来的光谱和脉宽展宽。

图6为本发明实施例提供的皮秒光纤激光器的激光输出脉宽测试结果图，图7为本发明实施例提供的皮秒光纤激光器的激光输出重频的结构示意图，图8为本发明实施例提供的皮秒光纤激光器的激光输出频谱图。如图6、图7和图8所示，上述激光器结构，能够使得输出激光脉宽＜20ps，实现10ps～40ps范围内的脉宽可调范围；重频20MHz，通过改变腔长，可以实现重频10MHz～60MHz范围内的重频；输出功率＞4W，当第二泵浦源的功率为60mW时，输出种子的功率为8mW。当第三泵浦源的功率为400mW时，一级放大输出功率为80mW；第四泵浦源功率为15W时，最终输出功率为4W；对光栅进行温控，通过控制温度可以实现波长0.8nm的调节，更换1535nm～1565nm波长的光栅，可以得到对应波长输出的激光器。且通过控制色散保证脉宽不会展宽，光谱不会展宽。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种皮秒光纤激光器，其特征在于，包括种子源和放大光路；

所述种子源包括谐振腔和隔离光路；所述谐振腔包括光纤光栅和半导体可饱和吸收镜，所述光纤光栅和所述半导体可饱和吸收镜位于所述谐振腔的两端，光束在所述谐振腔内反射并压缩脉宽形成锁模后输出；所述隔离光路的输入端与所述谐振腔的输出端连接，用于阻隔返回光进入所述谐振腔；

所述放大光路的输入端与所述隔离光路的输出端连接，所述放大光路将种子光进行放大后输出；

其中，所述光纤光栅的中心波长在1535nm～1565nm范围内。

2.根据权利要求1所述的皮秒光纤激光器，其特征在于，所述光纤光栅包括第一光纤光栅；所述谐振腔还包括第一波分复用器、第一增益光纤以及第一泵浦源；

所述第一光纤光栅的第一端与所述第一波分复用器的输出端连接；所述第一波分复用器的公共端与所述第一增益光纤的第一端连接，所述第一泵浦源的输出端与所述第一波分复用器的泵浦输入端连接；所述第一增益光纤的第二端与所述半导体可饱和吸收镜连接；

所述隔离光路的输入端与所述第一光纤光栅的第二端连接。

3.根据权利要求1所述的皮秒光纤激光器，其特征在于，所述光纤光栅包括第二光纤光栅；所述谐振腔还包括第二波分复用器、第二增益光纤、光纤耦合器以及第二泵浦源；

所述第二光纤光栅与所述第二波分复用器的输出端连接；所述第二波分复用器的公共端与所述第二增益光纤的第一端连接，所述第二泵浦源的输出端与所述第二波分复用器的泵浦输入端连接；所述第二增益光纤的第二端与所述光纤耦合器的输入端连接；所述光纤耦合器的第一输出端与所述半导体可饱和吸收镜连接；

所述隔离光路与所述光纤耦合器的第二输出端连接。

4.根据权利要求1所述的皮秒光纤激光器，其特征在于，还包括温度控制装置，所述温度控制装置用于调节所述光纤光栅的温度，改变所述光纤光栅的中心波长。

5.根据权利要求4所述的皮秒光纤激光器，所述温度控制装置包括铝块封装单元以及温度调节单元；所述光纤光栅封装于所述铝块封装单元。

6.根据权利要求2所述的皮秒光纤激光器，其特征在于，所述谐振腔内的无源器件的尾纤均为保偏光纤，所述保偏光纤在所述光纤光栅的中心波段的色散为负色散；所述第一增益光纤在所述光纤光栅的中心波段的色散为正色散。

7.根据权利要求1所述的皮秒光纤激光器，其特征在于，所述隔离光路包括第一隔离器和环形器；所述第一隔离器的输入端与所述谐振腔的输出端连接，或，所述环形器的输入端与所述谐振腔的输出端连接。

8.根据权利要求1所述的皮秒光纤激光器，其特征在于，所述放大光路包括依次连接的一级放大单元和二级放大单元；所述一级放大单元的输入端与所述隔离光路的输出端连接。

9.根据权利要求8所述的皮秒光纤激光器，其特征在于，所述一级放大单元包括第三波分复用器、第三增益光纤、第二隔离器以及第三泵浦源；

所述第三波分复用器的公共端与所述隔离光路的输出端连接，所述第三泵浦源的输出端与所述第三波分复用器的泵浦输入端连接；所述第三波分复用器的输出端与所述第三增益光纤的第一端连接，所述第三增益光纤的第二端与所述第二隔离器的输入端连接，所述第二隔离器的输出端与所述二级放大单元连接；

其中，所述一级放大单元的无源器件的尾纤均为非保偏光纤，在所述光纤光栅的中心波段的色散为负色散；所述第三增益光纤在所述光纤光栅的中心波段的色散为正色散；

所述二级放大单元包括第四波分复用器、第四增益光纤、第三隔离器以及第四泵浦源；

所述第四波分复用器的公共端与所述一级放大单元的输出端连接，所述第四泵浦源的输出端与所述第四波分复用器的泵浦输入端连接，所述第四波分复用器的输出端与所述第四增益光纤的第一端连接，所述第四增益光纤的第二端与所述第三隔离器的输入端连接，所述第三隔离器的输出端用于输出激光光束；

其中，所述第四泵浦源为多模泵浦，所述第四增益光纤为铒镱共掺光纤。

10.根据权利要求1所述的皮秒光纤激光器，其特征在于，还包括至少一个腔长调节装置；

所述腔长调节装置用于调节所述激光器内连接光纤的光纤长度。