CN208459624U - 超模干涉滤波器及光纤波长可调谐锁模激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超模干涉滤波器及基于超模干涉滤波器的全光纤波长可调谐锁模激光器，属于锁模光纤激光器技术领域。该激光器包括泵浦半导体激光器、波分复用器、耦合器、偏振控制器、偏振相关隔离器、掺铒增益光纤、超模干涉滤波器。超模干涉滤波器由一段七芯光纤两端各熔接一根标准单模光纤构成，其中一根单模光纤固定在不可移动的平移台上，另外一根标准单模光纤固定在一维线性平移台上，通过调节一维线性平移台，使七芯光纤发生弯曲，透射谱随之产生波长漂移，从而实现激光器波长调谐。本实用新型的波长可调谐锁模激光器具有成本低，制作简单，使用方便，损伤阈值高，全光纤结构等优点，易于产业化应用。

Description

超模干涉滤波器及光纤波长可调谐锁模激光器

技术领域

本实用新型涉及可调谐锁模光纤激光器技术，特别是提供了一种超模干涉滤波器及基于超模干涉滤波器的全光纤波长可调谐锁模激光器。

背景技术

超短脉冲(10^-12-10^-15s)激光因其具有极短的脉冲宽度，极高的峰值功率，已成为众多学科领域中不可或缺的研究工具。锁模激光器是产生超短脉冲激光的主要方法，而锁模光纤激光器因其结构紧凑，性能稳定，光束质量高，免维护，使用方便等优势，近年来获得了快速发展，是超短脉冲激光走出实验室，面向更多实际应用的最佳选择。通常锁模光纤激光器的输出波长为固定值，而一些应用领域如生物医学成像、光谱学、光通信以及非线性光学等，往往需要波长可以调谐的超短脉冲光源，因此波长可调谐的锁模光纤激光器更加备受研究者青睐。

为实现锁模光纤激光器的波长调谐，同时保证激光腔的全光纤结构，需要在激光腔内引入一光纤型的可调谐滤波器。当前所使用的几类光纤型可调谐滤波器，均存在一定不足之处，如调谐范围小，损伤阈值低，制作复杂，价格昂贵等。

实用新型内容

1、实用新型目的。

本实用新型主要目的在于提供一种结构简单，制作容易，成本低廉，使用方便的光纤型可调谐滤波器，并将之应用于锁模光纤激光器，实现激光器输出波长大范围调谐。

2、本实用新型所采用的技术方案。

本实用新型提出的一种用于全光纤波长可调谐锁模激光器的超模干涉滤波器，由一段七芯光纤两端各熔接一根标准单模光纤构成，其中一端标准单模光纤安装在一维移动平台上，另一端标准单模光纤固定安装；所述七芯光纤的纤芯分布呈六边形，六边形的中心含有一个中间芯，六个顶点上各有一个边芯。光从单模光纤进入七芯光纤后，会激发两个超模，基阶超模能量分布在中间芯，二阶超模能量除一部分在中间芯外，其余能量均匀分布在六个边芯上，两个超模在七芯光纤内传输且互相干涉，随后重新耦合进单模光纤，通过调节线性平移台，使七芯光纤发生弯曲，两个超模的传输常数随之产生变化，因而满足干涉增长条件的波长发生变化，透射谱发生漂移。

更进一步，所述七芯光纤为石英光纤，七个纤芯含有相同的纤芯材料。

更进一步，所述的相同的纤芯材料，纤芯直径6.5-8.5μm，相同的数值孔径0.14，相邻纤芯具有相同芯间距9-12μm，七芯光纤包层为125μm。

本实用新型提出了一种基于超模干涉滤波器的全光纤波长可调谐锁模激光器，带光纤尾纤的泵浦半导体激光器，用于将泵浦激光耦合到激光腔中的波分复用器，用于分光和输出激光的耦合器，用于选择激光波长的超模干涉滤波器，用于调整光偏振态的第一偏振控制器和第二偏振控制器，用于实现激光单向振荡和起偏功能的偏振相关隔离器，用于产生C波段激光的掺铒增益光纤。

更进一步，所有器件均通过光纤熔接连接，波分复用器、耦合器、滤波器、锁模模块、掺铒光纤依次连接，掺铒光纤输出端连接波分复用器的合束端，实现环形腔结构；其中耦合器的输出端有两路，一路作为锁模激光器的输出端，另一路连接滤波器的输入端。

更进一步，所述的锁模模块基于非线性偏振旋转技术实现锁模，包括第一偏振控制器、偏振相关隔离器、第二偏振控制器依次连接。

更进一步，所述的泵浦半导体激光器为带光纤尾纤的976nm泵浦半导体激光器。

更进一步，所述的波分复用器为980/1550波分复用器。

3、本实用新型所产生的技术效果。

通过基于七芯光纤的超模干涉滤波器和非线性偏振旋转技术，实现全光纤结构的可调谐锁模光纤激光器。超模干涉滤波器制作简单，成本低廉，易于集成，损伤阈值高，透射谱光滑且呈周期性宽带梳状特性。只需微调线性平移台，即可实现对激光器输出波长连续调谐，调谐范围达到23nm.

附图说明

图1是本实用新型使用的七芯光纤截面显微图。

图2是本实用新型使用的单模光纤-七芯光纤-单模光纤熔接示意图。

图3是本实用新型使用的超模干涉滤波器系统图，41为七芯光纤，42为第一标准单模光纤和43为第二标准单模光纤，44为一维线性平移台，45为不可移动平台。

图4是基于28mm长七芯光纤的超模干涉滤波器在不同位移下的透射谱。

图5可调谐激光器系统结构示意图，包括激光泵浦源1，波分复用器2，耦合器3，超模干涉滤波器4，第一偏振控制器5，偏振相关隔离器6，第二偏振控制器7，掺铒增益光纤8。

图6是可调谐滤波器在不同位移下的输出光谱图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

实施例1

本实用新型提出的一种用于全光纤波长可调谐锁模激光器的超模干涉滤波器，包括一段七芯光纤41两端各熔接一根标准单模光纤42和43构成，其中第一标准单模光纤42安装在一维移动平台44上，第二标准单模光纤43固定安装；所述七芯光纤的纤芯分布呈六边形，六边形的中心含有一个中间芯，六个顶点上各有一个边芯。光从单模光纤42进入七芯光纤41后，会激发两个超模，基阶超模能量分布在中间芯，二阶超模能量除一部分在中间芯外，其余能量均匀分布在六个边芯上，两个超模在七芯光纤内传输且互相干涉，随后重新耦合进单模光纤43，通过调节线性平移台44，使七芯光纤发生弯曲，两个超模的传输常数随之产生变化，因而满足干涉增长条件的波长发生变化，透射谱发生漂移。

所述七芯光纤长度为20mm-45mm，为石英光纤，七个纤芯含有相同的纤芯材料，纤芯直径8.2μm，相同的数值孔径0.14，相邻纤芯具有相同芯间距11μm，七芯光纤包层为125μm。

图1为七芯光纤截面图，纤芯呈六边形分布，六边形的中心含有一个中间芯，六边形的六个顶点上各有一个边芯。七个纤芯含有相同的纤芯材料，相同的纤芯直径8.2μm，相同的数值孔径0.14，相邻纤芯具有相同芯间距11μm，七芯光纤包层为125μm。

图2为单模光纤-七芯光纤-单模光纤结构熔接示意图，七芯光纤的中间芯与单模光纤的纤芯对齐熔接。

图3为超模干涉滤波器系统示意图，其中41为七芯光纤，42和43为标准单模光纤。单模光纤42固定在一维线性平移台44上，单模光纤43固定在不可移动的平台45上。通过调节一维线性平移台44的位移旋钮，使一维平移台产生位移Δs，进而使七芯光纤产生弯曲。

图4是基于28mm长七芯光纤制作的超模干涉滤波器在不同位移条件下测得的透射谱，随着位移Δs的增大，七芯光纤弯曲形变增大，透射谱向短波方向移动。透射谱的3dB带宽为35nm，消光比为14.7dB。

实施例2

本实用新型提出的一种基于超模干涉滤波器的全光纤波长可调谐锁模激光器，包括：带光纤尾纤的泵浦半导体激光器1，用于将泵浦激光耦合到激光腔中的波分复用器2，用于分光和输出激光的耦合器3，权利要1-4任一所述的用于选择激光波长的超模干涉滤波器4，用于调整光偏振态的第一偏振控制器5和第二偏振控制器7，用于实现激光单向振荡和起偏功能的偏振相关隔离器6，用于产生C波段激光的掺铒增益光纤8。所有器件均通过光纤熔接连接，波分复用器2、耦合器3、滤波器4、锁模模块、掺铒光纤8依次连接，掺铒光纤8输出端连接波分复用器2的合束端，实现环形腔结构；其中耦合器3的输出端有两路，一路作为锁模激光器的输出端，另一路连接滤波器4的输入端。所述的锁模模块非线性偏振旋转技术实现锁模，包括第一偏振控制器5，偏振相关隔离器6，第二偏振控制器7依次连接。所述的泵浦半导体激光器1为带光纤尾纤的976nm泵浦半导体激光器。所述的波分复用器2为980/1550nm波分复用器。

图5是所述一种基于超模干涉滤波器的全光纤波长可调谐锁模激光器系统示意图，976nm泵浦半导体激光器1的尾纤连接980/1550波分复用器2的泵浦输入端，波分复用器2的信号端连接耦合器3的输入端，耦合器的输出端有两路，一路作为锁模激光器的输出端，另一路连接滤波器4的输入端，滤波器的输出端连接偏振控制器5的输入端，偏振控制器5的输出端连接偏振相关隔离器6的输入端，偏振相关隔离器6的输出端连接偏振控制器7的输入端，偏振控制器7输出端连接掺铒光纤8输入端，掺铒光纤8输出端连接波分复用器2的合束端，所有器件都通过光纤熔接连接，实现环形腔结构。

图6是在不同位移条件下测得的激光器输出光谱，当位移从0.5mm连续增大至0.9mm时，激光器的输出波长可连续从1561nm调至1538nm，调谐范围达到23nm。

当光从单模光纤进入七芯光纤后，仅会激发两个超模，所述超模是指七芯光纤中各个纤芯的模式叠加，其中基阶超模能量分布在中间芯，二阶超模能量除一部分在中间芯外，其余能量均匀分布在六个边芯上。两个超模在七芯光纤内传输且互相干涉，随后耦合进单模光纤，通过调节一维线性平移台的位移旋钮，使其产生微小位移Δs，则七芯光纤发生弯曲，两个超模的传输常数产生变化，因而满足干涉增长条件的波长发生变化，透射谱发生漂移，从而实现可调谐滤波功能。由于透射谱是双模干涉的结果，因此透射谱线光滑，且成周期性宽带梳状特性。

采用非线性偏振旋转技术实现激光器锁模，其原理为：光脉冲经过偏振相关光隔离器之后成为线偏振光，通过隔离器后的偏振控制器转化为椭圆偏振光，椭圆偏振光两个相互垂直的偏振分量在腔内沿顺时针传输，受到自相位调制以及交叉相位调制等非线性作用，产生不同的相移，光脉冲的偏振态发生旋转，由于非线性相移与光强有关，因此脉冲中心与前后沿的偏振旋转量不同。通过调节隔离器之前的偏振控制器，使脉冲光到达隔离器时，脉冲中心部分透过率最高，则脉冲前后沿透过率降低，这一效应可等效于可饱和吸收体。相较于可饱和吸收体材料，非线性偏振旋转技术调制深度大，损伤阈值高，响应速度快，是目前锁模光纤激光器最常用的技术方法。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于全光纤波长可调谐锁模激光器的超模干涉滤波器，其特征在于：由一段七芯光纤两端各熔接一根标准单模光纤构成，其中一端标准单模光纤安装在一维移动平台上，另一端标准单模光纤固定安装；所述七芯光纤的纤芯分布呈六边形，六边形的中心含有一个中间芯，六个顶点上各有一个边芯，光从单模光纤进入七芯光纤后，会激发两个超模，基阶超模能量分布在中间芯，二阶超模能量除一部分在中间芯外，其余能量均匀分布在六个边芯上，两个超模在七芯光纤内传输且互相干涉，随后重新耦合进单模光纤，通过调节线性平移台，使七芯光纤发生弯曲，两个超模的传输常数随之产生变化，因而满足干涉增长条件的波长发生变化，透射谱发生漂移。

2.根据权利要求1所述用于全光纤波长可调谐锁模激光器的超模干涉滤波器，其特征是：所述七芯光纤长度为20mm-45mm。

3.根据权利要求1或2所述用于全光纤波长可调谐锁模激光器的超模干涉滤波器，其特征是：所述七芯光纤为石英光纤，七个纤芯含有相同的纤芯材料。

4.根据权利要求3所述用于全光纤波长可调谐锁模激光器的超模干涉滤波器，其特征是：所述七芯光纤，纤芯直径6.5-8.5μm，相同的数值孔径0.14，相邻纤芯具有相同芯间距10-12μm，七芯光纤包层为125μm。

5.一种基于超模干涉滤波器的全光纤波长可调谐锁模激光器，其特征在于包括：带光纤尾纤的泵浦半导体激光器，用于将泵浦激光耦合到激光腔中的波分复用器，用于分光和输出激光的耦合器，权利要1-4任一所述的用于选择激光波长的超模干涉滤波器，用于调整光偏振态的第一偏振控制器和第二偏振控制器，用于实现激光单向振荡和起偏功能的偏振相关隔离器，用于产生C波段激光的掺铒增益光纤。

6.根据权利要求5所述基于超模干涉滤波器的全光纤波长可调谐锁模激光器，其特征是：所有器件均通过光纤熔接连接，波分复用器、耦合器、滤波器、锁模模块、掺铒光纤依次连接，掺铒光纤输出端连接波分复用器的合束端，实现环形腔结构；其中耦合器的输出端有两路，一路作为锁模激光器的输出端，另一路连接滤波器的输入端。

7.根据权利要求6所述一种基于超模干涉滤波器的全光纤波长可调谐锁模激光器，其特征是：所述的锁模模块基于非线性偏振旋转技术实现锁模，包括第一偏振控制器，偏振相关隔离器，第二偏振控制器依次连接。

8.根据权利要求5或6所述的基于超模干涉滤波器的全光纤波长可调谐锁模激光器，其特征在于：所述的泵浦半导体激光器为带光纤尾纤的976nm泵浦半导体激光器。

9.根据权利要求5或6所述的基于超模干涉滤波器的全光纤波长可调谐锁模激光器，其特征在于：所述的波分复用器为980/1550nm波分复用器。