CN212033416U - 一种基于保偏光纤交叉熔接技术的全光纤超快激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于保偏光纤交叉熔接技术的全光纤超快激光器，包括：泵浦源、保偏波分复用器(快轴截止)、保偏法拉第镜、保偏增益光纤、保偏无源光纤、保偏啁啾光纤光栅。利用保偏光纤之间交叉熔接技术和保偏器件形成虚拟可饱和吸收体，实现激光器的全光纤化，无需额外的空间结构和调制器件，特别是无需偏振控制器件的机械调节控制腔内偏振态来实现自启动，因激光器由全保偏光纤构成，具有优异的稳定性。

Description

一种基于保偏光纤交叉熔接技术的全光纤超快激光器

技术领域

本实用新型属于激光技术和光学领域，尤其涉及一种基于保偏光纤交叉熔接技术的全光纤超快激光器。

背景技术

随着科技社会的发展，人们对超短脉冲激光的需求日益增加。而超短脉冲光纤激光器相对于传统的超快固体激光器具有易操作、结构紧凑、性能稳定、成本低、光束质量好、散热性能好、转化效率高等优点。面对市场对超短脉冲激光应用需求的不断增长，超短脉冲光纤激光器更是在成本、能耗和空间体积等方面展现出了明显的优势。随着研究的深入，超短脉冲光纤激光器不断展示出其巨大的应用潜能，被广泛应用于高速光通信、光传感、光频梳、激光雷达、光谱分析、军事等相关领域，是目前光电子领域的研究热点之一。在科学研究领域，超短脉冲激光在高次谐波的产生、真空紫外(VUV)与极端紫外(XUV)相干光源的获得、阿秒短波长相干辐射的产生等方面均有着重要的作用。

为了获得稳定的超短脉冲，常用的被动锁模方式主要分为两种：实体可饱和吸收体和虚拟可饱和吸收体。实体可饱和吸收体常见的主要为半导体可饱和吸收体(SESAM)、石墨烯、碳纳米管(CNTs)和拓扑绝缘体等。虚拟可饱和吸收体，也称为人造可饱和吸收体，主要分为非线性偏振旋转(NPR)和非线性光学环路反射镜(NOLM)。实体可饱和吸收体，以半导体可饱和吸收镜(SESAM)为例，虽然可以得到良好的输出特性，但是块状结构的SESAM不易光纤集成，且其制备技术复杂，价格昂贵，存在着损伤阈值低、寿命短、工作带宽相对窄等缺点。而基于传统的NPR或NOLM锁模的激光器会存在部分空间结构或非保偏结构，其稳定性易受外界环境扰动的影响。

实用新型内容

为了解决实体可饱和吸收体(如SESAM、CNTs)涉及的生产成本成本和使用寿命问题、虚拟可饱和吸收体(如传统NPR、NOLM)存在的环境稳定性和系统复杂性等问题，本实用新型提出了一种基于保偏光纤交叉熔接技术的全光纤超快激光器，其可饱和吸收体由保偏光纤和保偏器件构成，实现了激光器的全光纤化，无需空间器件和偏振控制器的机械调节即可实现自启动，因采用了全保偏光纤结构，可长时间在较强振动环境等恶劣情况下保持锁模状态且性能良好稳定。同时，结合色散管理技术，所形成的脉冲光谱更加平滑，更适合作为脉冲放大的种子源，为放大和压缩提供多种可能。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于保偏光纤交叉熔接技术的全光纤超快激光器，分为基于保偏光纤交叉熔接技术的虚拟可饱和吸收体和色散管理区域，包括：泵浦源、保偏波分复用器(快轴截止)、保偏法拉第镜、保偏增益光纤、保偏无源光纤、保偏啁啾光纤光栅；

通过保偏光纤和保偏器件构成一个线型激光腔；利用全保偏光纤进行交叉熔接，在保偏器件间形成虚拟可饱和吸收体；通过保偏啁啾光纤光栅进行腔内色散管理。虚拟可饱和吸收体由快轴截止的保偏波分复用器的公共端依次连接保偏增益光纤、保偏无源光纤和保偏法拉第镜组成，泵浦源连接保偏波分复用器的泵浦输入端；保偏波分复用器的公共端连接保偏增益光纤的一端，保偏波分复用器的公共端与增益光纤的慢轴间进行交叉熔接；保偏增益光纤的另一端连接保偏无源光纤的一端；保偏无源光纤的另一端连接保偏法拉第镜；保偏波分复用器(快轴截止)的信号端连接保偏啁啾光纤光栅的反射端，保偏啁啾光纤光栅的透射端为激光器的输出端。

泵浦源提供的泵浦光经过保偏波分复用器被耦合传输至保偏增益光纤，经过增益放大后产生的激光经过保偏无源光纤传输至保偏法拉第镜，并经过保偏法拉第镜反射回原光路中，然后经过保偏无源光纤，随后在保偏增益光纤中再次增益放大，通过保偏啁啾光纤光栅进行色散管理，一部分脉冲由保偏啁啾光纤光栅的透射端输出，一部分脉冲经保偏啁啾光纤光栅反射回腔内继续振荡。

作为优选，所述的保偏增益光纤可以在腔内的两个位置。

作为优选，所述的泵浦源是半导体激光器。

作为优选，所述的保偏增益光纤是掺有稀土离子的光纤，其中掺杂的稀土元素是镱(Yb)、铒(Er)、钬(Ho)、铥(Tm)、钐(Sm)、铋(Bi)中的一种或几种。

作为优选，所述的泵浦方式是纤芯单端泵浦、纤芯双端泵浦、包层单端泵浦、包层双端泵浦其中一种。

作为优选，所述的全保偏光纤交叉熔接，熔接角度在0°到90°之间。

本实用新型提出的一种基于保偏光纤交叉熔接技术的全光纤超快激光器，利用保偏光纤之间交叉熔接技术和保偏器件形成虚拟可饱和吸收体，实现激光器的全光纤化，无需额外的空间结构和调制器件，特别是无需偏振控制器件的机械调节控制腔内偏振态来实现自启动，因激光器由全保偏光纤构成，具有优异的稳定性。同时，可饱和吸收体由保偏光纤和保偏器件组成，使用寿命及使用时间更长，成本更低，可饱和吸收体可调性能范围更广。本实用新型设计简单、结构紧凑、成本低，同时可以实现输出稳定性高，利于放大和压缩的脉冲种子源，易于实现产业化。

附图说明

图一为实施例1基于保偏光纤交叉熔接技术的全光纤超快激光器的结构示意图。

图二为实施例2基于保偏光纤交叉熔接技术的全光纤超快激光器的结构示意图。

图三为保偏光纤交叉熔接示意图。

其中，1.泵浦源，2.保偏波分复用器，3.保偏增益光纤，4.保偏无源光纤，5.保偏法拉第镜，6.保偏啁啾光纤光栅，a.保偏波分复用器的信号端，b.保偏波分复用器的公共端，c.保偏光纤慢轴间交叉熔接，d.保偏啁啾光纤光栅的透射端。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加明确，以下结合几个附图和实施例，对本实用新型做进一步说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，但不限定本实用新型。

实施例1

如图1所示，本实用新型实施例提供一种基于保偏光纤交叉熔接技术的全光纤超快激光器，包括：图中1为泵浦源，可选用中心波长为976nm的半导体激光二极管；2为保偏波分复用器；3为保偏增益光纤，可选用Nufern公司生产的高性能保偏掺镱光纤，如6/125型；4为保偏无源光纤，可选用Nufern公司生产的无源光纤PM 980；5为保偏法拉第旋转镜；6为保偏啁啾光纤光栅。

通过保偏光纤及保偏器件形成线性腔闭合回路；保偏波分复用器2的信号端a、公共端b依次连接保偏增益光纤3、保偏无源光纤4、保偏法拉第镜5、保偏啁啾光纤光栅6串联成腔，非线性偏振旋转由快轴截止的保偏波分复用器2，保偏增益光纤3，保偏无源光纤4及保偏法拉第镜实现，泵浦源1连接保偏波分复用器2的泵浦输入端；保偏波分复用器2的公共端b连接保偏增益光纤，此处为保偏光纤慢轴间交叉熔接c，如图3；保偏增益光纤3的另一端连接保偏无源光纤4；保偏无源光纤4连接保偏法拉第镜5；保偏波分复用器2的信号端a连接保偏啁啾光纤光栅6；保偏啁啾光纤光栅6的透射端d作为整个激光器的输出端口。

实施例1的工作原理为：

泵浦源提供的泵浦光经过保偏波分复用器被耦合传输至保偏增益光纤，经过增益放大后产生的激光经过保偏无源光纤传输至保偏法拉第镜，并经过保偏法拉第镜反射回原光路中，然后经过保偏无源光纤，随后在保偏增益光纤中再次增益放大，通过保偏啁啾光纤光栅进行色散管理，一部分脉冲由保偏啁啾光纤光栅的透射端输出，一部分脉冲经保偏啁啾光纤光栅反射回腔内继续振荡。

实施例2

如图2所示，本实用新型实施例提供一种基于保偏光纤交叉熔接技术的全光纤超快激光器，包括：图中1为泵浦源，可选用中心波长为976nm的半导体激光二极管；2为保偏波分复用器，该保偏波分复用器为快轴截止器件；3为保偏增益光纤，可选用Nufern公司生产的高性能保偏掺镱光纤，如6/125型；4为保偏无源光纤，可选用Nufern公司生产的无源光纤PM 980；5为保偏法拉第旋转镜；6为保偏啁啾光纤光栅。

通过保偏光纤及保偏器件形成线性腔闭合回路；保偏波分复用器2的信号端a、公共端b依次连接保偏增益光纤3、保偏无源光纤4、保偏法拉第镜5、保偏啁啾光纤光栅6串联成腔，非线性偏振旋转由快轴截止的保偏波分复用器2，保偏无源光纤4及保偏法拉第镜5实现，泵浦源1连接保偏波分复用器2的泵浦输入端；保偏波分复用器2的公共端b连接保偏无源光纤4，此处为保偏光纤慢轴间交叉熔接c，如图3；保偏无源光纤4连接保偏法拉第镜5；保偏波分复用器2的信号端a连接保偏增益光纤3；保偏增益光纤3连接保偏啁啾光纤光栅6；保偏啁啾光纤光栅6的透射端d作为整个激光器的输出端口。

实施例2的工作原理为：

泵浦源提供的泵浦光经过保偏波分复用器被耦合传输至保偏增益光纤，经过增益放大后产生的激光经过保偏啁啾光纤光栅，部分激光反射回腔内并经过保偏波分复用器和保偏无源光纤传输至保偏法拉第镜，由保偏法拉第镜反射回原光路中，然后经过保偏无源光纤，随后在保偏增益光纤中再次增益放大，通过保偏啁啾光纤光栅进行色散管理，一部分脉冲由保偏啁啾光纤光栅的透射端输出，一部分脉冲经保偏啁啾光纤光栅反射回腔内继续振荡。

在线性谐振腔中，锁模脉冲的实现依靠由快轴截止的保偏波分复用器、保偏光纤及保偏法拉第镜组成的虚拟可饱和吸收体，利用保偏元器件的偏振相关损耗实现可饱和吸收效应，实现超短脉冲输出。

本实用新型利用保偏光纤和保偏器件实现了可饱和吸收体和激光器的全光纤化，无需额外调制器件，无需格外的空间结构和调制器件，特别是无需偏振控制器件的机械调节来控制腔内偏振态来实现自启动，且因为采用了全保偏光纤结构而具有非常优异的稳定性，能长时间在较强振动环境等恶劣条件下保持不失锁。本实用新型设计简单、结构紧凑、成本低，同时可以实现输出稳定性高，有利于放大的脉冲种子源，易于实现产业化。

Claims (5)

1.一种基于保偏光纤交叉熔接技术的全光纤超快激光器，其特征在于，包括：泵浦源、保偏波分复用器、保偏法拉第镜、保偏增益光纤、保偏无源光纤、保偏啁啾光纤光栅；

通过保偏光纤和保偏器件构成一个线型激光腔；利用全保偏光纤进行交叉熔接，在保偏器件间形成虚拟可饱和吸收体；通过保偏啁啾光纤光栅进行腔内色散管理；虚拟可饱和吸收体由快轴截止的保偏波分复用器的公共端依次连接保偏增益光纤、保偏无源光纤和保偏法拉第镜组成，泵浦源连接保偏波分复用器的泵浦输入端；保偏波分复用器的公共端连接保偏增益光纤的一端，保偏波分复用器的公共端与增益光纤的慢轴间进行交叉熔接；保偏增益光纤的另一端连接保偏无源光纤的一端；保偏无源光纤的另一端连接保偏法拉第镜；保偏波分复用器的信号端连接保偏啁啾光纤光栅的反射端，保偏啁啾光纤光栅的透射端为激光器的输出端；

泵浦源提供的泵浦光经过保偏波分复用器被耦合传输至保偏增益光纤，经过增益放大后产生的激光经过保偏无源光纤传输至保偏法拉第镜，并经过保偏法拉第镜反射回原光路中，然后经过保偏无源光纤，随后在保偏增益光纤中再次增益放大，通过保偏啁啾光纤光栅进行色散管理，一部分脉冲由保偏啁啾光纤光栅的透射端输出，一部分脉冲经保偏啁啾光纤光栅反射回腔内继续振荡。

2.如权利要求1所述的基于保偏光纤交叉熔接技术的全光纤超快激光器，其特征在于，所述的泵浦源是半导体激光器。

3.如权利要求1所述的基于保偏光纤交叉熔接技术的全光纤超快激光器，其特征在于，所述的保偏增益光纤是掺有稀土离子的光纤。

4.如权利要求1所述的基于保偏光纤交叉熔接技术的全光纤超快激光器，其特征在于，采用泵浦方式是纤芯单端泵浦、纤芯双端泵浦、包层单端泵浦、包层双端泵浦的其中一种。

5.如权利要求1所述的基于保偏光纤交叉熔接技术的全光纤超快激光器，其特征在于，所述的全保偏光纤交叉熔接，熔接角度在0°到90°之间。

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