CN102340093A - 光纤锁模激光器 - Google Patents

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巩马理
周洁
闫平
张海涛
王东生
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Abstract

本发明公开了一种光纤锁模激光器，所述光纤锁模激光器的腔内具有Sagnac滤波器作为频谱滤波元件，用于辅助锁模和压窄脉冲宽度。由于滤波器为全光纤器件，避免了块状器件引入的插入损耗和对准困难，增加了锁模光纤激光器的环境稳定性和鲁棒性；滤波带宽易于调节，调节滤波带宽能够有效的改变输出锁模脉冲的光谱宽度和脉冲宽度。

Description

光纤锁模激光器
技术领域
本发明涉及光学与激光光电子技术领域，特别是涉及一种光纤锁模激光器。
背景技术
光纤激光器以其效率高、阈值低、光束质量高、紧凑小巧和高性能价格比等众多的优良特点受到普遍关注，并得到了长足发展。近年来，由于光纤锁模技术的发展，光纤锁模激光器在单脉冲能量、脉冲宽度和脉冲序列稳定性方面获得了极大的改善，在军事、医疗和工业加工等领域展示出广阔的应用前景。
在众多光纤锁模激光器中，全正色散锁模激光器以其结构简单、易于全光纤化、单脉冲能量高等特点得到了越来越多的关注和研究。全正色散锁模激光器是指工作波长在光纤的正常色散区，且腔内无反常色散元件的锁模激光器。由于无需反常色散元件，可以避免引入光栅对、棱镜对等非光纤的块状元件，保证了激光器的全光纤结构，提高了系统的鲁棒性。由于工作在光纤的正常色散区，不存在孤子效应对单脉冲能量的限制(pJ量级)，能够得到nJ甚至μJ量级的单脉冲能量输出。由于没有反常色散对锁模脉冲的群速度色散进行补偿，这种激光器的脉冲往往带有强烈的啁啾，Chong等于2006年提出在全正色散锁模激光器中加入频谱滤波元件，有利于锁模的启动和稳定，并达到压窄脉冲宽度的目的。
在全正色散光纤锁模激光器中，研究最多的频谱滤波元件是干涉滤光片或双折射滤光片。这两种块状元件能够有效地起到辅助锁模的作用，但由于它们是块状的，破坏了激光器的全光纤化结构，带来较大的插入损耗，并且谐振腔光路对于对准精度要求很高，环境稍有扰动即造成失锁。全光纤频谱滤波器的方案主要有：光纤光栅、波分复用器和可饱和的光纤布拉格反射镜。这些方案共同的特点是滤波带宽依赖于器件本身的性能，不易控制、不可调谐。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是解决现有光纤锁模激光器技术中频谱滤波元件不易全光纤化、不可调谐的难题。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，提供一种光纤锁模激光器，所述光纤锁模激光器的腔内具有Sagnac滤波器作为频谱滤波元件，用于辅助锁模和压窄脉冲宽度。
优选地，光纤锁模激光器具有复合腔。
优选地，光纤锁模激光器具有环形腔或法珀腔。
优选地，所述光纤锁模激光器是全光纤化的或非全光纤化的。
优选地，所述Sagnac滤波器中包含偏振控制装置，所述偏振控制装置通过扭转、弯曲、挤压、拉伸或改变温度来改变激光的偏振态。
优选地，所述Sagnac滤波器中包含光纤耦合器，所述光纤耦合器的分束比为50∶50。
优选地，所述光纤锁模激光器中包含增益光纤，所述增益光纤是单包层光纤或双包层光纤。
优选地，所述光纤锁模激光器中包含无源光纤，所述无源光纤是单包层光纤或双包层光纤。
(三)有益效果
由于滤波器为全光纤器件，避免了块状器件引入的插入损耗和对准困难，增加了锁模光纤激光器的环境稳定性和鲁棒性；滤波带宽易于调节，调节滤波带宽能够有效的改变输出锁模脉冲的光谱宽度和脉冲宽度。
附图说明
图1是本发明实施例中具有Sagnac滤波器的光纤锁模激光器结构示意图；
图2例示了具有Sagnac滤波器的光纤锁模激光器的输出光谱，以及不包含Sagnac滤波器的光纤锁模激光器的输出光谱；
图3例示了具有Sagnac滤波器的光纤锁模激光器的输出脉冲的自相关曲线，以及不包含Sagnac滤波器的光纤锁模激光器的输出脉冲的自相关曲线。
其中，1：Sagnac滤波器；2：泵浦二极管；3：增益光纤；4：泵浦/信号合束器；5、7：偏振控制器；6：偏振分束隔离器；8：无源光纤；9：无Sagnac滤波器的锁模激光器的输出光谱；10：有Sagnac滤波器的锁模激光器的输出光谱；11：无Sagnac滤波器的锁模激光器输出脉冲的自相关曲线；12：有Sagnac滤波器的锁模激光器输出脉冲的自相关曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，本发明提供了一种光纤锁模激光器，在所述光纤锁模激光器的腔内插入Sagnac滤波器作为频谱滤波元件，达到辅助锁模和压窄脉冲宽度的作用。所述光纤锁模激光器为环形腔，泵浦二极管2通过泵浦/信号合束器4将泵浦激光输入增益光纤3，经增益光纤3将泵浦光放大后，在环形腔中形成振荡，从而产生激光。在线偏振分束隔离器6有两个作用：一是隔离逆时针传输的激光，保证环形腔的单向运转；二是对顺时针传输的激光进行偏振分束。锁模脉冲在腔内传输一周所经历的行为如下：锁模脉冲在经过偏振分束隔离器6后为线偏振光，经过偏振控制器7变为椭圆偏振光；经过Sagnac滤波器1，由于锁模脉冲存在啁啾，脉冲前沿存在红移，脉冲后沿存在蓝移，因此Sagnac滤波器1在对频谱进行滤波的同时也对时域脉冲进行了幅值调制，脉冲在通过Sagnac滤波器1后被压窄；锁模脉冲通过增益光纤3，被放大；在腔内的所有无源光纤8中，由于光纤随机双折射的存在，脉冲的两个正交偏振态所经历的相移不同，偏振态发生偏转，并且由于相移与脉冲强度有关，呈现非线性，因此非线性相移的积累就导致了脉冲时域上不同强度的部分偏振态不同；调节偏振控制器5，使得脉冲峰值在偏振分束器中的透过率最高，脉冲两侧的透过率较低，从而使得脉冲幅值获得调制，这种周期性的调制启动和维持了锁模。
如上所述，由于偏振分束器对不同幅值激光的存在调制，在连续运转中，激光的随机幅值噪声被捕捉，经过多次腔内的增益和幅值调制作用，形成了稳定的锁模脉冲。在锁模脉冲形成后，由于脉冲存在啁啾，Sagnac滤波器也起到了幅值调制的作用，成为有效的辅助锁模元件，稳定了锁模脉冲，并且由于在腔内运转一周存在两次脉冲压窄，能够获得更窄的脉冲输出。如图2和图3所示，无Sagnac滤波器的锁模激光器(其他结构与图1相同)输出脉冲的自相关曲线11的半高全宽为165.2ps，输出光谱9的10dB带宽为23nm；有Sagnac滤波器的锁模激光器(即图1所示的激光器)输出脉冲的自相关曲线12的半高全宽为47.9ps，输出光谱10的10dB带宽为13nm。可见，Sagnac滤波器确实起到了对脉冲幅值和光谱调制的作用，有效压窄了脉宽。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种光纤锁模激光器，其特征在于，所述光纤锁模激光器的腔内具有Sagnac滤波器作为频谱滤波元件，用于辅助锁模和压窄脉冲宽度。
2.如权利要求1所述的光纤锁模激光器，其特征在于，光纤锁模激光器具有复合腔。
3.如权利要求2所述的光纤锁模激光器，其特征在于，光纤锁模激光器具有环形腔或法珀腔。
4.如权利要求1所述的光纤锁模激光器，其特征在于，所述光纤锁模激光器是全光纤化的或非全光纤化的。
5.如权利要求1所述的光纤锁模激光器，其特征在于，所述Sagnac滤波器中包含偏振控制装置，所述偏振控制装置通过扭转、弯曲、挤压、拉伸或改变温度来改变激光的偏振态。
6.如权利要求1所述的光纤锁模激光器，其特征在于，所述Sagnac滤波器中包含光纤耦合器，所述光纤耦合器的分束比为50∶50。
7.如权利要求1-6任一项所述的光纤锁模激光器，其特征在于，所述光纤锁模激光器中包含增益光纤，所述增益光纤是单包层光纤或双包层光纤。
8.如权利要求1-6任一项所述的光纤锁模激光器，其特征在于，所述光纤锁模激光器中包含无源光纤，所述无源光纤是单包层光纤或双包层光纤。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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