CN102368585A - 高重复频率被动锁模超短脉冲全光纤激光器 - Google Patents

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刘江
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Abstract

一种高重复频率被动锁模超短脉冲全光纤激光器，属于激光技术及其非线性光学领域。主要包括激光泵浦源、波分复用器、光纤光栅、掺杂光纤、可饱和吸收体等，利用短的线形腔实现了被动锁模的高重复频率、超短激光脉冲输出。该高重复频率超短脉冲光纤激光器采用了全光纤结构设计，经过多级光纤功率放大器之后平均输出功率可达百瓦量级，因此该类高重复频率超短脉冲全光纤激光器易于实现产业化应用。

Description

高重复频率被动锁模超短脉冲全光纤激光器
技术领域
本发明涉及一种高重复频率被动锁模超短脉冲全光纤激光器，属于激光技术及其非线性光学领域。
背景技术
高功率超短脉冲光纤激光器，通常由低功率种子源和多级功率放大器组成。低功率种子源决定了激光的输出波长、脉冲宽度、重复频率等关键性能，而功率放大器决定了激光输出的平均功率、脉冲能量和峰值功率等。由于高功率超短脉冲光纤激光种子源的重复频率一般在500kHz～100MHz之间，所以种子源经过光纤放大器之后平均输出功率小于百瓦量级。在保持同等激光峰值功率的情况下，为了得到更高的平均输出功率，可通过增加激光种子源的重复频率或脉冲宽度来实现。目前，常用的高重复频率的种子源主要有脉冲增益开关半导体激光器、被动锁模的VECSEL激光器，以及谐波被动锁模的光纤激光器等。然而脉冲增益开关半导体激光器具有结构复杂、生产成本高等不足；而谐波被动锁模光纤激光器抖动较大、环境稳定性相对较差；高重复频率被动锁模光纤激光器由于不需要任何外界的有源调制器件，因此激光系统结构简单、成本低廉近年来而备受青睐。目前，全光纤结构被动锁模光纤激光器最高重复频率在200MHz左右，激光脉冲宽度为几百飞秒量级，经过多级光纤放大器之后输出功率也小于百瓦水平。而对于某些特殊的应用，比如高功率超连续谱光源的产生，不仅需要作为泵浦源的超短脉冲激光器具有较窄的脉冲宽度，而且还需要较高的平均输出功率(百瓦量级)。因此对于实际应用非常迫切的需要高功率、高重复频率(GHz)的超短脉冲全光纤激光器。
发明内容
本发明提出了一种高重复频率被动锁模超短脉冲全光纤激光器，利用反射式的可饱和吸收体与光纤光栅之间构成线形结构的超短激光谐振腔，从而实现重复频率达百MHz的被动锁模超短激光脉冲输出。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
一种高重复频率被动锁模超短脉冲全光纤激光器，包括激光泵浦源、波分复用器、光纤光栅、稀土掺杂光纤、反射式可饱和吸收体等。其特征在于：激光泵浦源连接波分复用器的泵浦输入端；波分复用器的公共端连接光纤光栅；光纤光栅的另一端连接稀土掺杂光纤；稀土掺杂光纤的另一端直接与反射式可饱和吸收体耦合；波分复用器的信号端作为锁模超短激光脉冲的输出端；光纤光栅与反射式可饱和吸收体之间构成线形激光谐振腔；反射式可饱和吸收体作为激光被动锁模器件。
一种高重复频率被动锁模超短脉冲全光纤激光器，其特征在于：激光泵浦源连接波分复用器的泵浦输入端；波分复用器的公共端连接稀土掺杂光纤；稀土掺杂光纤的另一端连接光纤光栅；光纤光栅的另一端作为锁模超短激光脉冲的输出端；波分复用器的信号端直接与反射式可饱和吸收体耦合；反射式可饱和吸收体与光纤光栅之间构成线形激光谐振腔；反射式可饱和吸收体作为激光被动锁模器件。
上述的激光泵浦源为半导体激光器、固体激光器、光纤激光器或拉曼激光器；且激光泵浦源输出激光的中心波长为λ，500nm≤λ≤2000nm。
上述的光纤光栅的反射率为R；中心波长为λ；3dB光谱带宽为w，其中：1％＜R＜99％；500nm＜λ＜3000nm；0.01nm＜w＜100nm。
上述的稀土掺杂光纤为单包层光纤、双包层光纤或光子晶体光纤，所掺杂的掺稀土元素包括钕、镱、铒、铥、钬中的一种或多种。
上述的波分复用器、光纤光栅、稀土掺杂光纤为保偏型或非保偏型。
上述的可饱和吸收体为半导体可饱和吸收镜、碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯或石墨烯的聚合物。
上述的高重复频率被动锁模超短脉冲全光纤激光器可直接使用或作为光纤放大器的种子源使用。
本发明高重复频率被动锁模超短脉冲全光纤激光器具有以下优点：
本发明采用反射式的可饱和吸收体与光纤光栅之间构成全光纤结构的超短线形激光谐振腔，输出的被动锁模激光脉冲具有重复频率高(GHz)、脉冲宽度窄(飞秒、皮秒)等优点，全光纤化的简单结构也易于实现工业产业化应用。
附图说明
图1为实施例1高重复频率被动锁模超短脉冲全光纤激光器的结构示意图。
图2为实施例1高重复频率被动锁模超短脉冲全光纤激光器的锁模脉冲串。
图3为实施例1高重复频率被动锁模超短脉冲全光纤激光器的锁模输出光谱。
图4为实施例1高重复频率被动锁模超短脉冲全光纤激光器的锁模脉冲宽度。
图5为实施例2高重复频率被动锁模超短脉冲全光纤激光器的结构示意图。
图中：1、激光泵浦源，2、波分复用器，3、光纤光栅，4、稀土掺杂光纤，5、反射式可饱和吸收体。
具体实施方式
下面结合图示1-5对本发明作进一步说明，但不仅限于以下两种实施例。
实施例1
一种高重复频率被动锁模超短脉冲全光纤激光器结构如图1所示。中心波长为974nm的激光泵浦源1连接最大承受功率为500mW的980/1060波分复用器2的泵浦输入端，激光泵浦源1的最大输出功率为600mW；980/1060波分复用器2的公共端连接反射率为80％的光纤光栅3，光纤光栅3的中心波长为1064nm，3dB光谱带宽为0.5nm；光纤光栅3的另一端连接10cm长的掺镱光纤4，其在974nm波段纤芯泵浦吸收率为1200dB/m；掺镱光纤4的另一端直接与反射式的可饱和吸收体5耦合；波分复用器2的信号端作为锁模激光脉冲输出端；反射率为80％的光纤光栅3与反射式的可饱和吸收体5之间构成线形激光谐振腔，整个线形激光谐振腔的长度控制在20cm左右，可饱和吸收体5作为被动锁模器件，被动锁模皮秒激光脉冲将从980/1060波分复用器2的信号端输出。如图2、3、4所示，当激光泵浦源的抽运功率为150mW时，得到了稳定的重复频率为490MHz的锁模激光脉冲串，此时锁模激光的中心波长为1064.2nm，3dB光谱带宽为0.13nm，采用自相关仪测得锁模激光脉冲的宽度为20ps左右。采用此高重复频率皮秒脉冲光纤激光器作种子源，经过多级光纤放大器之后，最大平均输出功率有望高于200W，因此该类高重复频率被动锁模皮秒脉冲全光纤激光器具有广泛的应用前景。
上述的激光泵浦源1是单模半导体激光器，上述的光纤光栅3是光纤布拉格光栅，上述的掺杂光纤4是双包层掺镱单模光纤，上述的反射式可饱和吸收体5是反射式半导体可饱和吸收镜。
除了上述外，所述的激光泵浦源(1)不仅局限为单模半导体激光器，还可以包括其他半导体激光器、固体激光器、光纤激光器或拉曼激光器；且激光泵浦源(1)输出激光的中心波长为λ，其范围可以为500nm≤λ≤2000nm；所述的光纤光栅3的反射率为R；中心波长为λ；3dB光谱带宽为w，其范围为：1％＜R＜99％；500nm＜λ＜3000nm；0.01nm＜w＜100nm；所述的稀土掺杂光纤为单包层光纤、双包层光纤或光子晶体光纤，所掺杂的掺稀土元素包括钕、镱、铒、铥、钬中的一种或多种；所述的可饱和吸收体(5)为半导体可饱和吸收镜、碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯或石墨烯的聚合物。
实施例2
一种高重复频率被动锁模超短脉冲全光纤激光器结构如图5所示。中心波长为1550nm的激光泵浦源1连接1550/2000的波分复用器2的泵浦输入端；1550/2000的波分复用器2的公共端连接3m长的掺杂光纤4；掺杂光纤4的另一端连接反射率为90％的光纤光栅3，其中心波长为2000nm，3dB光谱带宽为2.0nm；光纤光栅3的另一端作为被动锁模激光脉冲的输出端；1550/2000的波分复用器2的信号端直接与反射式的可饱和吸收体5耦合；反射式的可饱和吸收体5与反射率为90％的光纤光栅3之间构成线形激光谐振腔；高重复频率被动锁模超短激光脉冲将从光纤光栅3的另一端输出。
上述的激光泵浦源1是掺铒光纤激光器，上述的光纤光栅3是光纤布拉格光栅，上述的掺杂光纤4是掺铥双包层单模光纤，上述的反射式可饱和吸收体5是反射式石墨烯可饱和吸体。
除了上述外，激光泵浦源(1)不仅局限为单模半导体激光器，还可以包括其他半导体激光器、固体激光器、光纤激光器或拉曼激光器；且激光泵浦源(1)输出激光的中心波长为λ，其范围可以为500nm≤λ≤2000nm；所述的光纤光栅3的反射率为R；中心波长为λ；3dB光谱带宽为w，其范围为：1％＜R＜99％；500nm＜λ＜3000nm；0.01nm＜w＜100nm；所述的稀土掺杂光纤为单包层光纤、双包层光纤或光子晶体光纤，所掺杂的掺稀土元素包括钕、镱、铒、铥、钬中的一种或多种；可饱和吸收体(5)为半导体可饱和吸收镜、碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯或石墨烯的聚合物。

Claims (8)

1.一种高重复频率被动锁模超短脉冲全光纤激光器，其特征在于：激光泵浦源(1)连接波分复用器(2)的泵浦输入端；波分复用器(2)的公共端连接光纤光栅(3)；光纤光栅(3)的另一端连接稀土掺杂光纤(4)；稀土掺杂光纤(4)的另一端直接与反射式可饱和吸收体(5)耦合；波分复用器(2)的信号端作为锁模超短激光脉冲的输出端；光纤光栅(3)与反射式可饱和吸收体(5)之间构成线形激光谐振腔；反射式可饱和吸收体(5)作为激光被动锁模器件。
2.一种高重复频率被动锁模超短脉冲全光纤激光器，其特征在于：激光泵浦源(1)连接波分复用器(2)的泵浦输入端；波分复用器(2)的公共端连接稀土掺杂光纤(4)；稀土掺杂光纤(4)的另一端连接光纤光栅(3)；光纤光栅(3)的另一端作为锁模超短激光脉冲的输出端；波分复用器(2)的信号端直接与反射式可饱和吸收体(5)耦合；反射式可饱和吸收体(5)与光纤光栅(3)之间构成线形激光谐振腔；反射式可饱和吸收体(5)作为激光被动锁模器件。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的一种高重复频率被动锁模超短脉冲全光纤激光器，其特征在于：所述的激光泵浦源(1)为半导体激光器、固体激光器、光纤激光器或拉曼激光器；且激光泵浦源(1)输出激光的中心波长为λ，500nm≤λ≤2000nm。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的一种高重复频率被动锁模超短脉冲全光纤激光器，其特征在于：所述的光纤光栅(3)的反射率为R；中心波长为λ；3dB光谱带宽为w，其中：1％＜R＜99％；500nm＜λ＜3000nm；0.01nm＜w＜100nm。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的一种高重复频率被动锁模超短脉冲全光纤激光器，其特征在于：所述的稀土掺杂光纤(4)为单包层光纤、双包层光纤或光子晶体光纤，所掺杂的掺稀土元素包括钕、镱、铒、铥、钬中的一种或多种。
6.根据权利要求1或权利要求2所述的一种高重复频率被动锁模超短脉冲全光纤激光器，其特征在于：所述的波分复用器(2)、光纤光栅(3)、稀土掺杂光纤(4)为保偏型或非保偏型。
7.根据权利要求1或权利要求2所述的一种高重复频率被动锁模超短脉冲全光纤激光器，其特征在于：所述的可饱和吸收体(5)为半导体可饱和吸收镜、碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯或石墨烯的聚合物。
8.根据权利要求1或权利要求2所述的一种高重复频率被动锁模超短脉冲全光纤激光器，其特征在于：所述的高重复频率被动锁模超短脉冲全光纤激光器直接使用或作为光纤放大器的种子源使用。
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