CN103618204A

CN103618204A - 一种976nm掺镱光纤调Q锁模激光器系统

Info

Publication number: CN103618204A
Application number: CN201310690348.3A
Authority: CN
Inventors: 李平雪; 杨春; 池俊杰; 赵自强; 姚毅飞; 张光举; 胡浩伟
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2013-12-16
Filing date: 2013-12-16
Publication date: 2014-03-05

Abstract

本发明公开了一种976nm掺镱光纤调Q锁模激光器系统，包括抽运源和环形谐振腔，其中抽运源为带有尾纤的915nm半导体激光器，环形谐振腔依次包括第一平凸透镜、第一二色镜、第二平凸透镜、增益光纤、第二二色镜、波片组、光隔离器、第三平凸透镜、半导体可饱和吸收镜和第四平凸透镜，抽运源所产生的抽运光依次经第一平凸透镜、第一二色镜、第二平凸透镜进行耦合后进入增益光纤进行抽运，所产生的受激辐射光由第二平凸透镜、第一二色镜进入第二二色镜，并依次到达波片组、光隔离器、第三平凸透镜和半导体可饱和吸收镜上，反射回光隔离器后通过其上的一个逃逸窗由第四平凸透镜汇聚进入增益光纤。本发明具有结构简单，使用方便，且稳定好。

Description

一种976nm掺镱光纤调Q锁模激光器系统

技术领域

本发明涉及激光技术领域，特别涉及一种976nm掺镱光纤激光器调Q锁模系统。

背景技术

光纤激光器是近些年来激光领域研究的热点之一，具有光束质量好，光光转换效率高，体积小，结构简单，可实现全纤化等优点，在激光加工、激光医疗、光通信及国防等领域都得到了广泛的应用。

在众多的掺杂光纤激光器中，掺镱光纤激光器发展最为迅速，与其他掺杂光纤激光器相比，它不存在激发态吸收(ESA),不存在浓度淬灭效应和量子转换效率高的优点，当前高功率的光纤激光器主要以四能级的掺镱光纤激光器为主。准三能级掺镱光纤激光器的输出波长为976nm，976nm激光器是掺铒光纤放大器的重要泵浦光源。随着密集波分复用的频道数的增加，对掺铒光纤放大器输出激光的功率提出了越来越高的要求，获得高功率高光束质量976nm激光源就成为需要解决的关键问题之一。另外976nm激光通过倍频还可以获得488nm蓝绿光的输出，488nm蓝绿波段是海水的窗口波段，在海底通信，海洋资源探测中具有重要应用。

在超快生物学、光通信等领域高峰值功率的超短脉冲光纤激光器具有非常重要的应用价值。调Q和锁模是获得短脉冲的两种方法，分别用来满足对高峰值功率和高分辨率脉冲的不同需要。将两种技术结合在一起，就是调Q锁模技术，同时具有更高峰值功率和高分辨率。调Q锁模具体是指在调Q包络下存在的锁模脉冲序列，即锁模脉冲的幅度被周期性调制。调Q锁模状态下，调Q包络的周期一般是μs数量级，内部是一系列皮秒量级脉宽的超短锁模脉冲。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种具有结构简单，使用方便，且具有稳定好的976nm掺镱光纤调Q锁模激光器系统。

所述技术方案如下：

一种976nm掺镱光纤调Q锁模激光器系统，包括：抽运源和谐振腔，所述谐振腔为环形腔，其依次包括第一平凸透镜、第一二色镜、第二平凸透镜、增益光纤、第二二色镜、波片组、光隔离器、第三平凸透镜、半导体可饱和吸收镜和第四平凸透镜，所述抽运源所产生的抽运光依次经所述的第一平凸透镜、第一二色镜、第二平凸透镜进行耦合后进入所述的增益光纤进行抽运，抽运光抽运所述增益光纤所产生的受激辐射光由所述第二平凸透镜准直后经第一二色镜反射进入第二二色镜，并依次到达所述的波片组、光隔离器、第三平凸透镜和半导体可饱和吸收镜上，反射回所述的光隔离器后通过其上的一个逃逸窗由所述第四平凸透镜汇聚进入所述的增益光纤。

所述的抽运源为带有尾纤的915nm半导体激光器。

所述的增益光纤为掺镱大模场双包层光子晶体光纤，其纤芯直径为40μm，内包层直径170μm，且具有六角形周期性排列的空气孔。

所述的波片组包括四分之一波片和二分之一波片，所述的四分之一波片靠近所述第二二色镜设置，所述的二分之一波片靠近所述的光隔离器设置。

所述的第一二色镜上镀有915nm高透膜和976nm高反膜，用于分离抽运光并获取976nm激光。

所述的第二二色镜镀有976nm高透膜和1030nm高反膜，用于增加谐振腔内四能级激光的损耗。

所述的半导体可饱和吸收镜在976nm附近的线性吸收率为50%，调制深度为30%，饱和通量60μJ/cm²，恢复时间为500fs。

聚焦在所述的半导体可饱和吸收镜上的光斑尺寸为微米量级。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

A.本发明采用的增益光纤为掺镱大模场双包层光子晶体光纤，与传统单模光纤和普通双包层光纤相比，拥有灵活多变的结构和丰富的优越特性。双包层结构能够提高抽运光的耦合效率，同时无截止单模特性和大的模场面积降低了光纤中的非线性效应，能够容忍更高的峰值功率，保证单模输出的同时增强了锁模时的稳定性；良好的散热特性有利于超短脉冲的高功率输出。使得激光振荡器具有更强的灵活性，结构简单，稳定性高。

B.本发明所提供的整个系统由带有尾纤的915nm半导体激光器、掺镱大模场光子晶体光纤、四分之一和二分之一波片组、光隔离器、半导体可饱和吸收镜等组成。利用大模场双包层光子晶体光纤无截止单模和非线性效应可控等优良特性，通过合理选择光纤长度的方法来抑制四能级起振和重吸收效应，利用半导体可饱和吸收镜对谐振腔内脉冲进行振幅调制，采用环形腔结构实现了准三能级976nm的调Q锁模光纤激光器。本发明的光纤激光器可作为掺铒光纤放大器的泵浦光源，广泛应用于通信，倍频后获得488nm蓝光可应用于海底通信，海洋资源探测等领域。

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：本发明976nm掺镱大模场光子晶体光纤调Q锁模激光器系统的结构示意图。

图中：

1-抽运源；2-第一平凸透镜；3-第一二色镜；4-第二平凸透镜；5-增益光纤；6-第二二色镜；7-四分之一波片；8-二分之一波片；9-光隔离器；10-第三平凸透镜；11-半导体可饱和吸收镜；12-第四平凸透镜。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

如图1所示，本发明提供了一种976nm掺镱光纤调Q锁模激光器系统，包括：抽运源和谐振腔，抽运源采用带有尾纤的915nm半导体激光器，谐振腔为环形腔，其依次包括第一平凸透镜、第一二色镜、第二平凸透镜、增益光纤、第二二色镜、波片组、光隔离器、第三平凸透镜、半导体可饱和吸收镜和第四平凸透镜，抽运源所产生的抽运光依次经第一平凸透镜、第一二色镜、第二平凸透镜进行耦合后进入增益光纤进行抽运，抽运光抽运增益光纤所产生的受激辐射光由第二平凸透镜准直后经第一二色镜反射进入第二二色镜，并依次到达波片组、光隔离器、第三平凸透镜和半导体可饱和吸收镜上，反射回所述的光隔离器后通过其上的一个逃逸窗由所述第四平凸透镜汇聚进入所述的增益光纤。

其中的915nm半导体激光器通过芯径200μm，数值孔径为0.22的尾纤输出，LD（半导体激光器）最大电流39A对应915nm激光最大输出功率为30W。915nm抽运光经过两焦距均为8mm的第一平凸透镜2和第二平凸透镜4准直聚焦后，耦合进入增益光纤进行抽运。增益光纤为掺镱大模场双包层光子晶体光纤，其纤芯直径为40μm，内包层直径170μm，且具有六角形周期性排列的空气孔，其对915nm抽运光的吸收系数为4.5dB/m，长度为70cm，为了防止自激振荡激光的产生，光纤两端都经过塌陷后打磨成8度角。抽运光抽运增益光纤产生的受激辐射光再由第一平凸透镜4准直后经第一二色镜3反射，通过二色镜6到达波片组，其中第一二色镜3镀有915nm高透膜和976nm高反膜，目的是分离抽运光和希望获得的976nm激光，第二二色镜6镀有976nm高透膜和1030nm高反膜，目的是增加腔内四能级激光的损耗，从而抑制四能级起振和促进准三能级976nm激光的起振。四分之一和二分之一波片组作用主要是调节输出比，从而调节腔内能量密度，达到调Q锁模的阈值。光经过波片组到达光隔离器后，竖直偏振光输出，水平偏振光通过，经过第三平凸透镜10的汇聚作用聚焦在半导体可饱和吸收镜11上，反射回光隔离器9后，通过光隔离器9的一个逃逸窗由第四平凸透镜12汇聚进入增益光纤5，形成完整的谐振腔并完成增益放大过程，光隔离器9保证了谐振腔内激光保持单向运转。半导体可饱和吸收镜11在976nm附近的线性吸收率为50%，调制深度为30%，饱和通量60μJ/cm²，恢复时间为500fs，通过改变聚焦在半导体可饱和吸收镜11上的光斑尺寸获得启动调Q锁模所需要的功率密度。当915nm半导体激光器电流39A时，得到功率60mW的调Q锁模脉冲输出，激光中心波长为976nm，线宽1nm。

本发明中，使用区别于传统光纤的光子晶体光纤，再通过设计激光振荡器的参数和腔型，搭建光学实验装置，获得了结构简单、稳定性好的非常见光纤激光波长976nm调Q锁模光子晶体光纤激光器。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种976nm掺镱光纤调Q锁模激光器系统，包括：抽运源和谐振腔，其特征在于，所述谐振腔为环形腔，其依次包括第一平凸透镜、第一二色镜、第二平凸透镜、增益光纤、第二二色镜、波片组、光隔离器、第三平凸透镜、半导体可饱和吸收镜和第四平凸透镜，所述抽运源所产生的抽运光依次经所述的第一平凸透镜、第一二色镜、第二平凸透镜进行耦合后进入所述的增益光纤进行抽运，抽运光抽运所述增益光纤所产生的受激辐射光由所述第二平凸透镜准直后经第一二色镜反射进入第二二色镜，并依次到达所述的波片组、光隔离器、第三平凸透镜和半导体可饱和吸收镜上，反射回所述的光隔离器后通过其上的一个逃逸窗由所述第四平凸透镜汇聚进入所述的增益光纤。

2.根据权利要求1所述的976nm掺镱光纤调Q锁模激光器系统，其特征在于，所述的抽运源为带有尾纤的915nm半导体激光器。

3.根据权利要求1所述的976nm掺镱光纤调Q锁模激光器系统，其特征在于，所述的增益光纤为掺镱大模场双包层光子晶体光纤，其纤芯直径为40μm，内包层直径170μm，且具有六角形周期性排列的空气孔。

4.根据权利要求1所述的976nm掺镱光纤调Q锁模激光器系统，其特征在于，所述的波片组包括四分之一波片和二分之一波片，所述的四分之一波片靠近所述第二二色镜设置，所述的二分之一波片靠近所述的光隔离器设置。

5.根据权利要求1所述的976nm掺镱光纤调Q锁模激光器系统，其特征在于，所述的第一二色镜上镀有915nm高透膜和976nm高反膜，用于分离抽运光并获取976nm激光。

6.根据权利要求5所述的976nm掺镱光纤调Q锁模激光器系统，其特征在于，所述的第二二色镜镀有976nm高透膜和1030nm高反膜，用于增加谐振腔内四能级激光的损耗。

7.根据权利要求1所述的976nm掺镱光纤调Q锁模激光器系统，其特征在于，所述的半导体可饱和吸收镜在976nm附近的线性吸收率为50%，调制深度为30%，饱和通量60μJ/cm²，恢复时间为500fs。

8.根据权利要求7所述的976nm掺镱光纤调Q锁模激光器系统，其特征在于，聚焦在所述的半导体可饱和吸收镜上的光斑尺寸为微米量级。