CN103682969B - 一种1027nm光子晶体光纤脉冲激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种1027nm光子晶体光纤脉冲激光器，包括：抽运源和谐振腔，谐振腔依次包括第一平凸透镜、第一二色镜、第二平凸透镜、增益光子晶体光纤、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、二分之一波片和第四平凸透镜，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子晶体光纤抽运，所产生的受激辐射光由第二平凸透镜准直、第一二色镜反射依次进入第二二色镜、波片组、光隔离器、第三平凸透镜和半导体可饱和吸收镜，反射回光隔离器后通过其上的一个逃逸窗出射后依次进入二分之一波片、第四平凸透镜，由第四平凸透镜汇聚进入增益光子晶体光纤。本发明具有结构简单，使用方便，且稳定好。

Description

一种1027nm光子晶体光纤脉冲激光器

技术领域

本发明涉及激光技术领域，特别涉及一种1027nm光子晶体光纤脉冲激光器。

背景技术

被动锁模光纤激光器由于具有结构紧凑、散热效果好、光束质量好等优点，近年来成为了研究的热点，随着光纤技术和锁模技术的不断发展和进步，光纤激光器产生的超短脉冲的性能已经基本达到传统固体锁模激光器的水平，已经广泛应用于光通信、激光微加工和光探测等领域。

在众多的掺杂光纤脉冲激光器中，掺镱光子晶体光纤激光器发展最为迅速。镱离子具有很宽的发射带宽，可以支持更短的锁模脉冲，量子缺陷低，没有上转换和重吸收损耗；同时光子晶体光纤由于其独特的导光机理、灵活多变的结构和丰富独特的优越性能，为各种光纤器件及技术的发展开辟了新的思路。采用大模场面积光子晶体光纤克服了传统单模光纤由于小纤芯结构导致的超短脉冲在长光纤中传输时积累非线性相移容易引起脉冲分裂从而限制脉冲能量进一步提高的问题，实现了色散和非线性可控，同时双包层结构提高了抽运光的耦合效率。而与普通的大模场双包层光纤相比，光子晶体光纤在纤芯直径增加的同时还会保持单模输出，避免了锁模时出现高阶模以及模式之间的耦合影响锁模质量和稳定性的问题。同时光子晶体光纤具有大的表面-体积比，散热极好，这些优越的特性使得大模场光子晶体在实现高功率锁模方面具有独特的优势。

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1027nm光子晶体光纤脉冲激光器。

所述技术方案如下：

一种1027nm光子晶体光纤脉冲激光器，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、增益光子晶体光纤、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、二分之一波片和第四平凸透镜，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子晶体光纤进行抽运，抽运光抽运所述增益光子晶体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，经反射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出射后依次进入所述的二分之一波片、第四平凸透镜，由所述的第四平凸透镜汇聚进入所述的增益光子晶体光纤。

所述的抽运源为带有尾纤的915nm半导体激光器。

所述的增益光子晶体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。

所述的波片组包括平行设置的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光隔离器设置，所述的二分之一波片靠近所述的第二二色镜设置。

所述的第一二色镜上镀有915nm高透膜和980nm高反膜，用于分离抽运光并获取1027nm激光。

所述的第二二色镜镀有915nm高透膜和980nm高反膜，

所述的半导体可饱和吸收镜在1030nm附近的线性吸收率为65%，调制深度为35%，饱和通量30μJ/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.镱离子在915nm和976nm处有两个吸收峰，本发明使用了915nm半导体激光器作为抽运源，其在915nm处吸收带很宽且平稳，抽运源的温度变化、波长漂移等因素对振荡器的影响较小，不需要精确控温。

B.目前已报道的研究结果大多为实现1030nm以上波段的锁模输出，本发明中使用了镀膜中心波长在1030nm以下的光学元件，同时使用长度较短的光纤，有利于短波段激光起振，最终实现1027nm光纤锁模激光器。

C.本发明采用环形腔的结构实现了1027nm大模场双包层光子晶体光纤脉冲激光器，其优点是：（1）激光器是基于大模场光子晶体光纤的锁模激光系统，比传统的固体激光器相比体积要小，结构简单，稳定性好。（2）由于采用大模场光子晶体光纤，得到了高重复频率高光束质量的脉冲输出。（3）实现掺镱光纤短波段1027nm的脉冲输出，倍频后可产生514nm蓝绿光，在水下探测等领域具有重要应用价值。

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为本发明所提供的1027nm光子晶体光纤脉冲激光器结构示意图。

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-增益光子晶体光纤；6-第二二色镜；7-二分之一波片；8-四分之一波片；9-光隔离器；10-第三平凸透镜；11-半导体可饱和吸收镜；12-二分之一波片；13-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1027nm光子晶体光纤脉冲激光器，包括：抽运源和谐振腔，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、增益光子晶体光纤、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、二分之一波片和第四平凸透镜，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所述的增益光子晶体光纤进行抽运，抽运光抽运增益光子晶体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，经反射依次到达波片组、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出射后依次进入所述的二分之一波片、第四平凸透镜，由第四平凸透镜汇聚进入增益光子晶体光纤。

其中的带有尾纤的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的凸透镜组2、4准直聚焦后，耦合进入双包层光子晶体光纤进行抽运。光子晶体光纤的纤芯直径为40μm，内包层直径170μm，具有六角形周期性排列的空气孔，对915nm抽运光的吸收系数为4.5dB/m，长度为1m，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平凸透镜4准直后经二色镜3反射，再经过二色镜6反射到达波片组，其中二色镜3目的是分离抽运光和希望获得的1027nm激光，二色镜6目的是进一步分离1027nm激光和915nm抽运光，以及反射光路构成环形腔。二分之一和四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，反射回光隔离器后，通过光隔离器的一个逃逸窗出射，通过二分之一波片12，调节激光偏振态与光纤快慢轴相对应，由平凸透镜13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，光隔离器保证了腔内激光保持单向运转。半导体可饱和吸收镜在1030nm附近的线性吸收率为65%，调制深度为35%，饱和通量30μJ/cm2，恢复时间为500fs，通过改变聚焦在半导体可饱和吸收镜上的光斑尺寸获得启动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150mW的稳定锁模脉冲输出，重复频率高达93.33MHz，与激光器腔长相符，脉冲宽度经自相关仪测量结果为2.3ps，激光中心波长为1027nm，光谱半宽为1nm。

本发明设计中，使用具有大模场双包层光子晶体光纤作为增益介质，以其优异的特性，再通过精心设计激光振荡器的参数和光学元件、搭建光学实验装置获得了结构简单、稳定性好的1027nm锁模脉冲光子晶体光纤激光器，可以为日后激光技术应用前沿的研究奠定光源基础。

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 (6)

1.一种1027nm光子晶体光纤脉冲激光器，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、增益光子晶体光纤、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、二分之一波片和第四平凸透镜，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子晶体光纤进行抽运，抽运光抽运所述增益光子晶体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，经反射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出射后依次进入所述的二分之一波片、第四平凸透镜，由所述的第四平凸透镜汇聚进入所述的增益光子晶体光纤；

所述的抽运源为带有尾纤的915nm半导体激光器，尾纤的芯径为200μm，数值孔径为0.22；

所述的增益光子晶体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，增益光纤的长度为1m，且具有六角形周期性排列的空气孔。

2.根据权利要求1所述的1027nm光子晶体光纤脉冲激光器，其特征在于，所述的波片组包括平行设置的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光隔离器设置，所述的二分之一波片靠近所述的第二二色镜设置。

3.根据权利要求1所述的1027nm光子晶体光纤脉冲激光器，其特征在于，所述的第一二色镜上镀有915nm高透膜和980nm高反膜，用于分离抽运光并获取1027nm激光。

4.根据权利要求3所述的1027nm光子晶体光纤脉冲激光器，其特征在于，所述的第二二色镜镀有915nm高透膜和980nm高反膜。

5.根据权利要求1所述的1027nm光子晶体光纤脉冲激光器，其特征在于，所述的半导体可饱和吸收镜在1030nm附近的线性吸收率为65％，调制深度为35％，饱和通量30μJ/cm2，恢复时间为500fs。

6.根据权利要求5所述的1027nm光子晶体光纤脉冲激光器，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。