CN103715590A - 低重复频率保偏全光纤锁模激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种低重复频率保偏全光纤锁模激光器，光纤式半导体可饱和吸收镜、保偏光纤模场适配器、保偏单模光纤、保偏光纤波分复用器、保偏掺镱增益光纤和保偏光纤光栅沿光传输方向依次连接，泵浦光传输光纤和保偏光纤波分复用器的输入端连接，其中，输入端位于保偏掺镱增益光纤一侧。本发明基于半导体可饱和吸收镜的低重复频率锁模光纤激光器，利用光纤式半导体可饱和吸收镜和保偏光纤光栅构成线性腔结构，实现稳定的锁模自启动，不会因为外界的轻微振动而导致锁模不稳定；实现全光纤结构，易于集成化，激光器的全部光纤器件采用了保偏光纤熔接，保证了激光器可以输出线性偏振光；结构简单紧凑、锁模稳定性好。
Description
技术领域
本发明涉及光纤锁模激光器制备技术，具体涉及一种低重复频率保偏全光纤锁模激光器。
背景技术
全光纤锁模激光器在超快光学、非线性光学、激光测距和激光冷加工等领域有着非常广泛的应用，近年来得到国内外科研工作者的广泛关注，在高功率激光装置中，良好稳定的超短脉冲种子源，有非常重要的意义。
为获得高脉冲能量，通常会采用低重复频率调Q激光器或者高重复频率(10～100MHz)低脉冲能量的锁模激光器，后者需要额外的功率放大提高脉冲能量，调Q与锁模共存的方式也同样产生过高的脉冲能量；另一种增加脉冲能量的方式为腔倒空技术，腔倒空技术是由反射腔以及腔倒空装置组成的，前者是为了增加腔的脉冲能量，后者是选择特定频率的高能量的脉冲从腔输出。
目前，针对被动锁模光纤激光器常用的锁模方式分为两种：一种是基于环形腔结构利用非线性偏振旋转（NPR）实现激光器内模式的锁定，另一种方式是基于线性腔结构利用可饱和吸收体实现模式的锁定。NPR方式可以实现较高功率的锁模脉冲，但其缺点是不易实现锁模的自启动，并且锁模的稳定性不如后者，因此在更注重锁模激光器稳定性的工业加工中趋向于线性腔结构的锁模光纤激光器。
在锁模激光器中可以通过增加腔长的方式来得到更高的脉冲能量，锁模脉冲的重复频率与谐振腔长成反比，文献[参见Kobtsev,et al.,Ultra-lowrepetition rate mode-locked fiber laser with high-energy pulses.OPTICSEXPRESS,2008.16(26)]利用非线性偏振旋转获得了低重复频率的锁模脉冲，但其没有保证光纤激光器的全光纤结构，而是利用波片组合的方式来实现可饱和吸收的作用，这样大大的降低了激光器锁模的稳定性，并且其得到的脉冲较宽为纳秒量级。
文献[参见Lian,et al.,Low repetition-rate All-normal-Dispersion modelocking Laser Based on SESAM.ICEOE2011.C0706]采用线性腔全光纤结构利用SESAM实现了激光器的模式锁定，但由于采用的光纤式SESAM上光斑模场面积小，表面能量密度过高导致了激光器的锁模不稳定，出现了锁模多脉冲的情况。
为解决上述问题可以将SESAM与纤芯直径大于6微米的光纤耦合（如纤芯直径为10微米的光纤），这样可以降低SESAM表面的能量密度，但由于目前光纤器件市场单模保偏光纤器件都采用纤芯直径为6微米光纤制作，因此SESAM如果耦合的光纤纤芯直径大于6微米便会使得锁模脉冲在由粗光纤向细光纤传播的过程中损失掉大部分的能量，在激光器系统内产生非常高的能量损耗，影响激光器稳定的锁模启动，此时需要将不同纤芯直径的光纤进行模场面积的匹配，但目前国内市场并没有利用保偏光纤制作的模场适配器产品。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术匹配繁琐，实现模场适配功能。
本发明的技术方案包括一种低重复频率保偏全光纤锁模激光器，包括光纤式半导体可饱和吸收镜、保偏光纤模场适配器、保偏单模光纤、保偏光纤波分复用器、泵浦光传输光纤、保偏掺镱增益光纤和保偏光纤光栅；所述光纤式半导体可饱和吸收镜、保偏光纤模场适配器、保偏单模光纤、保偏光纤波分复用器、保偏掺镱增益光纤和保偏光纤光栅沿光传输方向依次连接，所述泵浦光传输光纤和所述保偏光纤波分复用器的输入端连接，其中，所述输入端位于所述保偏掺镱增益光纤一侧，所述光纤式半导体可饱和吸收镜和保偏光纤光栅构成线性腔结构。
优选地，所述光纤式半导体可饱和吸收镜和保偏光纤光栅构成所述锁模激光器的两个端镜；其中，所述光纤式半导体可饱和吸收镜为全反射镜，所述保偏光纤光栅为激光器的耦合输出装置。
优选地，所述保偏光纤模场适配器包括大尺寸保偏光纤、经热扩芯的小尺寸保偏光纤，所述大尺寸保偏光纤、经热扩芯的小尺寸保偏光纤熔接。
优选地，所述光纤式半导体可饱和吸收镜与所述大尺寸保偏光纤耦合。
优选地，所述经热扩芯的小尺寸保偏光纤为利用光纤熔接机的扫描放电，对所述小尺寸保偏光纤的纤芯持续放电，所述纤芯会沿所述光纤熔接机电极的垂直方向往复运动，所述纤芯内的掺杂粒子扩散。
优选地，所述保偏掺镱增益光纤为激光器的增益介质；所述泵浦光传输光纤激励实现掺杂粒子的反转。
本发明的有益效果包括：基于半导体可饱和吸收镜的低重复频率锁模光纤激光器，利用光纤式半导体可饱和吸收镜和保偏光纤光栅构成线性腔结构，实现稳定的锁模自启动，与传统的非线性偏振旋转锁模方式相比，不因外界的轻微振动而导致锁模不稳定；实现全光纤结构，易于集成化，激光器的全部光纤器件采用了保偏光纤熔接，保证了激光器可以输出线性偏振光，可以直接应用与后期的固体再生放大器进行功率的放大；利用具有模场适配功能的光纤式SESAM产生超短脉冲，降低SESAM表面的能量密度同时满足激光在不同尺寸光纤内耦合时低损耗的传输，结构简单紧凑、锁模稳定性好。
附图说明
图1为本发明一实施例的锁模激光器的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
一种低重复频率保偏全光纤锁模激光器，具有低重复频率、锁模自启动、保持全保偏光纤结构和产生超短脉冲输出等特定。
全光纤锁模激光器包括光纤式半导体可饱和吸收镜、保偏光纤模场适配器、保偏单模光纤、保偏光纤波分复用器、泵浦光传输光纤、保偏掺镱增益光纤和保偏光纤光栅。
光纤式半导体可饱和吸收镜、保偏光纤模场适配器、保偏单模光纤、保偏光纤波分复用器、保偏掺镱增益光纤和保偏光纤光栅沿光传输方向依次连接，泵浦光传输光纤和保偏光纤波分复用器的输入端连接，其中，输入端位于保偏掺镱增益光纤一侧，所述光纤式半导体可饱和吸收镜和保偏光纤光栅构成线性腔结构。
本发明基于半导体可饱和吸收镜的低重复频率锁模光纤激光器，利用光纤式半导体可饱和吸收镜和保偏光纤光栅构成线性腔结构，实现稳定的锁模自启动，与传统的非线性偏振旋转锁模方式相比，不会因为外界的轻微振动而导致锁模不稳定；实现全光纤结构，易于集成化，激光器的全部光纤器件采用了保偏光纤熔接，保证了激光器可以输出线性偏振光，可以直接应用与后期的固体再生放大器进行功率的放大；利用具有模场适配功能的光纤式SESAM产生超短脉冲，降低了SESAM表面的能量密度同时满足激光在不同尺寸光纤内耦合时低损耗的传输，结构简单紧凑、锁模稳定性好。
如图1所示，本发明一实施例提供一种低重复频率保偏全光纤锁模激光器，包括光纤式半导体可饱和吸收镜1、保偏光纤模场适配器2、保偏单模光纤3、保偏光纤波分复用器4、泵浦光传输光纤5、保偏掺镱增益光纤6和保偏光纤光栅7。
沿光传输方向依次设置光纤式半导体可饱和吸收镜1、保偏光纤模场适配器2、保偏单模光纤3、保偏光纤波分复用器4、保偏掺镱增益光纤6和保偏光纤光栅7。
保偏光纤波分复用器4位于保偏掺镱增益光纤6一侧的输入端连接泵浦光传输光纤5。
光纤式半导体可饱和吸收镜1和保偏光纤光栅7构成锁模激光器的两个端镜；其中，光纤式半导体可饱和吸收镜1作为全反射镜，还起到饱和吸收的作用，保偏光纤光栅7为激光器的耦合输出装置，将产生的锁模脉冲从激光器输出。
保偏光纤模场适配器2包括大尺寸保偏光纤、经热扩芯的小尺寸保偏光纤，大尺寸保偏光纤、经热扩芯的小尺寸保偏光纤熔接，实现了不同芯径光纤间激光传输的低损耗。
光纤式半导体可饱和吸收镜1直接与大尺寸保偏光纤耦合，保证了激光器的全光纤环境，也降低了SESAM表面的能量密度。
经热扩芯的小尺寸保偏光纤为利用光纤熔接机的扫描放电，对小尺寸保偏光纤的纤芯持续放电，纤芯会沿光纤熔接机电极的垂直方向往复运动，纤芯内的掺杂粒子扩散。
保偏掺镱增益光纤6为激光器的增益介质；在泵浦光传输光纤5激励下实现掺杂粒子的反转。
实验表明，本发明实施例不需要外界附加的调制便可产生稳定低重复频率的皮秒量级脉冲，并且激光器采用全保偏光纤设计，其输出的激光为线性偏振光，可以直接作为固体再生放大器的种子源进行功率的放大，有非常广泛的应用前景。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种低重复频率保偏全光纤锁模激光器，其特征在于，包括光纤式半导体可饱和吸收镜、保偏光纤模场适配器、保偏单模光纤、保偏光纤波分复用器、泵浦光传输光纤、保偏掺镱增益光纤和保偏光纤光栅；
所述光纤式半导体可饱和吸收镜、保偏光纤模场适配器、保偏单模光纤、保偏光纤波分复用器、保偏掺镱增益光纤和保偏光纤光栅沿光传输方向依次连接，所述泵浦光传输光纤和所述保偏光纤波分复用器的输入端连接，其中，所述输入端位于所述保偏掺镱增益光纤一侧，所述光纤式半导体可饱和吸收镜和保偏光纤光栅构成线性腔结构。
2.根据权利要求1所述的锁模激光器，其特征在于，所述光纤式半导体可饱和吸收镜和保偏光纤光栅构成所述锁模激光器的两个端镜；其中，所述光纤式半导体可饱和吸收镜为全反射镜，所述保偏光纤光栅为激光器的耦合输出装置。
3.根据权利要求1所述的锁模激光器，其特征在于，所述保偏光纤模场适配器包括大尺寸保偏光纤、经热扩芯的小尺寸保偏光纤，所述大尺寸保偏光纤、经热扩芯的小尺寸保偏光纤熔接。
4.根据权利要求3所述的锁模激光器，其特征在于，所述光纤式半导体可饱和吸收镜与所述大尺寸保偏光纤耦合。
5.根据权利要求3所述的锁模激光器，其特征在于，所述经热扩芯的小尺寸保偏光纤为利用光纤熔接机的扫描放电，对所述小尺寸保偏光纤的纤芯持续放电，所述纤芯会沿所述光纤熔接机电极的垂直方向往复运动，所述纤芯内的掺杂粒子扩散。
6.根据权利要求1所述的锁模激光器，其特征在于，所述保偏掺镱增益光纤为激光器的增益介质；所述泵浦光传输光纤激励实现掺杂粒子的反转。
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