CN103746281A - 基于半导体可饱和吸收镜的铥钬共掺光纤矢量孤子激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于半导体可饱和吸收镜的铥钬共掺光纤矢量孤子激光器，涉及一种激光器。本发明通过单模被动光纤将半导体可饱和吸收镜、波分复用器、铥钬共掺光纤、光耦合器和偏振控制器依次连接成光纤线形谐振腔，泵浦源通过波分复用器的泵浦光输入端口把泵浦光注入光纤线形谐振腔，光耦合器的输出端输出腔内振荡产生的矢量孤子激光脉冲。通过改变腔内的双折射实现矢量孤子脉冲输出，脉冲宽度526fs，脉冲能量1.5nJ，脉冲重复频率25.9MHz，3dB带宽4.3nm，中心波长1951nm。在2μm波段光纤激光器中，实现矢量孤子光脉冲输出。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光器，具体是一种基于半导体可饱和吸收镜的铥钬共掺光纤矢量孤子激光器。
背景技术
矢量孤子是指具有多个孤子分量且各孤子分量耦合在一起以相同的群速度在介质中传播的孤子。一般而言，除保偏光纤外，光纤都具有弱双折射。换句话说，光纤中有两个正交的偏振方向。所以矢量孤子可以在光纤中产生（[1] C. R. Menyuk, "Stability of solitons in birefringent optical fibers. I: Equal propagation amplitudes," Opt. Lett. 12, 614-616 (1987)）。两个正交的偏振分量可以通过中心波长的偏移来锁定两个偏振分量以保证群速度不变。这就是说，虽然光纤双折射可以导致两个正交的偏振分量的群速度不一样，但通过中心波长的偏移，在弱双折射光纤中两个偏振方向上产生的孤子可以相互捕获，并作为一个整体在光纤中传输。
被动锁模光纤激光器因其特有的优点，如结构简单紧凑、量子效率高、大脉冲能量和高平均功率等在非线性光学、超快光学和生物医学光子学等方面，有着巨大的应用前景。目前实现被动锁模的方法主要有半导体可饱和吸收镜（[2]Ursula Keller. Recent developments in compact ultrafast lasers[J]. Nature, 2003, 424(14): 831-838.）、非线性偏振旋转（NPR）技术（[3]Dingyuan Tang. Mechanism of multisoliton formation and soliton energy quantization in passively mode-locked fiber lasers[J]. Physical Review A, 2005, 72(4):043816）、石墨烯饱和吸收体（[4] Han Zhang. Large energy soliton erbium-doped fiber laser with a graphene-polymer composite mode locker[J]. Applied Physics Letters, 2009, 95:141103）和碳纳米管（[5] Frank Wise. Soliton Thulium-Doped Fiber Laser With Carbon Nanotube Saturable Absorber[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2009, 21(3):128-130）等。半导体可饱和吸收镜不具有偏振相关性，因此在使用半导体可饱和吸收镜的光纤激光器中是可以生成矢量孤子的。
2 um波段属于眼安全波段。工作在此波段的激光器系统在自由空间应用中有着独特的优势。由于在此波段水吸收的强烈作用，2 um光纤激光器也有着广泛的医疗用途。光纤双折射是由光纤纤芯圆对称性的偏离、横向内应力、或者光纤激光器中残余扭曲引起的，因此是不可避免的。
1.5 um波段矢量孤子的研究已有所报道（[6] Luming Zhao. Soliton trapping in fiber lasers[J]. Optics Express, 2008, 16(13)：9528-9533），但2 μm波段矢量孤子的形成还未见诸文献。
发明内容
为了解决目前尚未有2 μm波段矢量孤子光纤激光器的问题，本发明提供一种基于半导体可饱和吸收镜的铥钬共掺光纤矢量孤子激光器，在2 μm波段光纤激光器中，实现矢量孤子光脉冲输出。
本发明是以如下技术方案实现的：一种基于半导体可饱和吸收镜的铥钬共掺光纤矢量孤子激光器，包括泵浦源、半导体可饱和吸收镜、波分复用器、铥钬共掺光纤、光耦合器和偏振控制器；半导体可饱和吸收镜、波分复用器、铥钬共掺光纤、光耦合器和偏振控制器通过单模被动光纤依次连接成光纤线形谐振腔，泵浦源通过波分复用器的泵浦光输入端口把泵浦光注入光纤线形谐振腔，所述的光耦合器的输出端输出腔内振荡产生的矢量孤子激光脉冲。
本发明的有益效果是：在2 μm波段光纤激光器中，实现矢量孤子光脉冲输出。
附图说明
图1为本发明结构组成示意图；
图2为矢量孤子的脉冲序列；
在图2中，图3为矢量孤子的干涉自相关曲线；
图4为矢量孤子的光谱图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于半导体可饱和吸收镜的铥钬共掺光纤矢量孤子激光器，包括泵浦源1、半导体可饱和吸收镜2、波分复用器3、铥钬共掺光纤4、光耦合器5和偏振控制器6；半导体可饱和吸收镜2、波分复用器3、铥钬共掺光纤4、光耦合器5和偏振控制器6通过单模被动光纤依次连接成光纤线形谐振腔，泵浦源1通过波分复用器的泵浦光输入端口把泵浦光注入光纤线形谐振腔，所述光耦合器5的输出端输出腔内振荡产生的矢量孤子激光脉冲。本发明实施例设有半导体可饱和吸收镜、波分复用器、铥钬共掺光纤、单模被动光纤、光耦合器和偏振控制器。
所述的泵浦源1采用波长为1570 nm的光纤激光器，标记A为泵浦光输入，B为矢量孤子的激光输出。
所述半导体可饱和吸收镜2采用通过直接接触波分复用器的信号端的光纤端面形成光纤兼容型器，用于实现光纤谐振腔中的锁模机制可购自Batop公司，型号为SAM-1960-18-10ps-x。
所述的波分复用器3为1570/2000 nm波分复用器，其中标记3a、3b和3c分别为该波分复用器的泵浦端、信号端和公共端。
所述的铥钬共掺光纤4采用2.8 m长的铥/钬共掺光纤作为激光增益介质，可购自CorActive公司型号为TH-512的铥钬共掺光纤。
所述的光耦合器5采用50：50光耦合器，50：50的光耦合器和偏振控制器组成的输出比率可调的环形镜。其中标记5a、5b、5c和5d分别为该光耦合器的输入端、输出端、环形镜的端口和环形镜的端口。光耦合器的输出比率由偏振控制器决定。
所述的偏振控制器用于调节光纤谐振腔内的偏振态，并控制光耦合器的输出比率，获得稳定的矢量孤子脉冲序列。所述的偏振控制器采用直列式偏振控制器，可购自索雷博公司型号为PLC-900的直列式偏振控制器。
所述的单模被动光纤采用1.05 m长标准单模光纤，可购自康宁公司型号为SMF-28e的单模被动光纤，所述的单模被动光纤用于连接各个器件。
矢量孤子脉冲序列如图2，横坐标为时间（Time[ns]），纵坐标为光脉冲强度(Intensity[a.u.])，脉冲重复频率为25.9 MHz。
使用自制的强度干涉自相关仪测量获得的矢量孤子的干涉自相关信号如图3，横坐标为时间（Time[fs]），纵坐标为光脉冲强度(Intensity[arb.units])，脉冲宽度为526 fs。
矢量孤子的光谱如图4，横坐标为波长（Wavelength[nm]），纵坐标为光谱强度(Spectral Intensity[dB])。光谱3 dB带宽为4.3nm，中心波长1951 nm，具有明显的矢量孤子的双边带特征，双边带的间距表征两个正交偏振方向中心波长的偏移，此偏移量约为1 nm。
本发明通过改变输入光泵浦功率和偏振态实现矢量孤子的输出，脉冲宽度为526 fs，脉冲重复频率为25.9MHz，3 dB带宽为4.3 nm，中心波长为1951 nm。在2 μm波段光纤激光器中，本发明实现的矢量孤子光脉冲输出，尚属首次。
本发明通过有效调节光纤谐振腔的双折射，将双折射拍长控制在0.039 m至0.39 m时可实现矢量孤子的输出。当输入光泵浦功率一定时，只需调节偏振控制器，即可得到稳定的矢量孤子光脉冲。
Claims (8)
1.一种基于半导体可饱和吸收镜的铥钬共掺光纤矢量孤子激光器，其特征在于：包括泵浦源（1）、半导体可饱和吸收镜（2）、波分复用器（3）、铥钬共掺光纤（4）、光耦合器（5）和偏振控制器（6）；半导体可饱和吸收镜（2）、波分复用器（3）、铥钬共掺光纤（4）、光耦合器（5）和偏振控制器（6）通过单模被动光纤依次连接成光纤线形谐振腔，泵浦源（1）通过波分复用器的泵浦光输入端口把泵浦光注入光纤线形谐振腔，所述光耦合器（5）的输出端输出腔内振荡产生的矢量孤子激光脉冲。
2.如权利要求1 所述的基于半导体可饱和吸收镜的铥钬共掺光纤矢量孤子激光器，其特征在于：所述的泵浦源（1）采用波长为1570 nm的光纤激光器。
3. 如权利要求1 所述的基于半导体可饱和吸收镜的铥钬共掺光纤矢量孤子激光器，其特征在于：所述半导体可饱和吸收镜（2）采用通过直接接触波分复用器的信号端的光纤端面形成光纤兼容型器件。
4.如权利要求1 所述的基于半导体可饱和吸收镜的铥钬共掺光纤矢量孤子激光器，其特征在于：所述的波分复用器（3）为1570/2000 nm波分复用器。
5.如权利要求1 所述的基于半导体可饱和吸收镜的铥钬共掺光纤矢量孤子激光器，其特征在于：所述铥钬共掺光纤（4）采用2.8 m长的铥/钬共掺光纤作为激光增益介质。
6.如权利要求1 所述的基于半导体可饱和吸收镜的铥钬共掺光纤矢量孤子激光器，其特征在于：所述光耦合器（5）采用50：50光耦合器，50：50的光耦合器和偏振控制器组成的输出比率可调的环形镜。
7.如权利要求1 所述的基于半导体可饱和吸收镜的铥钬共掺光纤矢量孤子激光器，其特征在于：所述的偏振控制器(6)采用直列式偏振控制器。
8.如权利要求1 所述的基于半导体可饱和吸收镜的铥钬共掺光纤矢量孤子激光器，其特征在于：所述单模被动光纤采用1.05 m长标准单模光纤。
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