CN103904534B - 基于可饱和吸收光纤的全光纤主动调q激光器 - Google Patents
基于可饱和吸收光纤的全光纤主动调q激光器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103904534B CN103904534B CN201410116152.8A CN201410116152A CN103904534B CN 103904534 B CN103904534 B CN 103904534B CN 201410116152 A CN201410116152 A CN 201410116152A CN 103904534 B CN103904534 B CN 103904534B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical fiber
- saturable absorption
- fiber
- absorption optical
- pumping
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Abstract
本发明公开了一种基于可饱和吸收光纤的全光纤主动调Q激光器，包括光纤激光器单元和主动调Q单元（20）；其中主动调Q单元（20）包括可饱和吸收光纤（5）、可饱和吸收光纤泵浦波分复用器（6）、可饱和吸收光纤泵浦源（8）和函数发生器（9），可饱和吸收光纤（5）和可饱和吸收光纤泵浦波分复用器（6）串接在光纤激光器单元的光纤链路中，函数发生器（9）用于对可饱和吸收光纤泵浦源（8）进行电脉冲调制；本发明将传统的可饱和吸收被动调Q转化为主动调Q，并通过外置的函数发生器实现对泵浦源的脉宽、重频等参数连续调节，实现了严格意义上的全光纤结构，具有性能可靠、输出参数稳定等优点，并具有抗振、环境适应性强等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种全光纤主动调Q激光器，尤其涉及一种基于可饱和吸收光纤的全光纤主动调Q激光器。
背景技术
全光纤脉冲光纤激光器在通信、相干激光雷达以及大气遥感等领域都有十分重要的应用，尤其是在天基和空基应用中。
调Q技术是激光器获得脉冲输出的一种重要方法。其基本原理是通过在谐振腔内引入一定的周期性损耗，使得谐振腔在初始状态时具有很高的损耗，腔内增益小于损耗，不能产生激光振荡；然后在适当的时刻损耗降低，腔内增益大于损耗，产生激光振荡，于是就能产生了一个很窄的激光脉冲。当腔内损耗由外部驱动源控制时，就称为主动调Q；否则，就称为被动调Q。目前最为普遍的调Q方式是利用可饱和吸收镜(SESAM)、碳纳米管以及石墨烯等装置来实现对光纤激光器的被动调Q。对传统的声光和电光调制晶体的光纤集成也使得声光和电光调Q实现了全光纤结构。近年来，基于可饱和吸收光纤的被动调Q技术也获得了研究人员的关注。
2009年，台湾国立成功大学T.Tsai等人通过在掺铒光纤激光器腔外加入一段掺铒光纤作为可饱和吸收体，获得了对掺铒光纤激光器的被动调Q(T.Tsai andY.Fang.Saturable-absorber Q-switched all-fiber ring lasers,Opt.Express,2009,17(3):1492-1434.)。与传统的被动调Q方式相比，使用可饱和吸收光纤则可以使激光器的全光纤结构更为简单，实现真正意义上的全光纤结构。但是，被动调Q方式对激光器的重频调制的控制性较差。因此，在对激光器重频调制控制性要求较高的应用领域就需要采用主动调Q方式。
2009年，美国AdValue Photonics公司开发了基于预应力和压电陶瓷的机械式主动调Q光纤激光器(J.Geng,Q.Wang,J.Smith,T.Luo,F.Amzajerdian,and S.Jiang.All-fiber Q-switched single-frequency Tm-doped laser near2μm,Opt.Letters,2009,34(23):3713-3715.)。但是，预应力装置和压电陶瓷的使用破坏了激光器的全光纤结构。2010年，澳大利亚麦考瑞大学的R.J.Williams研究组将掺铒光纤激光器的高反光栅刻写在一段掺镱光纤上，通过使用调制的976nm半导体激光器对该高反光栅进行泵浦实现了对该高反光栅布拉格反射中心波长的反射率调制，从而获得了对掺铒光纤激光器的主动全光纤调Q(R.J.Williams,N.Jovanovic,G.D.Marshall and M.J.Withford.All-optical,activelyQ-switched fiber laser,Opt.Express,2010,18(8):7714-7723.)。这是第一次严格意义上的全光纤主动调Q光纤激光器。但是，受限于掺镱光纤栅区缓慢的热效应，该装置在重频大于1Hz时，需要对栅区进行主动冷却，使得该装置结构较为复杂。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单，无需外加应力或辅助冷却设备的全光纤结构的主动调Q激光器。
本发明的基本思路是在通过对可饱和吸收光纤的吸收特性进行主动调制，实现基于可饱和吸收光纤的全光纤主动调Q激光输出。装置中包含一段增益光纤和一段可饱和吸收光纤，可饱和吸收光纤在增益光纤的发射谱范围内存在较宽的吸收。增益光纤在增益光纤泵浦源的泵浦下产生激光信号，激光信号被可饱和吸收光纤吸收。同时，通过可饱和吸收光纤泵浦源对可饱和吸收光纤进行周期调制，从而实现对激光信号的主动调Q。
本发明的技术解决方案为：
基于可饱和吸收光纤的全光纤主动调Q激光器，包括光纤激光器单元和主动调Q单元；光纤激光器单元包括增益光纤、增益光纤泵浦波分复用器和增益光纤泵浦源；
主动调Q单元包括可饱和吸收光纤、可饱和吸收光纤泵浦波分复用器、可饱和吸收光纤泵浦源和函数发生器，可饱和吸收光纤和可饱和吸收光纤泵浦波分复用器串接在光纤激光器单元的光纤链路中，可饱和吸收光纤的一端与增益光纤的非泵浦端相联，另一端与可饱和吸收光纤泵浦波分复用器输出端相联，可饱和吸收光纤泵浦源通过可饱和吸收光纤泵浦波分复用器对可饱和吸收光纤提供泵浦光，函数发生器用于对可饱和吸收光纤泵浦源进行电脉冲调制。
上述基于可饱和吸收光纤的全光纤主动调Q激光器中，光纤激光器单元为线形腔结构光纤激光器。
上述基于可饱和吸收光纤的全光纤主动调Q激光器中，光纤激光器单元为环形腔结构光纤激光器。
上述基于可饱和吸收光纤的全光纤主动调Q激光器中，增益光纤为掺铒光纤；可饱和吸收光纤为掺铥光纤或铥钬共掺光纤；
上述基于可饱和吸收光纤的全光纤主动调Q激光器中，可饱和吸收光纤泵浦源为1560nm光纤激光器；可饱和吸收光纤泵浦波分复用器为1550nm/1560nm波分复用器；增益光纤泵浦源为980nm连续半导体激光器；增益光纤泵浦波分复用器为980nm/1550nm波分复用器。
上述基于可饱和吸收光纤的全光纤主动调Q装置中，可饱和吸收光纤泵浦源为1075nm光纤激光器；可饱和吸收光纤泵浦波分复用器为1064nm/1075nm波分复用器；增益光纤泵浦源为980nm连续半导体激光器；增益光纤泵浦波分复用器为980nm/1064nm波分复用器。
上述基于可饱和吸收光纤的全光纤主动调Q激光器中，函数发生器通过BNC电缆线与可饱和吸收光纤泵浦源连接，对可饱和吸收光纤泵浦源的重频和脉宽进行调制。
本发明的有益技术效果如下：
1、本发明将传统的可饱和吸收被动调Q转化为主动调Q，并通过外置的函数发生器实现对泵浦源的脉宽、重频等参数连续调节，可满足不同光纤激光的参数要求，且可控性好。
2、本发明实现了严格意义上的全光纤结构，具有诸多光纤激光器的优点，且不需要键入器件主动冷却等复杂装置，具有全光纤机构的体积紧凑、性能可靠、输出参数稳定等优点，并具有抗振、环境适应性强等优点。
3、本发明不仅适用于增益光纤为掺铒光纤、可饱和吸收光纤为掺铥光纤或铥钬共掺光纤的系统，同样也可用于其他波长的激光产生。
附图说明
图1是本发明主动调Q激光器的结构原理示意图，其腔型结构为线形腔；
图2是本发明主动调Q激光器的结构原理示意图，其腔型结构为窄带FP腔选频的环形腔；
图3为掺铥光纤在1000nm～1800nm的吸收光谱曲线；
图4是当可饱和吸收光纤泵浦源的脉冲宽度为10μs、重频为30kHz时的理论模拟结果。
图中：1—增益光纤泵浦源；2—部分反射光纤光栅；3—增益光纤泵浦波分复用器；4—增益光纤；5—可饱和吸收光纤；6—可饱和吸收光纤泵浦波分复用器；7—高反光纤光栅；8—可饱和吸收光纤泵浦源；9—函数发生器；10—窄带FP滤波器；11—输出耦合器；12—光纤隔离器；20—主动调Q单元；31—调Q光信号；32—泵浦光信号。
具体实施方式
下面分别按照线形腔结构和环形腔结构对本发明的具体实施方式进行说明。
一、线形腔结构
如图1所示，线形腔结构的全光纤主动调Q激光器由增益光纤泵浦源1、部分反射光纤光栅2、增益光纤泵浦波分复用器3、增益光纤4、可饱和吸收光纤5、可饱和吸收光纤泵浦波分复用器6、高反光纤光栅7、可饱和吸收光纤泵浦源8以及函数发生器9等组成。其中主动调Q单元20包括可饱和吸收光纤5、可饱和吸收光纤泵浦波分复用器6、可饱和吸收光纤泵浦源8和函数发生器9，其余的器件与传统的线形腔结构光纤激光器一致。
主动调Q单元20中可饱和吸收光纤5和可饱和吸收光纤泵浦波分复用器6串接在光纤激光器单元的光纤链路中，可饱和吸收光纤5的一端与增益光纤4的非泵浦端相联，另一端与可饱和吸收光纤泵浦波分复用器6输出端相联，可饱和吸收光纤泵浦源8通过可饱和吸收光纤泵浦波分复用器6对可饱和吸收光纤5提供泵浦光，函数发生器9用于对可饱和吸收光纤泵浦源8进行电脉冲调制。
装置的搭建过程如下：首先，将高反光纤光栅7、可饱和吸收光纤泵浦波分复用器6、可饱和吸收光纤5、增益光纤4、增益光纤泵浦波分复用器3和部分反射光纤光栅2通过光纤熔接机依次熔接，形成线形腔光纤激光器结构；增益光纤泵浦源1通过增益光纤泵浦波分复用器3连接在光路上；可饱和吸收光纤泵浦源8通过可饱和吸收光纤泵浦波分复用器6连接在光路上；函数发生器9通过BNC线与可饱和吸收光纤泵浦源8连接，对可饱和吸收光纤泵浦源8的重频和脉宽进行调制。
图中的增益光纤4为掺铒光纤，增益光纤泵浦源1为980nm连续半导体激光；可饱和吸收光纤5为掺铥光纤或铥钬共掺光纤，可饱和吸收光纤泵浦源8为可外部调制的1560nm光纤激光器；增益光纤泵浦波分复用器3为980nm/1550nm波分复用器；可饱和吸收光纤泵浦波分复用器6为1550nm/1560nm波分复用器；高反光纤光栅7和部分反射光纤光栅2的布拉格反射波长一致，为1550nm，带宽小于0.3nm；高反光纤光栅7在1550nm处的反射率大于95%；部分反射光纤光栅2在1550nm处的反射率小于80%。
图中的高反光纤光栅7、可饱和吸收光纤泵浦波分复用器6、可饱和吸收光纤5、增益光纤4、波分复用器3、部分反射光纤光栅2和增益光纤泵浦源1构成一个线形腔掺铒光纤激光器。激光器的波长由高反光纤光栅7和部分反射光纤光栅2决定。
在可饱和吸收光纤5端加入可饱和吸收光纤泵浦源8，并通过函数发生器9对可饱和吸收光纤泵浦源8进行脉冲调制。当可饱和吸收光纤泵浦源8没有脉冲发出时，可饱和吸收光纤5主要吸收线形腔内的1550nm及激光信号，在腔内引入了较大的吸收损耗，激光器处于低Q状态，谐振腔无法达到阈值；当可饱和吸收光纤泵浦源8发出一个1560nm的脉冲时，该脉冲被可饱和吸收光纤5吸收，使得可饱和吸收光纤5对线形腔内的1550nm的激光信号吸收能力减弱，激光器处于高Q状态，谐振腔超过阈值，从而产生一个1550nm脉冲。这样，脉冲输出的可饱和吸收光纤泵浦源8就能通过对可饱和吸收光纤5的可饱和吸收特性的控制，实现对线形腔掺铒光纤激光器的主动调Q。
图3为掺铥光纤在1000nm～1800nm的吸收光谱曲线，可看出铥离子在1600nm附近均有较宽的吸收带。初始状态下，铥离子吸收腔内的1550nm信号光，处于3H6能级的粒子数就逐渐被激发到3F4能级；同时，由于掺铥光纤对1550nm信号的吸收，导致腔内损耗极大，无法形成激光输出。当可饱和吸收光纤泵浦源8发出一个1560nm的脉冲时，铥离子吸收该1560nm激光脉冲，大量的3H6能级粒子被激发到3F4能级，导致3F4能级粒子数的饱和（也即3H6能级的吸收饱和）；同时，由于3H6能级粒子数大量减少，铥离子对1550nm信号光的吸收变弱，使得腔内损耗减小，超过阈值，形成一个1550nm的脉冲输出。
图3中也可以看出，掺铥光纤在1100nm附近和1600nm附近都有比较明显的吸收，而这两个吸收带对应着掺镱光纤激光器和掺铒光纤激光器的发射谱。因此，本发明所述的利用掺铥可饱和吸收光纤对掺铒光纤激光器的主动调Q同样可以应用到对掺镱光纤激光器的主动调Q中。也就是说，对于1064nm的掺镱光纤，增益光纤泵浦源为980nm连续半导体激光器，采用外部调制的波长约1075nm光纤激光器，也同样可实现主动调Q输出，此时可饱和吸收光纤泵浦波分复用器为1064nm/1075nm波分复用器，增益光纤泵浦波分复用器为980nm/1064nm波分复用器。
二、环形腔结构
图2所示为环形腔结构下本发明的结构示意图。如图2所示，本发明基于可饱和吸收光纤的全光纤主动调Q激光器包括增益光纤泵浦源1、增益光纤泵浦波分复用器3、增益光纤4、可饱和吸收光纤5、可饱和吸收光纤泵浦波分复用器6、可饱和吸收光纤泵浦源8、函数发生器9、窄带FP滤波器10、输出耦合器11以及光纤隔离器12等。
上述其中大部分器件同图1相同，这里不再赘述，只是区别在于图2的激光谐振腔为环形腔。图中的增益光纤泵浦波分复用器3、增益光纤4、可饱和吸收光纤5、可饱和吸收光纤泵浦波分复用器6、窄带FP腔滤波器10、输出耦合器和11光纤隔离器12通过光纤熔接机依次熔接，形成环形腔光纤激光器结构。激光器波长由窄带FP滤波器10决定；窄带FP腔滤波器10工作波长为1550nm，带宽小于0.3nm。光纤隔离器12工作波长为1550nm，其作用是保证激光器谐振腔内信号光为单向传输。激光信号通过输出耦合器11提取，输出耦合比为50%。
图4为在60mW980nm激光泵浦下，使用脉冲宽度为10μs、峰值功率为150mW、重频为30kHz的1560nm激光对掺铥可饱和吸收光纤进行主动调制的数值模拟结果。对比调Q光信号31和泵浦光信号32，可看出激光器产生了明显的调Q效果，验证了本发明的可行性。
本发明不局限于上述具体实施方式，例如本发明中，只需要求激光信号的波长与可饱和吸收光纤泵浦源1的波长都在可饱和吸收光纤3的吸收光谱范围内，且两者波长之间存在一定间隔即可。输出耦合器11的输出耦合比也可以进行适当的调整，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.基于可饱和吸收光纤的全光纤主动调Q激光器，其特征在于：包括光纤激光器单元和主动调Q单元（20）；
所述的光纤激光器单元包括增益光纤（4）、增益光纤泵浦波分复用器（3）和增益光纤泵浦源（1）；
所述的主动调Q单元（20）包括可饱和吸收光纤（5）、可饱和吸收光纤泵浦波分复用器（6）、可饱和吸收光纤泵浦源（8）和函数发生器（9），所述的可饱和吸收光纤（5）和可饱和吸收光纤泵浦波分复用器（6）串接在光纤激光器单元的光纤链路中，可饱和吸收光纤（5）的一端与增益光纤（4）的非泵浦端相联，另一端与可饱和吸收光纤泵浦波分复用器（6）输出端相联，所述的可饱和吸收光纤泵浦源（8）通过可饱和吸收光纤泵浦波分复用器（6）对可饱和吸收光纤（5）提供泵浦光，所述的函数发生器（9）用于对可饱和吸收光纤泵浦源（8）进行电脉冲调制。
2.根据权利要求1所述的基于可饱和吸收光纤的全光纤主动调Q激光器，其特征在于：所述的光纤激光器单元为线形腔结构光纤激光器。
3.根据权利要求1所述的基于可饱和吸收光纤的全光纤主动调Q激光器，其特征在于：所述的光纤激光器单元为环形腔结构光纤激光器。
4.根据权利要求1所述的基于可饱和吸收光纤的全光纤主动调Q激光器，其特征在于：所述的增益光纤（4）为掺铒光纤；所述的可饱和吸收光纤（5）为掺铥光纤或铥钬共掺光纤。
5.根据权利要求1所述的基于可饱和吸收光纤的全光纤主动调Q激光器，其特征在于：所述的可饱和吸收光纤泵浦源（8）为1560nm光纤激光器；所述的可饱和吸收光纤泵浦波分复用器（6）为1550nm/1560nm波分复用器；所述的增益光纤泵浦源（1）为980nm连续半导体激光器；所述的增益光纤泵浦波分复用器（3）为980nm/1550nm波分复用器。
6.根据权利要求1所述的基于可饱和吸收光纤的全光纤主动调Q激光器，其特征在于：所述的可饱和吸收光纤泵浦源（8）为1075nm光纤激光器；所述的可饱和吸收光纤泵浦波分复用器（6）为1064nm/1075nm波分复用器；所述的增益光纤泵浦源（1）为980nm连续半导体激光器；所述的增益光纤泵浦波分复用器（3）为980nm/1064nm波分复用器。
7.根据权利要求1所述的基于可饱和吸收光纤的全光纤主动调Q激光器，其特征在于：所述的函数发生器（9）通过BNC电缆线与可饱和吸收光纤泵浦源（8）连接，对可饱和吸收光纤泵浦源（8）的重频和脉宽进行调制。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410116152.8A CN103904534B (zh) | 2014-03-26 | 2014-03-26 | 基于可饱和吸收光纤的全光纤主动调q激光器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410116152.8A CN103904534B (zh) | 2014-03-26 | 2014-03-26 | 基于可饱和吸收光纤的全光纤主动调q激光器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103904534A CN103904534A (zh) | 2014-07-02 |
| CN103904534B true CN103904534B (zh) | 2018-01-02 |
Family
ID=50995742
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410116152.8A Active CN103904534B (zh) | 2014-03-26 | 2014-03-26 | 基于可饱和吸收光纤的全光纤主动调q激光器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103904534B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI566488B (zh) * | 2014-11-18 | 2017-01-11 | 財團法人工業技術研究院 | 脈衝雷射系統 |
| CN104733993A (zh) * | 2015-04-16 | 2015-06-24 | 西北核技术研究所 | 基于可饱和吸收光纤的全光纤多波长被动调q激光器 |
| CN106340796B (zh) * | 2016-11-04 | 2019-03-01 | 电子科技大学 | 一种连续和脉冲可切换的中红外光纤激光器 |
| CN113675715A (zh) * | 2021-07-06 | 2021-11-19 | 天津大学 | 一种脉冲掺铥光纤激光器 |
| CN114552354B (zh) * | 2022-02-24 | 2024-01-12 | 郑州轻工业大学 | 基于乙二醇的可饱和吸收体与制备方法及其应用 |
-
2014
- 2014-03-26 CN CN201410116152.8A patent/CN103904534B/zh active Active
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| All-optical,actively Q-switch fiber laser;Robert J.Williams;《OPTICS EXPRESS》;20100412;第18卷(第8期);7714-7723 * |
| Q-switched all-fiber lasers with saturable absorbers;A.S.Kurkov;《Laser Phys.Lett》;20110301;335-342 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103904534A (zh) | 2014-07-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106299987B (zh) | 一种基于稀土离子共掺光纤的双波长同步脉冲光纤激光器 | |
| CN103904534B (zh) | 基于可饱和吸收光纤的全光纤主动调q激光器 | |
| CN102761048B (zh) | 可调谐拉曼光纤激光器 | |
| CN104134927A (zh) | 非线性效应调q光纤激光器 | |
| CN109802290B (zh) | 基于同步锁模的中红外超短脉冲光纤激光器 | |
| CN104466636A (zh) | 一种单频调q脉冲光纤激光器 | |
| US9667021B2 (en) | Phosphate photonic crystal fiber and converter for efficient blue generation | |
| CN102820606A (zh) | 超连续谱光源激励的中红外超连续谱光纤激光器 | |
| CN108767637A (zh) | 基于色散波的THz高重复频率高功率飞秒光纤激光器 | |
| CN107181159A (zh) | 全光纤被动调q脉冲光纤激光器 | |
| CN104733993A (zh) | 基于可饱和吸收光纤的全光纤多波长被动调q激光器 | |
| CN105633774A (zh) | 多波长超短脉冲光纤激光光源 | |
| Hemming et al. | Development of resonantly cladding-pumped holmium-doped fibre lasers | |
| CN103151684A (zh) | 一种脉冲泵浦型驻波谐振腔纳秒脉冲激光器 | |
| JP2005322864A (ja) | 短パルス光源 | |
| CN103138146A (zh) | 一种超低阈值自启动锁模的全光纤激光器 | |
| CN107026387A (zh) | 一种1.5μm人眼安全波段脉冲激光器 | |
| CN103972772A (zh) | 一种单频可调谐2微米脉冲光纤激光器 | |
| CN105098589A (zh) | 一种双波长拉曼锁模激光器 | |
| CN103151683A (zh) | 一种偏振态稳定控制的自启动锁模光纤激光器 | |
| CN102856782A (zh) | 一种975纳米全光纤激光器 | |
| CN106299986B (zh) | 一种全光纤波长可选的双波长被动调q中红外光纤激光器 | |
| Voropaev et al. | All-fiber passively mode-locked ring laser based on normal dispersion active Tm-doped fiber | |
| CN103928839A (zh) | 一种u波段高功率皮秒脉冲激光产生方法 | |
| Dupriez et al. | 80W green laser based on a frequency-doubled picosecond, single-mode, linearly-polarized fiber laser |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |