CN105977784A - 一种类噪声脉冲发生器 - Google Patents

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Abstract

一种类噪声脉冲发生器，光纤环形腔包括用光纤依次连接并形成闭环结构的波分复用器、掺杂型光纤、光隔离器、起偏器、偏振控制器以及光纤耦合器，泵浦源与波分复用器的泵浦端口连接，光纤耦合器包括环路输出端口、目标输出端口以及输入端口，输入端口与波分复用器的公共端口通过由掺杂型光纤、光隔离器、起偏器以及偏振控制器依次连接形成的连接环路段连接，环路输出端口与波分复用器的信号端口进行连接，目标输出端口用于输出“类噪声”脉冲。本发明采用光纤化器件搭建全正色散全光纤激光器，利用光纤的拉曼效应在全正色散区域产生宽带“类噪声”脉冲。

Description

一种类噪声脉冲发生器
技术领域
本发明涉及光学设备领域，尤其涉及一种类噪声脉冲发生器。
背景技术
超快锁模光纤激光器与传统的固体激光器相比具有光束质量好、增益高、效率高、阈值低、可调谐、结构紧凑、运转可靠、散热性好等优点。在过去的20年间里，超快光纤激光器得到了迅猛的发展，在光通讯、光传感、激光医疗、工业加工、航空航天、材料科学、光谱学以及非线性光学领域得到了广泛的应用。超快光纤激光器是当今光学研究活跃的领域之一。
“类噪声”脉冲是被动锁模光纤激光器中一种特殊的锁模状态，其实是由许多随机演变的小的超短脉冲群聚在一起的，具有低时域相干性的宽波包。相应的实验报道显示“类噪声”脉冲可以实现非常宽的平均化的光谱，可以超越增益带宽。以往宽带“类噪声”脉冲的研究集中在色散管理锁模激光器中。通过对光纤色散管理，脉冲在激光器中周期性的展宽及压缩。脉冲在压缩过程中，峰值功率不断增强。正是利用脉冲的高峰值功率引入的非线性效应，色散管理的被动锁模激光器能够产生宽带“类噪声”脉冲。然而，在全正色散光纤激光器里，脉冲持续不断展宽，因此脉冲峰值功率相对较低很多，不利于宽带“类噪声”脉冲的产生。
发明内容
针对现有技术的不足之处本发明提供一种类噪声脉冲发生器，本发明采用光纤化器件搭建全正色散全光纤激光器，利用光纤的拉曼效应在全正色散区域产生宽带“类噪声”脉冲。
本发明的技术方案是提供一种类噪声脉冲发生器，包括泵浦源以及光纤环形腔，其特征在于：所述的光纤环形腔包括用光纤依次连接并形成闭环结构的波分复用器、掺杂型光纤、光隔离器、起偏器、偏振控制器以及光纤耦合器，所述的泵浦源与波分复用器的泵浦端口连接，所述的光纤耦合器包括环路输出端口、目标输出端口以及输入端口，所述的输入端口与波分复用器的公共端口通过由所述掺杂型光纤、所述光隔离器、所述起偏器以及所述偏振控制器依次连接形成的连接环路段连接，所述的环路输出端口与所述波分复用器的信号端口进行连接，所述的目标输出端口用于输出“类噪声”脉冲。
作为本发明的优选，所述的环路输出端口与所述目标输出端口的输出能量的差值大于总能量输出的20%。
作为本发明的优选，所述的环路输出端口的输出能量大于所述目标输出端口。
作为本发明的优选，所述的环路输出端口与所述目标输出端口的输出能量比为9:1。
作为本发明的优选，所述的偏振控制器为三环形偏振控制器或挤压式偏振控制器。
作为本发明的优选，所述的掺杂型光纤为最高泵浦吸收能力大于550dB/m的掺镱光纤。
作为本发明的优选，所述的连接环路段由所述掺杂型光纤、所述光隔离器、所述起偏器以及所述偏振控制器通过尾纤进行连接形成。
作为本发明的优选，所述的光纤起偏器为同轴起偏器，且中心波长为900~1200 nm，所述的光纤隔离器为偏振无关隔离器，且中心波长为1000~1100 nm。
作为本发明的优选，波分复用器的公共端口通过所述的连接环路段与90%能量占比所述的输入端口连接。
作为本发明的优选，所述的尾纤为单模正色散光纤。
本发明具有以下有益效果：
本发明利用光纤的拉曼效应辅助产生宽带“类噪声”脉冲；使用10%的能量输出耦合器，将大部分能量留在谐振腔内，增强非线性效应；没有在腔内加入单通滤波器，降低对拉曼脉冲的损耗，增强拉曼散射效应；使用全光纤化器件，便于熔接，设备简单可靠。
利用光纤的拉曼效应在全正色散光纤激光器里辅助产生宽带“类噪声”脉冲。
与通常意义上的锁模脉冲不同，增加激光器泵浦功率，“类噪声”脉冲激光器产生更多随机演变的小的超短脉冲，聚成的“类噪声”脉冲的持续时间变长（脉宽变大）。因此，“类噪声”脉冲随着泵浦增加不会发生分裂。随着泵浦功率的增加， “类噪声”脉冲能量不断积累。随着“类噪声”脉冲在光纤里传输，由于拉曼效应，部分能量逐渐转移到拉曼脉冲。主脉冲的能量越强，更多能量会转移到拉曼脉冲上。依靠着主脉冲，拉曼脉冲持续不断地得到放大。
由于拉曼脉冲和主脉冲存在拉曼频移导致的群速度不同，拉曼脉冲在产生后会逐渐离开主“类噪声”脉冲。在失去主脉冲的增益之后，拉曼脉冲迅速衰弱。所以拉曼脉冲会不断地在主脉冲附近产生和衰退。最终形成了持续时间更长的“类噪声”脉冲。其相应的光谱由于拉曼效应的辅助能够拓宽超过60nm。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明激光器输出“类噪声”脉冲的光谱；
图3为本发明锁模脉冲序列谱图；
图4为本发明射频频谱图；
图5为激光器顺时针输出脉冲的自相关曲线；
图中，1-泵浦源；2-光纤环形腔；3-尾纤；4-系统输入端；201-波分复用器；202-掺杂型光纤；203-光隔离器；204-起偏器；205-偏振控制器；206-光纤耦合器；2061-环路输出端口；2062-目标输出端口；2063-输入端口。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明实施例包括泵浦源1以及光纤环形腔2，光纤环形腔2包括用单模光纤依次连接并形成闭环结构的波分复用器201、掺杂型光纤202、光隔离器203、起偏器204、偏振控制器205以及光纤耦合器206，泵浦源1与波分复用器201的泵浦端口连接，光纤耦合器206包括环路输出端口2061、目标输出端口2062以及输入端口2063，输入端口2063与波分复用器201的公共端口通过由掺杂型光纤202、光隔离器203、起偏器204以及偏振控制器205依次连接形成的连接环路段连接，环路输出端口2061与波分复用器201的信号端口进行连接，目标输出端口2062用于输出“类噪声”脉冲，输入通过系统输入端4进行输入。
环路输出端口2061与目标输出端口2062的输出能量比为9:1、7:3以及6:4，优选为9:1，在实际过程中1:9这样的反向比例也能具有本发明的一定效果。
偏振控制器205为三环形偏振控制器205或挤压式偏振控制器205。掺杂型光纤202为最高泵浦吸收能力大于550dB/m的掺镱光纤，本发明中采用型号为YB406。光纤起偏器204为同轴起偏器204，且中心波长为900~1200 nm，尾纤3为单模正色散光纤。光纤隔离器为偏振无关隔离器，且中心波长为1000~1100 nm，尾纤3为单模正色散光纤。泵浦源1为单模光纤耦合的半导体激光器，其中心波长位于976 nm,尾纤3为单模正色散光纤。 波分复用器201的工作波长是980/1064 nm，尾纤3为单模正色散光纤。
连接环路段由掺杂型光纤202、光隔离器203、起偏器204以及偏振控制器205通过尾纤3进行连接形成。尾纤3为单模正色散光纤。
波分复用器201的公共端口通过连接环路段与90%能量占比输入端口2063连接。
激光器的设计采用全正色散的光纤化器件，故激光器的搭建过程只需按照装置图简单地熔接光纤即可完成。
由于越长的光纤可以使得其拉曼效应越强，所以光纤环形腔2的长度越长越好。以光纤环形腔2的总长为11.7米为例，其中掺镱光纤0.3米，单模光纤11.4米。掺镱光纤和单模光纤均为正色散。逐步增加泵浦功率，通过调整旋转偏振控制器，可以使得输出的“类噪声”脉冲光谱变得光滑平坦，其半高宽达到61.4 nm。
激光器输出“类噪声”脉冲的光谱如图2；其锁模脉冲序列及射频频谱图分别如图3和图4所示，射频频谱图中接近70 dB的边模抑制比表明该“类噪声”脉冲激光器具有很高的可靠性和稳定性。图5为激光器顺时针输出脉冲的自相关曲线，是一个典型的“类噪声”脉冲自相关曲线。
上面所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (10)

1.一种类噪声脉冲发生器，包括泵浦源（1）以及光纤环形腔（2），其特征在于：所述的光纤环形腔（2）包括用光纤依次连接并形成闭环结构的波分复用器（201）、掺杂型光纤（202）、光隔离器（203）、起偏器（204）、偏振控制器（205）以及光纤耦合器（206），所述的泵浦源（1）与波分复用器（201）的泵浦端口连接，所述的光纤耦合器（206）包括环路输出端口（2061）、目标输出端口（2062）以及输入端口（2063），所述的输入端口（2063）与波分复用器（201）的公共端口通过由所述掺杂型光纤（202）、所述光隔离器（203）、所述起偏器（204）以及所述偏振控制器（205）依次连接形成的连接环路段连接，所述的环路输出端口（2061）与所述波分复用器（201）的信号端口进行连接，所述的目标输出端口（2062）用于输出“类噪声”脉冲。
2.根据权利要求1所述的一种类噪声脉冲发生器，其特征在于：所述的环路输出端口（2061）与所述目标输出端口（2062）的输出能量的差值大于总能量输出的20%。
3.根据权利要求1或2所述的一种类噪声脉冲发生器，其特征在于：所述的环路输出端口（2061）的输出能量大于所述目标输出端口（2062）。
4.根据权利要求1所述的一种类噪声脉冲发生器，其特征在于：所述的环路输出端口（2061）与所述目标输出端口（2062）的输出能量比为9:1。
5.根据权利要求1所述的一种类噪声脉冲发生器，其特征在于：所述的偏振控制器（205）为三环形偏振控制器（205）或挤压式偏振控制器（205）。
6.根据权利要求1所述的一种类噪声脉冲发生器，其特征在于：所述的掺杂型光纤（202）为最高泵浦吸收能力大于550dB/m的掺镱光纤。
7.根据权利要求1所述的一种类噪声脉冲发生器，其特征在于：所述的连接环路段由所述掺杂型光纤（202）、所述光隔离器（203）、所述起偏器（204）以及所述偏振控制器（205）通过尾纤（3）进行连接形成。
8.根据权利要求1所述的一种类噪声脉冲发生器，其特征在于：所述的光纤起偏器（204）为同轴起偏器（204），且中心波长为900~1200 nm，所述的光纤隔离器为偏振无关隔离器，且中心波长为1000~1100 nm。
9.根据权利要求1所述的一种类噪声脉冲发生器，其特征在于：波分复用器（201）的公共端口通过所述的连接环路段与90%能量占比所述的输入端口（2063）连接。
10.根据权利要求7所述的一种类噪声脉冲发生器，其特征在于：所述的尾纤（3）为单模正色散光纤。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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