CN106129798A - 锁模光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种锁模光纤激光器，所述锁模光纤激光器包括：依次耦合的波分复用器、增益光纤、保偏滤波器、光环行器以及分束器，并且，所述分束器远离所述光环行器的一端与所述波分复用器远离所述增益光纤的一端耦合，可饱和吸收体，所述可饱和吸收体与所述光环行器耦合，以及泵浦源，所述泵浦源与所述波分复用器耦合。

Description

锁模光纤激光器

技术领域

本发明涉及光纤技术领域，具体而言，涉及一种锁模光纤激光器。

背景技术

锁模光纤激光器是一种重要的超短脉冲激光输出装置，其基本性能指标和稳定性指标直接影响着系统的稳定可靠性，目前各类的锁模光纤激光器已经在社会生产及科研领域获得了广泛的应用。其中，锁模光纤激光器的自启动免维护功能是其实现工业化的必然要求。自启动是指锁模激光器可实现开机即启动，输出锁模脉冲。免维护是指锁模激光器可在各种复杂环境下实现锁模脉冲输出，如高温、低温、振动、高湿等恶劣环境。

然而，现有的锁模光纤激光器的应力敏感器件(如光纤光栅)面对复杂环境下的应力变化和损伤，其锁模状态容易发生变化，这个变化会影响后级放大效率以及光谱展宽，造成整个光纤激光器系统结果的改变。现有技术下的锁模光纤激光器，要实现在各种环境条件下均可稳定锁模的免维护功能，常采用恒温控制，电动控制和固化封装等方法，但是结构复杂，免维护可靠性差。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种锁模光纤激光器，从锁模光纤激光器的结构设计入手，实现锁模光纤激光器的长时间稳定的免维护功能，改善现有技术中锁模光纤激光器在实现免维护功能的情况下结构复杂的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种锁模光纤激光器，所述锁模光纤激光器包括：依次耦合的波分复用器、增益光纤、保偏滤波器、光环行器以及分束器，并且，所述分束器远离所述光环行器的一端与所述波分复用器远离所述增益光纤的一端耦合，可饱和吸收体，所述可饱和吸收体与所述光环行器耦合，以及泵浦源，所述泵浦源与所述波分复用器耦合；其中，所述泵浦源提供的泵浦光经波分复用器进入增益光纤生成信号光，并且所述增益光纤将进入所述增益光纤的信号光放大，经所述增益光纤生成或者放大的信号光进入所述保偏滤波器，生成预设偏振方向以及预设波长范围的信号光，进入所述光环行器，所述光环行器控制由所述保偏滤波器进入的信号光进入所述可饱和吸收体，所述可饱和吸收体对由所述光环行器进入的信号光锁模后返回所述光环行器，所述光环行器控制所述可饱和吸收体返回的信号光进入所述分束器，所述分束器将进入所述分束器的信号光中一定比例的信号光输出，将其余信号光耦合至所述增益光纤以使所述增益光纤对该其余信号光再次放大。

优选的，上述锁模光纤激光器中，所述保偏滤波器包括壳体，以及设置于所述壳体内的第一准直透镜、起偏器、滤波片以及第二准直透镜，所述起偏器以及滤波片设置于所述第一准直透镜和第二准直透镜之间，所述第一准直透镜、起偏器、滤波片以及所述第二准直透镜的光轴重合，所述第一准直透镜与所述增益光纤耦合，所述第二准直透镜与所述光环行器耦合，所述起偏器用于将进入所述保偏滤波器的信号光调整为预设偏振方向的信号光，所述滤波片用于将进入所述保偏滤波器的信号光调整为预设波长范围的信号光。

优选的，上述锁模光纤激光器中，还包括波分复用器，，所述波分复用器、增益光纤、保偏滤波器、光环行器以及分束器之间均通过光纤耦合，所述可饱和吸收体与所述光环行器通过光纤耦合，所述泵浦源与所述波分复用器之间通过光纤耦合。

优选的，上述锁模光纤激光器中，所述波分复用器与所述增益光纤之间、所述增益光纤与所述保偏滤波器之间、所述保偏滤波器与所述光环行器之间以及所述光环行器与所述可饱和吸收体之间均通过保偏光纤耦合。

优选的，上述锁模光纤激光器中，所述分束器与所述波分复用器之间以及所述泵浦光源与所述波分复用器之间均通过保偏光纤或者单模光纤耦合。

优选的，上述锁模光纤激光器中，所述增益光纤为保偏光纤。

优选的，上述锁模光纤激光器中，所述增益光纤为掺镱保偏光纤、掺铒保偏光纤、掺铥保偏光纤中的一种。

优选的，上述锁模光纤激光器中，所述光环行器与所述分束器之间包括第一光纤以及第二光纤，所述第一光纤的一端与所述光环行器耦合，所述第一光纤的另一端与所述第二光纤耦合，所述第二光纤远离所述第一光纤的一端与所述分束器耦合，所述第一光纤为保偏光纤或者单模光纤，所述第二光纤为单模光纤。

优选的，上述锁模光纤激光器中，所述泵浦源为激光二极管。

优选的，上述锁模光纤激光器中，所述可饱和吸收体包括半导体可饱和吸收体、单壁碳纳米管可饱和吸收体、石墨烯可饱和吸收体、或者氧化石墨烯可饱和吸收体。

本发明实现的有益效果：本发明实施例提供的锁模光纤激光器，依次耦合的波分复用器、增益光纤、保偏滤波器、光环行器以及分束器形成环形结构的谐振腔。与波分复用器耦合的泵浦源提供泵浦光，泵浦光进入增益光纤转换成信号光，并且，增益光纤将进入其中的信号光放大，信号光进入保偏滤波器后，生成预设偏振方向以及预设波长范围的信号光，可饱和吸收体对信号光锁模，最后，分束器将一定比例的信号光输出，将剩余信号光耦合至增益光纤再次放大。该锁模光纤激光器的保偏滤波器为快轴截止，使得信号激光偏振态固定，不会因外部因素而发生改变，并且谐振腔中没有温度敏感型器件，不会因温度的变化是的锁模脉冲状态改变，很好的保持了锁模状态。该锁模光纤激光器对外部环境具有良好的抵抗力，在实现免维护功能的情况下，结构简单，可靠性高。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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示出了本发明实施例提供的锁模光纤激光器的一种结构示意图；

图2示出了本发明实施例提供的保偏滤波器的结构示意图。

其中，附图标记汇总如下：

锁模光纤激光器100，增益光纤110，保偏滤波器120，光环行器130，分束器140，可饱和吸收体150，泵浦源160，波分复用器170，保偏滤波器120的壳体121，第一准直透镜122，滤波片123，起偏器124，第二准直透镜125，第一光纤131，第二光纤141，分束器140的激光输出端142。

具体实施方式

锁模光纤激光器是一种重要的超短脉冲激光输出装置。现有技术中的锁模光纤激光器的免维护功能可靠性差且结构复杂。

鉴于上述情况，发明人经过长期的研究和大量的实践，提供了一种锁模光纤激光器以改善现有问题。该锁模光纤激光器能有效应对外界应力变化，结构简单。

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种锁模光纤激光器100。请参见图1，该锁模光纤激光器100包括：依次耦合的波分复用器170、增益光纤110、保偏滤波器120、光环行器130以及分束器140，并且，所述分束器140远离所述光环行器130的一端与所述波分复用器170远离所述增益光纤110的一端耦合。则波分复用器170、增益光纤110、保偏滤波器120、光环行器130以及分束器140形成环形结构。

并且，还包括泵浦源160以及可饱和吸收体150，该泵浦源160与波分复用器170耦合，泵浦源160输出泵浦光到波分复用器170。

具体的，请参见图1，所述波分复用器170设置于所述分束器140与所述增益光纤110之间，包括第一信号端、第二信号端以及合束端。所述第一信号端与所述分束器140远离所述光环行器130的一端耦合，所述第二信号端与所述泵浦源160耦合，所述合束端与所述增益光纤110耦合，从第一信号端以及第二信号端进入的光合束后从合束端输出。

该可饱和吸收体150与所述光环行器130耦合，由保偏滤波器120输出的光进入到光环行器130，经光环行器130进入可饱和吸收体150。

具体的，请参见图1，泵浦源160用于产生泵浦光，其产生的泵浦光经波分复用器170进入增益光纤110，经所述增益光纤110生成信号光，需要说明的是，增益光纤110生成信号光指的是增益光纤110在泵浦光的激励下，自发辐射产生的用于输出脉冲激光的光。并且，在本实施例中，泵浦源160可以是激光二极管，当然，也可以是其他可以用于激发增益光纤110的光源。

经所述增益光纤110生成的信号光进入所述保偏滤波器120，保偏滤波器120对进入其中的信号光进行保偏和滤波。该保偏滤波器为快轴截止保偏滤波器，仅允许预设偏振方向的线偏振态信号光通过，其他偏振态被截止；滤波在于，使进入其中的信号光中的预设波段可以通过，其他波段的信号光被截止，并且可以将残余的泵浦光滤除。从而实现激光偏振态控制、锁模脉冲中心波长选择以及残余泵浦光的滤除，以生成预设偏振方向以及预设波长范围的信号光。当然，可以理解的，在本实施例中，该预设偏振方向以及预设波长范围都不作为限制，由用户根据实际需要选择。

保偏滤波器120处理后的信号光进入所述光环行器130，请参见图1，由于信号光从光环形器的任一端口输入时，都能按一定顺序从下一端口以很小的损耗输出，则由所述保偏滤波器120进入光环行器130的信号光经光环形器进入所述可饱和吸收体150。

可饱和吸收体150主要用于对激光纵模进行锁定，以得到脉冲激光。则可饱和吸收体150对由所述光环行器130进入的信号光锁模，并将锁模后的信号光反射，以使锁模后的信号光返回光环形器。在本实施例中，该可饱和吸收体150可以包括半导体可饱和吸收体150、单壁碳纳米管可饱和吸收体150、石墨烯可饱和吸收体150、或者氧化石墨烯可饱和吸收体150中的一种。

请参见图1，由于光环行器130与分束器140耦合的端口为该光环行器130与可饱和吸收体150耦合的端口的下一个端口，则该光环行器130控制所述可饱和吸收体150返回的信号光进入所述分束器140。

如图1所示，所述分束器140能将进入所述分束器140的信号光中一定功率比例的信号光从激光输出端142输出，将剩余信号光经波分复用器170耦合至所述增益光纤110，使没有输出的信号光在该锁模光纤激光器100的激光谐振腔内继续振荡。并且，泵浦源160提供的泵浦光与分束器140中没有输出的信号光共同经波分复用器170耦合至增益光纤110。本实施例中的波分复用器170、增益光纤110、保偏滤波器120、光环行器130、可饱和吸收体150以及分束器140形成激光谐振腔。

波分复用器170中的信号光进入增益光纤110后，增益光纤110将进入其中的信号光放大，经增益光纤110放大的信号光再次进入保偏滤波器120。

在本实施例中，该分束器140的输出比例表示输出的激光量，如，其输出比例若为10％，则进入其中的信号光中10％的光能量输出，90％的光能量继续耦合到增益光纤110中进行放大；其输出比例若为20％，则进入其中的信号光中20％的光能量输出，80％的光能量继续耦合到增益光纤110中进行放大。

上述过程即为信号光在锁模激光纤激光器的谐振腔内完成一次振荡的过程，经过多次振荡后，即可输出稳定的脉冲激光。

总的来说，该锁模光纤激光器100的工作过程为，泵浦源160产生泵浦光，在泵浦光的激励下增益光纤110产生信号光，信号光经保偏滤波器120保偏和滤波后经光环行器130进入可饱和吸收体150，可饱和吸收体150对进入其中的信号光进行锁模后再经光环行器130进入分束器140，分束器140将一定比例的信号光输出，将其余的信号光再次耦合至增益光纤110进行放大，增益光纤110将放大的信号光再次耦合至保偏滤波器120。

进一步的，如图2所示，在本发明实施例提供的锁模光纤激光器100中，所述保偏滤波器120包括壳体121，以及设置于所述壳体121内的第一准直透镜122、起偏器124、滤波片123以及第二准直透镜125，所述起偏器124以及滤波片123设置于所述第一准直透镜122和第二准直透镜125之间，所述第一准直透镜122、起偏器124、滤波片123以及所述第二准直透镜125的光轴重合。

其中，所述第一准直透镜122与所述增益光纤110耦合，所述第二准直透镜125与所述光环行器130耦合。所述滤波片123的中心波长与该锁模光纤激光器100的需要输出的脉冲激光的波长一致。所述起偏器124用于将进入所述保偏滤波器120的信号光调整为预设偏振方向的信号光，所述滤波片123用于将进入所述保偏滤波器120的信号光调整为预设波长范围的信号光。

具体的，由于增益光纤110输出至保偏滤波器120的光除了增益光纤110在泵浦光激励下产生的具有较宽光谱的信号光外，还包括残余的泵浦光。也就是说，增益光纤110中输出的光进入保偏滤波器120的壳体121内部，经过第一准直透镜122准直后平行入射至滤波片123，滤波片123对残余泵浦光进行滤除并对信号光进行中心波长选择后，透过滤波片123的信号光入射至起偏器124，预设偏振方向的线偏振态光通过起偏器124，其它偏振态被截止。例如，起偏器124可以采用快轴截止起偏器124。透过起偏器124的信号光平行入射至第二准直透镜125，经第二准直透镜125聚焦后再进入光环行器130。

可以理解的，在本实施例中，所述波分复用器、增益光纤、保偏滤波器、光环行器以及分束器之间均可以通过光纤耦合，所述可饱和吸收体与所述光环行器也可通过光纤耦合，所述泵浦源与所述波分复用器之间通过光纤耦合。当然，各个器件之间进行耦合的光纤可以是各个器件的尾纤。

进一步的，在本实施例中，增益光纤110为保偏光纤，以传输线偏振方向的偏振光，使产生的偏振光的偏振方向不变。

进一步的，本实施提供的增益光纤110可以为掺镱保偏光纤、掺铒保偏光纤、掺铥保偏光纤中等，这些增益光纤110在泵浦光的激励下发生粒子数反转，进而自发辐射产生信号光，例如，当增益光纤110为掺镱光纤时，通过975nm的泵浦光可以实现1064nm波段超短激光脉冲输出，当增益光纤为掺铥光纤时，通过793nm的泵浦光可以实现2000nm波段超短激光脉冲输出，通过1560nm的泵浦光可以实现2000nm波段超短激光脉冲输出。当增益光纤110为掺铒光纤时，通过975nm的泵浦光可以实现1560nm波段超短激光脉冲输出。

可以理解的，在本实施例中，各元件之间的耦合可以通过光纤实现。并且，图1中增益光纤110两边的x型图形表示增益光纤与其他光纤的连接处。

优选的，本实施例提供的锁模光纤激光器100中，所述波分复用器170与所述增益光纤110之间、所述增益光纤110与所述保偏滤波器120之间、所述保偏滤波器120与所述光环行器130之间以及所述光环行器130与所述可饱和吸收体150之间均通过保偏光纤耦合，以传输预设偏振方向的偏振光，使在其中传输的偏振光的偏振方向不变。

进一步的，在本实施例中，所述分束器140与所述波分复用器170之间以及所述泵浦光源与所述波分复用器170之间均通过保偏光纤或者单模光纤耦合。

进一步的，如图1所示，本实施例提供的锁模光纤激光器100中，光环行器130与分束器140之间包括第一光纤131以及第二光纤141，所述第一光纤131的一端与所述光环行器130耦合，所述第一光纤131的另一端与所述第二光纤141耦合，所述第二光纤141远离所述第一光纤131的一端与所述分束器140耦合，所述第一光纤131为保偏光纤或者单模光纤，第二光纤141为单模光纤。

本发明实施例提供的锁模光纤激光器100，一方面，通过保偏滤波器120可以有效地抵御温度、振动、应力等因素对锁模光纤激光器100的影响，另一方面，利用分束器140代替压力敏感元件，如光纤光栅，有效应对应力变化和损伤，因此，使得本锁模光纤激光器100具有可靠的免维护功能。

综上所述，本实施例提供的锁模光纤激光器100对外部环境具有良好的抵抗力，从自身结构出发，在实现免维护功能的情况下，结构简单，可靠性高。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，上面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以上对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (10)

1.一种锁模光纤激光器，其特征在于，所述锁模光纤激光器包括：

依次耦合的波分复用器、增益光纤、保偏滤波器、光环行器以及分束器，并且，所述分束器远离所述光环行器的一端与所述波分复用器远离所述增益光纤的一端耦合，

可饱和吸收体，所述可饱和吸收体与所述光环行器耦合，以及

泵浦源，所述泵浦源与所述波分复用器耦合；

其中，所述泵浦源提供的泵浦光经波分复用器进入增益光纤生成信号光，并且所述增益光纤将进入所述增益光纤的信号光放大，经所述增益光纤生成或者放大的信号光进入所述保偏滤波器，生成预设偏振方向以及预设波长范围的信号光，进入所述光环行器，所述光环行器控制由所述保偏滤波器进入的信号光进入所述可饱和吸收体，所述可饱和吸收体对由所述光环行器进入的信号光锁模后返回所述光环行器，所述光环行器控制所述可饱和吸收体返回的信号光进入所述分束器，

所述分束器将进入所述分束器的信号光中一定比例的信号光输出，将其余信号光耦合至所述增益光纤以使所述增益光纤对该其余信号光再次放大。

2.根据权利要求1所述的锁模光纤激光器，其特征在于，所述保偏滤波器包括壳体，以及设置于所述壳体内的第一准直透镜、起偏器、滤波片以及第二准直透镜，所述起偏器以及滤波片设置于所述第一准直透镜和第二准直透镜之间，所述第一准直透镜、起偏器、滤波片以及所述第二准直透镜的光轴重合，所述第一准直透镜与所述增益光纤耦合，所述第二准直透镜与所述光环行器耦合，所述起偏器用于将进入所述保偏滤波器的信号光调整为预设偏振方向的信号光，所述滤波片用于将进入所述保偏滤波器的信号光调整为预设波长范围的信号光。

3.根据权利要求1所述的锁模光纤激光器，其特征在于，所述波分复用器、增益光纤、保偏滤波器、光环行器以及分束器之间均通过光纤耦合，所述可饱和吸收体与所述光环行器通过光纤耦合，所述泵浦源与所述波分复用器之间通过光纤耦合。

4.根据权利要求1所述的锁模光纤激光器，其特征在于，所述波分复用器与所述增益光纤之间、所述增益光纤与所述保偏滤波器之间、所述保偏滤波器与所述光环行器之间以及所述光环行器与所述可饱和吸收体之间均通过保偏光纤耦合。

5.根据权利要求1所述的锁模光纤激光器，其特征在于，所述分束器与所述波分复用器之间以及所述泵浦源与所述波分复用器之间均通过保偏光纤或者单模光纤耦合。

6.根据权利要求1所述的锁模光纤激光器，其特征在于，所述增益光纤为保偏光纤。

7.根据权利要求6所述的锁模光纤激光器，其特征在于，所述增益光纤为掺镱保偏光纤、掺铒保偏光纤、掺铥保偏光纤中的一种。

8.根据权利要求1所述的锁模光纤激光器，其特征在于，所述光环行器与所述分束器之间包括第一光纤以及第二光纤，所述第一光纤的一端与所述光环行器耦合，所述第一光纤的另一端与所述第二光纤耦合，所述第二光纤远离所述第一光纤的一端与所述分束器耦合，所述第一光纤为保偏光纤或者单模光纤，所述第二光纤为单模光纤。

9.根据权利要求1所述的锁模光纤激光器，其特征在于，所述泵浦源为激光二极管。

10.根据权利要求1所述的锁模光纤激光器，其特征在于，所述可饱和吸收体包括半导体可饱和吸收体、单壁碳纳米管可饱和吸收体、石墨烯可饱和吸收体、或者氧化石墨烯可饱和吸收体。