CN107154576A - 基于SMF‑SIMF‑GIMF‑SMF光纤结构的2μm耗散孤子锁模光纤激光器 - Google Patents

基于SMF‑SIMF‑GIMF‑SMF光纤结构的2μm耗散孤子锁模光纤激光器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于SMF‑SIMF‑GIMF‑SMF光纤结构的2μm耗散孤子锁模光纤激光器，激光器为环形腔结构，包括泵浦源、波分复用器、增益光纤、非保偏隔离器、偏振控制器、用于色散补偿的高数值孔径光纤、作为锁模器件的全光纤可饱和吸收器件、及作为输出的耦合器；所述的全光纤可饱和吸收器件由依次熔接的输入单模光纤、阶跃多模光纤、渐变多模光纤、输出单模光纤组成。本发明激光器是利用多模光纤中的非线性多模干涉效应实现锁模，再通过引入色散补偿光纤实现耗散孤子输出，具有全光纤结构、高损伤阈值、高稳定性和结构紧凑等特点，具有广泛的应用前景。

Description

基于SMF-SIMF-GIMF-SMF光纤结构的2μm耗散孤子锁模光纤激 光器
技术领域
本发明涉及光纤激光器，尤其是涉及一种基于SMF-SIMF-GIMF-SMF(单模-阶跃多模-渐变多模-单模)光纤结构的2μm耗散孤子锁模光纤激光器。
背景技术
2μm脉冲光纤激光器在人眼安全雷达、激光医疗、光电对抗以及特殊材料加工等领域具有广泛的应用前景。实现2μm脉冲输出的一种主要途径是被动锁模光纤激光器。在2μm被动锁模光纤激光器发展中，基于不同的色散分布，主要分为传统孤子，自相似孤子和耗散孤子。其中耗散孤子是色散效应、非线性效应、增益和损耗共同作用的结果，腔内负色散较小而正色散较大(甚至是全正色散结构)，能够容忍更高的非线性，相对于传统孤子可以大大提高脉冲能量而不引起脉冲分裂，因此耗散孤子锁模光纤激光器具有很大的应用和研究价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于SMF-SIMF-GIMF-SMF光纤结构的2μm耗散孤子锁模光纤激光器，采用的锁模器件是一个由单模-阶跃多模-渐变多模-单模依次熔接的光纤结构，其锁模机制是利用非线性多模干涉效应，同时引入高数值孔径光纤进行色散补偿，实现2μm耗散孤子输出，具有全光纤结构、高损伤阈值、高稳定性和结构紧凑等特点，具有广泛的应用前景。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于SMF-SIMF-GIMF-SMF光纤结构的2μm耗散孤子锁模光纤激光器，激光器为环形腔结构，其包括泵浦源、波分复用器(WDM)、增益光纤、非保偏隔离器(ISO)、偏振控制器(PC)、作为锁模器件的全光纤可饱和吸收器件、用于色散补偿的高数值孔径光纤、作为输出的耦合器(OC)；
增益光纤采用单模掺铥光纤，色散补偿光纤采用高数值孔径光纤，长度为100米，全光纤可饱和吸收器件由依次熔接的输入单模光纤、阶跃多模光纤、渐变多模光纤、输出单模光纤组成，其中阶跃多模光纤的长度控制在200～500μm最佳，渐变多模光纤的长度为7～10cm，单模光纤为标准单模光纤，与所有元件的标准单模光纤一致。
泵浦光经WDM耦合进入增益掺铥光纤，掺铥光纤另一端接非保偏隔离器输入端，非保偏隔离器输出端接偏振控制器，偏振控制器与色散补偿光纤相连，色散补偿光纤与制作的全光纤可饱和吸收器件相连，全光纤可饱和吸收器件与耦合器连接，耦合器一端连接WDM构成环形回路，另一端作为激光输出端。
所述的泵浦源为一个单模输出的1570nm的光纤激光器。
所述的色散补偿光纤为具有超高数值孔径的光纤，型号为UHNA4。
所述的偏振控制器采用手动挤压式偏振控制器。
本发明的优点在于：
1、SMF-SIMF-GIMF-SMF为全光纤锁模器件，其利用非线性多模干涉机制进行锁模，损伤阈值高，锁模阈值低。
2、SMF-SIMF-GIMF-SMF锁模器件均采用商用光纤，制作简单，调节方便，对振动、温度变换等环境因素变化不敏感，易于广泛使用。
3、100米超高数值孔径的光纤用做色散补偿，实现纳秒量级耗散孤子脉冲输出。
4、所有元件的连接通过光纤熔接完成，实现全光纤结构，结构紧凑简单，易于集成。
附图说明
图1为本发明实例中耗散孤子锁模光纤激光器结构示意图。
图2是本发明实例中激光器输出的光谱图。
图3为本发明实例激光器输出的脉冲序列图。
图4为本发明实例激光器输出的脉冲波形图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。
图1为本发明的基于SMF-SIMF-GIMF-SMF光纤结构的2μm耗散孤子锁模光纤激光器结构示意图。由图可见，本发明耗散孤子锁模光纤激光器由1570单模光纤激光泵浦源1、波分复用器2、单模掺铥光纤3、非保偏光纤隔离器4、偏振控制器5、色散补偿光纤6、SMF-SIMF-GIMF-SMF可饱和吸收7、耦合器(光纤分束器)8连接而成，形成的环形腔为全光纤结构，其中各部件均通过光纤熔接的方法连接。泵浦源1通过波分复用器2耦合注入激光腔中，单模掺铥光纤3为增益介质。非保偏光纤隔离器4保证激光单向运转。色散补偿光纤保证整个激光器工作在正色散区。使用时，调整SMF-SIMF-GIMF-SMF可饱和吸收器7的弯曲状态，实现耗散孤子锁模后，将SMF-SIMF-GIMF-SMF可饱和吸收器7固定在该特定弯曲状态。偏振控制器5采用手动挤压式偏振控制器，用来调整激光腔内非线性相移，以提高耗散孤子锁模输出的稳定性。
在一定的泵浦功率下，通过弯曲SMF-SIMF-GIMF-SMF光纤可饱和吸收器件7实现耗散孤子锁模，并将其固定，通过调节偏振控制器5，使锁模状态稳定，图2为耗散孤子锁模状态输出时的光谱，图3为激光器输出重复频率为1.856MHz的耗散孤子锁模脉冲序列，图4为耗散孤子输出时，脉冲波形图。
本发明利用多模光纤中的非线性多模干涉效应，也就是所谓的自聚焦效应引起的可饱和吸收性实现锁模输出，并通过色散补偿实现耗散孤子输出，具有全光纤结构、较高的脉冲能量以及优异的散热特性。本发明中使用的色散补偿光纤为高数值孔径光纤，长度为100米，使用的多模光纤为阶跃多模光纤加渐变多模光纤，可以选择不同的长度的多模光纤制备具备不同可饱和吸收参数的锁模器件，其中阶跃多模光纤的长度控制在200～500μm，渐变多模光纤的长度为7～10cm，效果最佳。

Claims (7)

1.一种基于SMF-SIMF-GIMF-SMF光纤结构的2μm耗散孤子锁模光纤激光器，其特征在于：所述的激光器包括泵浦源(1)、波分复用器(2)、增益光纤(3)、非保偏隔离器(4)、偏振控制器(5)、高数值孔径光纤(6)、全光纤可饱和吸收器件(7)、耦合器(8)，泵浦源(1)连接波分复用器(2)的泵浦光输入端；波分复用器(2)公共端连接增益光纤(3)，增益光纤(3)另一端连接非保偏隔离器(4)输入端，非保偏隔离器(4)输出端连接偏振控制器(5)，偏振控制器(5)与高数值孔径光纤(6)一端相连，高数值孔径光纤(6)另一端与全光纤可饱和吸收器件(7)输入端相连，全光纤可饱和吸收器件(7)输出端与耦合器(8)连接，耦合器一端连接波分复用器(2)的信号端形成环形回路，另一端作为脉冲激光输出端，所述的全光纤可饱和吸收器件(7)由依次熔接的输入单模光纤、阶跃多模光纤、渐变多模光纤、输出单模光纤组成。
2.根据权利要求1所述的SMF-SIMF-GIMF-SMF光纤结构的2μm耗散孤子锁模光纤激光器，其特征在于，所述的增益光纤(3)为单模掺铥光纤。
3.根据权利要求1所述的SMF-SIMF-GIMF-SMF光纤结构的2μm耗散孤子锁模光纤激光器，其特征在于，所述的全光纤可饱和吸收器件(6)中阶跃多模光纤的长度为200～500um。
4.根据权利要求1所述的SMF-SIMF-GIMF-SMF光纤结构的2μm耗散孤子锁模光纤激光器，其特征在于，所述的全光纤可饱和吸收器件(6)中渐变多模光纤的长度为7～10cm。
5.根据权利要求1所述的SMF-SIMF-GIMF-SMF光纤结构的2μm耗散孤子锁模光纤激光器，其特征在于，用于色散补偿的高数值孔径光纤的型号为UHNA4，长度为100米。
6.根据权利要求1所述的SMF-SIMF-GIMF-SMF光纤结构的2μm耗散孤子锁模光纤激光器，其特征在于，所述的泵浦源(1)为单模输出的1570nm的光纤激光器。
7.根据权利要求1所述的SMF-SIMF-GIMF-SMF光纤结构的2μm耗散孤子锁模光纤激光器，其特征在于，所述的偏振控制器(5)为手动挤压式偏振控制器。
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