CN107732639A - 一种可调锁模光纤激光器及脉冲激光产生方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可调锁模光纤激光器及脉冲激光产生方法。所述可调锁模光纤激光器包括泵浦源和谐振腔，谐振腔包括依次耦合的波分复用器、增益光纤、滤波器、偏振控制器、可饱和吸收镜和用于连接各器件的光纤。泵浦源用于产生激励所述增益光纤的泵浦光，谐振腔包括至少一个输入端口和至少一个输出端口，输入端口用于接收所述泵浦光，输出端口用于输出脉冲激光，波分复用器连接泵浦源与谐振腔，用于将所述泵浦光耦合到所述谐振腔内。相比于传统的锁模光纤激光器，本发明提供的可调锁模光纤激光器实现了一种可调谐的脉冲输出，在光纤通信、传感等领域有更广泛的应用。

Description

一种可调锁模光纤激光器及脉冲激光产生方法
技术领域
本发明实施例涉及光纤激光器领域，尤其涉及一种可调锁模光纤激光器及脉冲激光产生方法。
背景技术
锁模光纤激光器能够产生高重复频率和高能量的超短脉冲，在光纤通信、光纤传感、激光加工、生物医疗等领域得到了广泛的应用。
目前，锁模技术主要有主动锁模、被动锁模和混合锁模技术。被动锁模是基于吸收体对光脉冲的非线性可饱和吸收特性，其行为非人为可控。当脉冲经过可饱和吸收体时，脉冲强度越大透过率越高，强度越小其透过率越低，从而得到与输入脉冲相比更窄的脉冲。这使峰值功率较低的噪声和小脉冲每次经过可饱和吸收体都受到较大的损耗，而高强度的脉冲几乎完全通过，并被增益介质放大，最终导致只有一个巨脉冲在腔内振荡。被动锁模突破了调制器调制频率的限制，可以实现飞秒量级的超短脉冲输出，输出高能量脉冲。
由于被动锁模器件特性不能人为控制，只利用被动锁模输出的脉冲应用收到限制，如何得到光纤通信系统、光纤传感系统等系统特定所需的脉冲是一个急需解决的问题。本发明实施例提供了一种可调谐的被动锁模光纤激光器，用于输出灵活可调的脉冲激光，可以在光纤通信、光纤传感、生物医疗等方面得到更广泛的应用。
发明内容
本发明实施例提供一种可调锁模光纤激光器及脉冲激光产生方法，以提供一种应用范围更广的可调锁模脉冲。
一方面，本发明实施例提出一种可调锁模光纤激光器，用于输出波长和脉宽可调的脉冲激光，包括：泵浦源和谐振腔，所述谐振腔包括依次连接的波分复用器、增益光纤、滤波器、偏振控制器、可饱和吸收镜和用于连接各器件的光纤；
所述泵浦源用于产生激励所述增益光纤的泵浦光；
所述谐振腔包括至少一个输入端口和至少一个输出端口，所述输入端口用于接收所述泵浦光，所述输出端口用于输出脉冲激光；
所述波分复用器连接所述泵浦源与所述谐振腔，用于将所述泵浦光耦合到所述谐振腔内。
进一步的，本发明实施例还提供了第一方面的第一种可能实施方式，其中，所述谐振腔可以为环形腔，还包括：
一个或多个耦合器，所述耦合器包括输入端口、第一输出端口和第二输出端口，所述输入端口连接所述谐振腔的一端，所述第一输出端口用于输出脉冲激光，所述第二输出端口接入所述谐振腔形成所述环形腔，或者
所述第二输出端口用于输出脉冲激光，所述第一输出端口接入所述谐振腔形成所述环形腔。
进一步的，本发明实施例还提供了第一方面的另一种可能实施方式，其中，所述谐振腔为线性腔，还包括：
第一反射镜和第二反射镜，分别位于所述线性腔的两端。
进一步的，所述泵浦源为一个或多个尾纤型半导体激光器，中心波长为980nm或1480nm。
进一步的，所述增益光纤为掺铒光纤或掺镱光纤。
进一步的，所述偏振控制器为嵌入式偏振控制器或三环型偏振控制器。
进一步的，所述可饱和吸收镜为半导体可饱和吸收镜、碳纳米管可饱和吸收镜、石墨烯可饱和吸收镜和氧化石墨烯可饱和吸收镜中的任意一种。
进一步的，所述环形腔内还包括光隔离器，所述光隔离器通过光纤接入所述环形腔，用于保证所述环形腔内的光单向传输。
进一步的，所述偏振控制器、可饱和吸收镜和滤波器配合作用产生所述波长和脉宽可调的脉冲激光。
另一方面，本发明实施例提供一种可调锁模激光输出方法，用于上述可调锁模光纤激光器，所述方法包括：
泵浦源产生的泵浦光由波分复用器进入谐振腔；
增益光纤吸收所述泵浦光，并生成信号光；
调节所述谐振腔内的偏振控制器和滤波器，使可调锁模光纤激光器实现波长和脉宽可调的脉冲激光输出。
本发明实施例提供一种可调锁模光纤激光器，用于输出灵活可调的脉冲激光，可以在光纤通信、光纤传感、生物医疗等方面得到更广泛的应用。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种可调锁模光纤激光器的结构示意图；
图2是本发明实施例二提供的另一种可调锁模光纤激光器的结构示意图；
图3是本发明实施例三提供的一种可调锁模光纤激光产生方法的流程示意图；
图4是本发明实施例四提供的一种优选的可调锁模光纤激光器的结构示意图；
图5是本发明实施例四提供的可调锁模光纤激光器输出不同波长脉冲的光谱图；
图6是本发明实施例四提供的可调锁模光纤激光器输出不同波长脉冲对应的脉宽图；
图7是本发明实施例四提供的可调锁模光纤激光器输出不同脉宽脉冲的光谱图；
图8是本发明实施例四提供的可调锁模光纤激光器输出不同脉宽脉冲的脉宽图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
本发明实施例一提供了一种可调锁模光纤激光器，用于输出可调脉冲激光，包括：泵浦源110和谐振腔120。如图1所示，其中谐振腔120可以为环形腔，至少包括依次耦合的波分复用器121，增益光纤122，滤波器123，偏振控制器124，可饱和吸收镜125和用于连接各器件的光纤127；
泵浦源110用于产生激励增益光纤122的泵浦光；
谐振腔120还包括至少一个输入端口和至少一个输出端口，输入端口用于接收泵浦光，输出端口用于输出脉冲激光；
波分复用器121连接泵浦源110与谐振腔120，用于将泵浦光耦合到谐振腔120内。
本实施例的技术方案，通过设计一种可调锁模脉冲激光器结构，实现了波长和脉宽可调的锁模脉冲输出可以在光纤通信、光纤传感、生物医疗等方面得到更广泛的应用。
在上述实施例的基础上，泵浦源110可以为尾纤型半导体激光器，中心波长可以为980nm或1480nm；
增益光纤122可以为掺铒光纤或掺镱光纤，增益光纤122为掺镱光纤时泵浦源用980nm半导体激光器；
偏振控制器124可以为嵌入式偏振控制器或三环型偏振控制器；
可饱和吸收镜125可以为半导体可饱和吸收镜、碳纳米管可饱和吸收镜、石墨烯可饱和吸收镜和氧化石墨烯可饱和吸收镜中的任意一种。
进一步的，泵浦源110和波分复用器121可以设置为多个，形成多路泵浦的结构。
优选的，谐振腔120还可以包括至少一个光纤耦合器126，耦合器126包括输入端口、第一输出端口和第二输出端口，输入端口连接谐振腔的一端，第一输出端口用于输出脉冲激光，第二输出端口接入谐振腔形成所述环形腔，或者
第二输出端口用于输出脉冲激光，第一输出端口接入谐振腔形成环形腔。
优选的，谐振腔120还可以包括隔离器(图中未示出)，光隔离器通过光纤接入环形腔，用于保证环形腔内的光单向传输。
进一步的，通过偏振控制器、可饱和吸收镜和滤波器配合作用产生波长和脉宽可调的脉冲激光。
实施例二
本发明实施例二提供另外一种可调锁模脉冲激光器结构，包括：泵浦源210和谐振腔220。如图2所示，其中谐振腔220可以为线性腔，至少包括依次耦合的波分复用器221，增益光纤222，滤波器223，偏振控制器224，可饱和吸收镜225和用于连接各器件的光纤227；
泵浦源210用于产生激励增益光纤222的泵浦光；
谐振腔220还包括至少一个输入端口和至少一个输出端口，输入端口用于接收泵浦光，输出端口用于输出脉冲激光；
波分复用器221连接泵浦源210与谐振腔220，用于将泵浦光耦合到谐振腔220内。
进一步的，线性腔还包括：第一反射镜226和第二反射镜228，分别位于线性腔的两端；
其中，第一反射镜为226全反射镜，第二反射镜228为部分反射镜，第二反射镜228透射出所述脉冲激光；或者
第二反射镜228为全反射镜，第一反射镜226为部分反射镜，第一反射镜226透射出所述脉冲激光。
本实施例的技术方案，通过偏振控制器、可饱和吸收镜和滤波器配合作用产生波长和脉宽可调的脉冲激光。
在上述实施例的基础上，泵浦源210可以为尾纤型半导体激光器，中心波长可以为980nm或1480nm；
增益光纤222可以为掺铒光纤或掺镱光纤，增益光纤222为掺镱光纤时泵浦源用980nm半导体激光器；
偏振控制器224可以为嵌入式偏振控制器或三环型偏振控制器；
可饱和吸收镜225可以为半导体可饱和吸收镜、碳纳米管可饱和吸收镜、石墨烯可饱和吸收镜和氧化石墨烯可饱和吸收镜中的任意一种。
进一步的，泵浦源210和波分复用器221可以设置为多个，形成多路泵浦的结构。
进一步的，通过偏振控制器、可饱和吸收镜和滤波器配合作用产生波长和脉宽可调的脉冲激光。
实施例三
本发明实施例三提供一种可调锁模激光输出方法，用于上述可调锁模光纤激光器，如图3所示，具体步骤如下：
步骤110，泵浦源产生的泵浦光由波分复用器进入谐振腔；
步骤120，增益光纤吸收所述泵浦光，并生成信号光；
步骤130，调节所述谐振腔内的偏振控制器和滤波器，使可调锁模光纤激光器实现波长和脉宽可调的脉冲激光输出。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法具体工作过程，可以参考前述第一和第二实施例的对应过程，在此不再赘述。
实施例四
为本发明实施例四提供一种优选的可调锁模光纤激光器，如图4所示，泵浦源410产生的波长为980nm的泵浦光经波分复用器421进入谐振腔420，增益光纤422为掺铒光纤，吸收泵浦源410发出的泵浦光，并生成信号光，滤波器423可以调节允许预设波长的光透过，其他波长的光截止，偏振控制器424选用嵌入式偏振控制器，隔离器429用于保证谐振腔420内的光单向传输，可饱和吸收镜425选用石墨烯可饱和吸收镜，耦合器426为分光比90：10的耦合器，其中90％的输出端接入谐振腔420，10％的输出端用于激光输出。通过调节偏振控制器424和设置合适的滤波器423的范围，可以实现波长和脉宽可调谐的锁模脉冲激光输出。
图5所示为本实施例提供的可调锁模光纤激光器输出不同波长脉冲的示意图，图5所示的输出脉冲中心波长分别为1542nm，1547nm，1551nm，1556nm和1560nm，对应的脉冲宽度分别为1.671ps，1.356ps，1.513ps，1.76ps和2.235ps，如图6所示。
图7所示为本实施例提供的可调锁模光纤激光器输出不同宽度脉冲的示意图，图7所示的脉冲光谱的半高全宽分别为0.087nm，0.274nm，0.58nm，1.222nm，2.12nm，2.847nm和3.203nm，对应的脉冲宽度分别为87.406ps，17.718ps，8.519ps，4.016ps，1.538ps，0.909ps，和0.857ps,如图8所示。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种可调锁模光纤激光器，用于输出波长和脉宽可调的脉冲激光，其特征在于，包括：泵浦源和谐振腔，所述谐振腔包括依次耦合的波分复用器、增益光纤、滤波器、偏振控制器、可饱和吸收镜和用于连接各器件的光纤；
所述泵浦源用于产生激励所述增益光纤的泵浦光；
所述谐振腔包括至少一个输入端口和至少一个输出端口，所述输入端口用于接收所述泵浦光，所述输出端口用于输出脉冲激光；
所述波分复用器连接所述泵浦源与所述谐振腔，用于将所述泵浦光耦合到所述谐振腔内。
2.根据权利要求1所述的可调锁模光纤激光器，其特征在于，所述谐振腔为环形腔，还包括：
一个或多个耦合器，所述耦合器包括输入端口、第一输出端口和第二输出端口，所述输入端口连接所述谐振腔的一端，所述第一输出端口用于输出脉冲激光，所述第二输出端口接入所述谐振腔形成所述环形腔，或者
所述第二输出端口用于输出脉冲激光，所述第一输出端口接入所述谐振腔形成所述环形腔。
3.根据权利要求1所述的可调锁模光纤激光器，其特征在于，所述谐振腔为线性腔，还包括：
第一反射镜和第二反射镜，分别位于所述线性腔的两端。
4.根据权利要求1-3任一所述的可调锁模光纤激光器，其特征在于，所述泵浦源为一个或多个尾纤型半导体激光器，中心波长为980nm或1480nm。
5.根据权利要求1-3任一所述的可调锁模光纤激光器，其特征在于，所述增益光纤为掺铒光纤或掺镱光纤。
6.根据权利要求1-3任一所述的可调锁模光纤激光器，其特征在于，所述偏振控制器为嵌入式偏振控制器或三环型偏振控制器。
7.根据权利要求1-3任一所述可调锁模光纤激光器，其特征在于，所述可饱和吸收镜为半导体可饱和吸收镜、碳纳米管可饱和吸收镜、石墨烯可饱和吸收镜和氧化石墨烯可饱和吸收镜中的任意一种。
8.根据权利要求2所述可调锁模光纤激光器，其特征在于，所述环形腔内还包括光隔离器，所述光隔离器通过光纤接入所述环形腔，用于保证所述环形腔内的光单向传输。
9.根据权利要求1所述可调锁模光纤激光器，其特征在于，所述偏振控制器、可饱和吸收镜和滤波器配合作用产生所述波长和脉宽可调的脉冲激光。
10.一种可调锁模激光输出方法，应用于如权利要求1-3任一所述的可调锁模光纤激光器，其特征在于，所述方法包括：
泵浦源产生的所述泵浦光由波分复用器进入谐振腔；
增益光纤吸收所述泵浦光，并生成信号光；
调节所述谐振腔内的偏振控制器和滤波器，使可调锁模光纤激光器实现波长和脉宽可调的脉冲激光输出。
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