CN107845946A - 一种级联泵浦的基于非线性光学环形镜的全光纤线偏振锁模激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种级联泵浦的全光纤偏振被动锁模激光器，包含级联泵浦系统、主振荡器环路和非线性光学环形镜系统两个部分。采用本发明技术方案，无需借助空间元器件即实现锁模脉冲输出，设计简单、结构紧凑、具有高稳定性、高效率的特点。

Description

一种级联泵浦的基于非线性光学环形镜的全光纤线偏振锁模 激光器

技术领域

本发明属于激光技术和非线性光学领域，尤其涉及一种级联泵浦的基于非线性光学环形镜的全光纤线偏振锁模激光器。

背景技术

在过去的几十年中，发射超短脉冲的锁模激光器在越来越多的领域扮演了重要的角色，涵盖了诸如激光加工、通信传感、探测诊断、生物医学、大气监测、雷达、光频梳等众多领域。光纤激光器具有体积小、重量轻、转换效率高、输出光束质量好等优点，受到人们的广泛关注。

在光纤脉冲激光器的研究中，锁模是能够产生超短脉冲的重要方法。一般途径是在激光器内加入实体可饱和吸收体来实现皮秒、飞秒脉冲输出，例如半导体可饱和吸收镜(SESAM)、碳纳米管、石墨烯和二硫化钨等二维材料。碳纳米管、石墨烯和二硫化钨等二维材料目前应用还不成熟，长期工作稳定性还有待验证。SESAM是目前应用最广泛的锁模材料，但是存在制作工艺难，生产成本较高，损伤阈值很低等问题，而且工作寿命只有几千个小时，长时间工作会出现锁模退化，甚至锁模丢失等现象。这类实体可饱和吸收体具有较高的成本、较低的损伤阈值、工作寿命受限等缺点，并且光纤与实体可饱和吸收体的结合会增加系统复杂性，引入额外损耗，降低系统稳定性，不利于长期稳定工程化应用。

另一种锁模方式是利用光纤的非线性效应来实现，例如：采用基于非线性偏振旋转(NPR)效应的锁模技术以及采用非线性环形镜(NOLM/NALM)锁模技术。NPR锁模技术采用随机偏振的光纤系统，抗环境干扰能力弱、稳定性很差。而NOLM/NALM锁模技术极容易损坏泵浦源，导致生产成本提升不少，不利于产业化和实用推广。

发明内容

为了解决传统锁模技术成本高、工作寿命有限的问题，获得稳定高效、长期工作的全光纤脉冲激光光源，避免实体可饱和吸收体等空间元器件用于脉冲产生，同时保护泵浦源不被损坏。本发明提供一种级联泵浦的全光纤偏振被动锁模激光器，无需借助空间元器件即实现锁模脉冲输出，设计简单、结构紧凑、具有高稳定性、高效率的特点。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种级联泵浦的基于非线性光学环形镜的全光纤线偏振锁模激光器，不同于常规直接采用泵浦源泵浦光纤激光器，而是采用级联泵浦的方案，先将亮度较低的泵浦激光转换为亮度较高的的短波长光纤激光，再以产生的光纤激光作为泵浦光来泵浦另一台光纤激光器。主要分为级联泵浦系统、主振荡器环路和非线性光学环形镜系统两个部分。

级联泵浦系统可以采用线型腔结构，也可以采用环形腔结构；可以纤芯泵浦，也可以包层泵浦；可以单泵，也可以合泵；输出位置可以在腔内输出，也可以在腔外输出。主振荡器环路和非线性光学环形镜系统通过保偏光纤分别构成两个闭合回路，并分别与2x2保偏耦合器的四个端口连接并呈“8”字腔形；非线性环形镜环路里可以加入保偏增益光纤放大，也可以不加保偏增益光纤。

一种级联泵浦的基于非线性光学环形镜的全光纤线偏振锁模激光器，其包括：

泵浦源1、第一保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器2、第一保偏增益光纤3，第一保偏反射型光纤布拉格光栅4、第二保偏反射型光纤布拉格光栅5、第一保偏1x2耦合器6、第一保偏光纤隔离器7、第二保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器8、第二保偏增益光纤9、第二保偏隔离器10、2x2保偏耦合器11、保偏无源光纤12、第二1x2保偏耦合器13；

泵浦源1、第一保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器2、第一保偏增益光纤3，第一保偏反射型光纤布拉格光栅4、第二保偏反射型光纤布拉格光栅5、第一保偏1x2耦合器6、第一保偏光纤隔离器7构成级联泵浦系统。第一保偏增益光纤3置于第一保偏反射型光纤布拉格光栅4和第二保偏反射型光纤布拉格光栅5之间构成线型谐振腔，第一泵浦源1产生的泵浦光通过第一保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器2，耦合进入线型谐振腔，在第一保偏增益光纤3的作用下，产生的第一波长激光一部分在腔内谐振，另一部分经第一保偏1x2耦合器6、第一保偏光纤隔离器7，输出高功率、稳定的第一波长连续激光，作为主振荡器环路和非线性光学环形镜系统的泵浦激光；

第二保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器8、第二保偏增益光纤9、第二保偏隔离器10、2x2保偏耦合器11、保偏无源光纤12、第二1x2保偏耦合器13构成主振荡器环路和非线性光学环形镜系统。通过保偏光纤分别构成两个闭合回路并分别与2x2保偏耦合器11的四个端口连接并呈“8”字腔形；主振荡器环路由2x2保偏耦合器11的输入端口a通过保偏单模光纤依次连接第二保偏隔离器10、第二保偏增益光纤9、第二保偏合束器或保偏波分复用器8、1x2保偏耦合器13、2x2保偏耦合器11的输出端口b组成，级联泵浦系统产生的泵浦激光输出端连接第二保偏合束器或保偏波分复用器8的泵浦输入端；第二保偏合束器或保偏波分复用器8的公共端连接保偏增益光纤；第二保偏增益光纤的另一端连接第二保偏隔离器10；第二保偏隔离器10的另一端连接2x2保偏耦合器11的输入端口a；2x2保偏耦合器11的输出端口b连接1x2保偏耦合器13的输入端口e；输出端的两个端口为第一输出端口f和第二输出端口g，其中第一输出端口f与第二保偏合束器或保偏波分复用器8的信号端连接并接在激光器腔内，第二输出端口g作为整个激光器的输出；非线性光学环形镜环路由保偏无源光纤12和2x2保偏耦合器的第一、二端口c、d连接成腔，主要是用于锁模的启动；

级联泵浦系统提供的泵浦光经过第二保偏合束器或保偏波分复用器8被耦合传输至第二保偏增益光纤9，经过增益放大后产生的激光经过第二保偏隔离器10单向传输至2x2保偏耦合器11，分别沿顺时针和逆时针的方向进入非线性光学环形镜，两束相向的光经过保偏无源光纤12后再传输至2x2保偏耦合器11，然后返回主振荡器环路，经过第二1x2保偏耦合器13，一部分脉冲信号由耦合器的第二端口g输出腔外，一部分脉冲信号由耦合器的第一端口f输出在主振荡环路中继续振荡。

作为优选，所述的泵浦源是半导体激光器、固体激光器、气体激光器、光纤激光器或拉曼激光器，输出的泵浦光中心波长λ的范围为：700nm≦λ≦2000nm。

作为优选，所述的第一、第二保偏增益光纤是掺有稀土离子的光纤或者光子晶体光纤，其中掺杂的稀土元素师镱(Yb)、铒(Er)、钬(Ho)、铥(Tm)、钐(Sm)、铋(Bi)中的一种或几种。

作为优选，所述的泵浦源的泵浦方式是纤芯单端泵浦、纤芯双端泵浦、包层单端泵浦、包层双端泵浦其中一种。

作为优选，所述第一保偏反射型光纤布拉格光栅、第二保偏反射型光纤布拉格光栅的反射率为R，其中0<R<1。

作为优选，所述的第一、二保偏合束器、第一、二保偏波分复用器是(2+1)x1或(6+1)x1合束器、波分复用器。

作为优选，所述的2x2保偏耦合器和第一、二1x2保偏耦合器的分束比在0到1之间。

一种级联泵浦的基于非线性光学环形镜的全光纤线偏振锁模激光器，其包括：泵浦源1、第一保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器2、第一保偏增益光纤3，第一保偏环形器40、第二保偏反射型光纤布拉格光栅5、第一保偏1x2耦合器6、第一保偏光纤隔离器7、第二保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器8、第二保偏增益光纤9、第二保偏隔离器10、2x2保偏耦合器11、保偏无源光纤12、第二1x2保偏耦合器13；

泵浦源1、第一保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器2、第一保偏增益光纤3，第一保偏环形器40、第二保偏反射型光纤布拉格光栅5、第一保偏1x2耦合器6、第一保偏光纤隔离器7构成级联泵浦系统。第一保偏增益光纤3置于保偏环形器42和保偏反射型光纤布拉格光栅52之间构成环形谐振腔。

泵浦源1连接第一保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器2的泵浦输入端，第一保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器2的公共端依次连接第一保偏增益光纤3、第一保偏1x2耦合器6、第一保偏环形器40输入端，保偏环形器42的公共端连接第二保偏光纤布拉格光栅5，第一保偏环形器40的输出端连接第一保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器2的信号端；

泵浦源1产生的泵浦光通过第一保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器2，耦合进入环形谐振腔，在第一保偏增益光纤3作用下，产生第一波长激光一部分在腔内谐振，经过保偏环形器40，由第二保偏光纤布拉格光栅5定义波长，另一部分经第一保偏1x2耦合器6、第一保偏光纤隔离器7，输出高功率、稳定的第一波长连续激光，作为主振荡器环路和非线性光学环形镜系统的泵浦激光；

第二保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器8、第二保偏增益光纤9、第二保偏隔离器10、2x2保偏耦合器11、保偏无源光纤12、第二1x2保偏耦合器13构成主振荡器环路和非线性光学环形镜系统。通过保偏光纤分别构成两个闭合回路并分别与2x2保偏耦合器11的四个端口连接并呈“8”字腔形；主振荡器环路由2x2保偏耦合器11的输入端口a通过保偏单模光纤依次连接第二保偏隔离器10、第二保偏增益光纤9、第二保偏合束器或保偏波分复用器8、1x2保偏耦合器13、2x2保偏耦合器11的输出端口b组成，级联泵浦系统产生的泵浦激光输出端连接第二保偏合束器或保偏波分复用器8的泵浦输入端；第二保偏合束器或保偏波分复用器8的公共端连接保偏增益光纤；第二保偏增益光纤的另一端连接第二保偏隔离器10；第二保偏隔离器10的另一端连接2x2保偏耦合器11的输入端口a；2x2保偏耦合器11的输出端口b连接1x2保偏耦合器13的输入端口e；输出端的两个端口为第一输出端口f和第二输出端口g，其中第一输出端口f与第二保偏合束器或保偏波分复用器8的信号端连接并接在激光器腔内，第二输出端口g作为整个激光器的输出；非线性光学环形镜环路由保偏无源光纤12和2x2保偏耦合器的第一、二端口c、d连接成腔，主要是用于锁模的启动；

级联泵浦系统提供的泵浦光经过第二保偏合束器或保偏波分复用器8被耦合传输至第二保偏增益光纤9，经过增益放大后产生的激光经过第二保偏隔离器10单向传输至2x2保偏耦合器11，分别沿顺时针和逆时针的方向进入非线性光学环形镜，两束相向的光经过保偏无源光纤12后再传输至2x2保偏耦合器11，然后返回主振荡器环路，经过第二1x2保偏耦合器13，一部分脉冲信号由耦合器的第二端口g输出腔外，一部分脉冲信号由耦合器的第一端口f输出在主振荡环路中继续振荡。

本发明提出的一种级联泵浦的基于非线性光学环形镜的全光纤线偏振锁模激光器具有以下有点：

1、利用全保偏光纤和保偏器件实现了激光器的全光纤化，无需额外调制器件，特别是无需偏振控制器的机械调节即可实现自启动，且因为采用了全保偏光纤结构而具有非常优异的稳定性，能长时间在较强振动环境等恶劣条件下保持不失锁。

2、本发明设计灵活、结构紧凑。可以实现高功率、高光束质量、高效率、高稳定性的超短脉冲激光输出，全光纤化的设计减小了激光器体积，便于实现产业化。

3、级联泵浦方案首先将亮度较低的泵浦激光转换为亮度较高的的短波长光纤激光,再以产生的光纤激光作为泵浦光来泵浦另一台光纤激光器。由于泵浦光亮度的提高,增加了可注入光纤的泵浦光功率。此外，采用级联泵浦的方式，有效的保护了泵浦源，大大降低了生产成本，提高了激光器的稳定性与工作寿命；作为泵浦光的光纤激光波长与激光器出射波长更为接近,减小了量子亏损,从而可有效降低增益光纤内的热负荷。

附图说明：

图1为实施例1级联泵浦的基于非线性光学环形镜的全光纤线偏振锁模激光器；

图2为实施例2级联泵浦的基于非线性光学环形镜的全光纤线偏振锁模激光器；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合几个附图和实施例，对本发明做进一步说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，但不限定本发明。

实施例1

如图1所示：本发明实施例提供一种级联泵浦的基于非线性光学环形镜的全光纤线偏振锁模激光器，包括：图中1为泵浦源，可选用可选用中心波长为976nm的半导体激光二极管，2、8为第一、二保偏合束器或第一、二保偏波分复用器，可选用是(2+1)x1或(6+1)x1合束器、波分复用器，如8/125型或6/125型；3为第一双包层保偏增益光纤，可选用nlight公司生产的高性能双包层保偏掺镱光纤，如Yb1200-6/125DC-PM型；4、5为第一、二保偏反射型光纤布拉格光栅，可选高反型光栅；6、13为第一、二保偏1x2耦合器，可选用分束比10/90、20/80、30/70、40/60或50/50型；7、10为第一、二保偏隔离器；9为第二双包层保偏增益纤或者单包层保偏增益纤，可选用Nufern公司生产的PM-YSF-HI型掺镱光纤；11为2x2保偏耦合器，可选用分束比为10/90、20/80、30/70或40/60型；12为保偏无源纤，可选用Nufern公司生产的PM980保偏无源光纤。

本发明提供一种级联泵浦的基于非线性光学环形镜的全光纤线偏振锁模激光器，其包括：

泵浦源1、第一保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器2、第一保偏增益光纤3，第一保偏反射型光纤布拉格光栅4、第二保偏反射型光纤布拉格光栅5、第一保偏1x2耦合器6、第一保偏光纤隔离器7、第二保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器8、第二保偏增益光纤9、第二保偏隔离器10、2x2保偏耦合器11、保偏无源光纤12、第二1x2保偏耦合器13；

泵浦源1、第一保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器2、第一保偏增益光纤3，第一保偏反射型光纤布拉格光栅4、第二保偏反射型光纤布拉格光栅5、第一保偏1x2耦合器6、第一保偏光纤隔离器7构成级联泵浦系统。第一保偏增益光纤3置于第一保偏反射型光纤布拉格光栅4和第二保偏反射型光纤布拉格光栅5之间构成线型谐振腔，第一泵浦源1产生的泵浦光通过第一保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器2，耦合进入线型谐振腔，在第一保偏增益光纤3的作用下，产生的第一波长激光一部分在腔内谐振，另一部分经第一保偏1x2耦合器6、第一保偏光纤隔离器7，输出高功率、稳定的第一波长连续激光，作为主振荡器环路和非线性光学环形镜系统的泵浦激光；

第二保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器8、第二保偏增益光纤9、第二保偏隔离器10、2x2保偏耦合器11、保偏无源光纤12、第二1x2保偏耦合器13构成主振荡器环路和非线性光学环形镜系统。通过保偏光纤分别构成两个闭合回路并分别与2x2保偏耦合器11的四个端口连接并呈“8”字腔形；主振荡器环路由2x2保偏耦合器11的输入端口a通过保偏单模光纤依次连接第二保偏隔离器10、第二保偏增益光纤9、第二保偏合束器或保偏波分复用器8、1x2保偏耦合器13、2x2保偏耦合器11的输出端口b组成，级联泵浦系统产生的泵浦激光输出端连接第二保偏合束器或保偏波分复用器8的泵浦输入端；第二保偏合束器或保偏波分复用器8的公共端连接保偏增益光纤；第二保偏增益光纤的另一端连接第二保偏隔离器10；第二保偏隔离器10的另一端连接2x2保偏耦合器11的输入端口a；2x2保偏耦合器11的输出端口b连接1x2保偏耦合器13的输入端口e；输出端的两个端口为第一输出端口f和第二输出端口g，其中第一输出端口f与第二保偏合束器或保偏波分复用器8的信号端连接并接在激光器腔内，第二输出端口g作为整个激光器的输出；非线性光学环形镜环路由保偏无源光纤12和2x2保偏耦合器的第一、二端口c、d连接成腔，主要是用于锁模的启动；

级联泵浦系统提供的泵浦光经过第二保偏合束器或保偏波分复用器8被耦合传输至第二保偏增益光纤9，经过增益放大后产生的激光经过第二保偏隔离器10单向传输至2x2保偏耦合器11，分别沿顺时针和逆时针的方向进入非线性光学环形镜，两束相向的光经过保偏无源光纤12后再传输至2x2保偏耦合器11，然后返回主振荡器环路，经过第二1x2保偏耦合器13，一部分脉冲信号由耦合器的第二端口g输出腔外，一部分脉冲信号由耦合器的第一端口f输出在主振荡环路中继续振荡。

在主振荡器环路和非线性光学环形镜系统中，锁模脉冲激光的重复频率f由公式：f＝c/nL计算出，其中，c为光速，n为折射率，L是谐振腔的总腔长，所述总腔长包含增益光纤和单模传输光纤长度，通过改变单模传输光纤长度，进而改变整个谐振腔腔长来通过改变腔长可以改变重复频率。通过延长单模传输光纤的长度增大整体腔长，有效降低谐振腔内锁模脉冲的重复频率。

实施例2

如图2所示：本发明实施例提供一种级联泵浦的基于非线性光学环形镜的全光纤线偏振锁模激光器，包括：图中1为泵浦源，可选用可选用中心波长为976nm的半导体激光二极管，2、8为第一、二保偏合束器、保偏波分复用器，可选用是(2+1)x1或(6+1)x1合束器、波分复用器，如8/125型或6/125型；3为第一双包层保偏增益光纤，可选用nlight公司生产的高性能双包层保偏掺镱光纤，如Yb1200-6/125DC-PM型；40为第一保偏环形器；5为第二保偏反射型光纤布拉格光栅，可选高反型光栅；6、13为第一、二保偏1x2耦合器，可选用分束比10/90、20/80、30/70、40/60或50/50型；7、10为第一、二保偏隔离器；9为第二双包层保偏增益纤或者单包层保偏增益纤，可选用Nufern公司生产的PM-YSF-HI型掺镱光纤；11为2x2保偏耦合器，可选用分束比为10/90、20/80、30/70或40/60型；12为保偏无源纤，可选用Nufern公司生产的PM980保偏无源光纤。

本发明提供一种级联泵浦的基于非线性光学环形镜的全光纤线偏振锁模激光器，其包括：泵浦源1、第一保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器2、第一保偏增益光纤3，第一保偏环形器40、第二保偏反射型光纤布拉格光栅5、第一保偏1x2耦合器6、第一保偏光纤隔离器7、第二保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器8、第二保偏增益光纤9、第二保偏隔离器10、2x2保偏耦合器11、保偏无源光纤12、第二1x2保偏耦合器13；

泵浦源1、第一保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器2、第一保偏增益光纤3，第一保偏环形器40、第二保偏反射型光纤布拉格光栅5、第一保偏1x2耦合器6、第一保偏光纤隔离器7构成级联泵浦系统。第一保偏增益光纤3置于保偏环形器42和保偏反射型光纤布拉格光栅52之间构成环形谐振腔。

泵浦源1连接第一保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器2的泵浦输入端，第一保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器2的公共端依次连接第一保偏增益光纤3、第一保偏1x2耦合器6、第一保偏环形器40输入端，保偏环形器42的公共端连接第二保偏光纤布拉格光栅5，第一保偏环形器40的输出端连接第一保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器2的信号端；

泵浦源1产生的泵浦光通过第一保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器2，耦合进入环形谐振腔，在第一保偏增益光纤3作用下，产生第一波长激光一部分在腔内谐振，经过保偏环形器40，由第二保偏光纤布拉格光栅5定义波长，另一部分经第一保偏1x2耦合器6、第一保偏光纤隔离器7，输出高功率、稳定的第一波长连续激光，作为主振荡器环路和非线性光学环形镜系统的泵浦激光；

第二保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器8、第二保偏增益光纤9、第二保偏隔离器10、2x2保偏耦合器11、保偏无源光纤12、第二1x2保偏耦合器13构成主振荡器环路和非线性光学环形镜系统。通过保偏光纤分别构成两个闭合回路并分别与2x2保偏耦合器11的四个端口连接并呈“8”字腔形；主振荡器环路由2x2保偏耦合器11的输入端口a通过保偏单模光纤依次连接第二保偏隔离器10、第二保偏增益光纤9、第二保偏合束器或保偏波分复用器8、1x2保偏耦合器13、2x2保偏耦合器11的输出端口b组成，级联泵浦系统产生的泵浦激光输出端连接第二保偏合束器或保偏波分复用器8的泵浦输入端；第二保偏合束器或保偏波分复用器8的公共端连接保偏增益光纤；第二保偏增益光纤的另一端连接第二保偏隔离器10；第二保偏隔离器10的另一端连接2x2保偏耦合器11的输入端口a；2x2保偏耦合器11的输出端口b连接1x2保偏耦合器13的输入端口e；输出端的两个端口为第一输出端口f和第二输出端口g，其中第一输出端口f与第二保偏合束器或保偏波分复用器8的信号端连接并接在激光器腔内，第二输出端口g作为整个激光器的输出；非线性光学环形镜环路由保偏无源光纤12和2x2保偏耦合器的第一、二端口c、d连接成腔，主要是用于锁模的启动；

级联泵浦系统提供的泵浦光经过第二保偏合束器或保偏波分复用器8被耦合传输至第二保偏增益光纤9，经过增益放大后产生的激光经过第二保偏隔离器10单向传输至2x2保偏耦合器11，分别沿顺时针和逆时针的方向进入非线性光学环形镜，两束相向的光经过保偏无源光纤12后再传输至2x2保偏耦合器11，然后返回主振荡器环路，经过第二1x2保偏耦合器13，一部分脉冲信号由耦合器的第二端口g输出腔外，一部分脉冲信号由耦合器的第一端口f输出在主振荡环路中继续振荡。

在主振荡器环路和非线性光学环形镜系统中，锁模脉冲激光的重复频率f由公式：f＝c/nL计算出，其中，c为光速，n为折射率，L是谐振腔的总腔长，所述总腔长包含增益光纤和单模传输光纤长度，通过改变单模传输光纤长度，进而改变整个谐振腔腔长来通过改变腔长可以改变重复频率。通过延长单模传输光纤的长度增大整体腔长，有效降低谐振腔内锁模脉冲的重复频率。

利用全保偏光纤和保偏器件实现了激光器的全光纤化，无需额外调制器件，特别是无需偏振控制器的机械调节即可实现自启动，且因为采用了全保偏光纤结构而具有非常优异的稳定性，能长时间在较强振动环境等恶劣条件下保持不失锁。本发明设计灵活、结构紧凑。可以实现高功率、高光束质量、高效率、高稳定性的超短脉冲激光输出，全光纤化的设计减小了激光器体积，便于实现产业化。级联泵浦方案首先将亮度较低的泵浦激光转换为亮度较高的的短波长光纤激光,再以产生的光纤激光作为泵浦光来泵浦另一台光纤激光器。由于泵浦光亮度的提高,增加了可注入光纤的泵浦光功率。此外,，采用级联泵浦的方式，有效的保护了泵浦源，大大降低了生产成本，提高了激光器的稳定性与工作寿命；作为泵浦光的光纤激光波长与激光器出射波长更为接近,减小了量子亏损,从而可有效降低增益光纤内的热负荷。

本发明公开一种级联泵浦的全光纤偏振被动锁模激光器，利用全保偏光纤和保偏器件实现了激光器的全光纤化，无需额外调制器件，特别是无需偏振控制器的机械调节即可实现自启动，且因为采用了全保偏光纤结构而具有非常优异的稳定性，能长时间在较强振动环境等恶劣条件下保持不失锁。本发明设计灵活、结构紧凑。可以实现高功率、高光束质量、高效率、高稳定性的超短脉冲激光输出，全光纤化的设计减小了激光器体积，便于实现产业化。级联泵浦方案首先将亮度较低的泵浦激光转换为亮度较高的的短波长光纤激光,再以产生的光纤激光作为泵浦光来泵浦另一台光纤激光器。由于泵浦光亮度的提高，增加了可注入光纤的泵浦光功率。此外，采用级联泵浦的方式，有效的保护了泵浦源，大大降低了生产成本，提高了激光器的稳定性与工作寿命；作为泵浦光的光纤激光波长与激光器出射波长更为接近，减小了量子亏损，从而有效降低增益光纤内的热负荷。

Claims (7)

1.一种级联泵浦的基于非线性光学环形镜的全光纤线偏振锁模激光器，其特征在于，包括：

泵浦源1、第一保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器2、第一保偏增益光纤3，第一保偏反射型光纤布拉格光栅4、第二保偏反射型光纤布拉格光栅5、第一保偏1x2耦合器6、第一保偏光纤隔离器7、第二保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器8、第二保偏增益光纤9、第二保偏隔离器10、2x2保偏耦合器11、保偏无源光纤12、第二1x2保偏耦合器13；

泵浦源1、第一保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器2、第一保偏增益光纤3，第一保偏反射型光纤布拉格光栅4、第二保偏反射型光纤布拉格光栅5、第一保偏1x2耦合器6、第一保偏光纤隔离器7构成级联泵浦系统。第一保偏增益光纤3置于第一保偏反射型光纤布拉格光栅4和第二保偏反射型光纤布拉格光栅5之间构成线型谐振腔，第一泵浦源1产生的泵浦光通过第一保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器2，耦合进入线型谐振腔，在第一保偏增益光纤3的作用下，产生的第一波长激光一部分在腔内谐振，另一部分经第一保偏1x2耦合器6、第一保偏光纤隔离器7，输出高功率、稳定的第一波长连续激光，作为主振荡器环路和非线性光学环形镜系统的泵浦激光；

第二保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器8、第二保偏增益光纤9、第二保偏隔离器10、2x2保偏耦合器11、保偏无源光纤12、第二1x2保偏耦合器13构成主振荡器环路和非线性光学环形镜系统。通过保偏光纤分别构成两个闭合回路并分别与2x2保偏耦合器11的四个端口连接并呈“8”字腔形；主振荡器环路由2x2保偏耦合器11的输入端口a通过保偏单模光纤依次连接第二保偏隔离器10、第二保偏增益光纤9、第二保偏合束器或保偏波分复用器8、1x2保偏耦合器13、2x2保偏耦合器11的输出端口b组成，级联泵浦系统产生的泵浦激光输出端连接第二保偏合束器或保偏波分复用器8的泵浦输入端；第二保偏合束器或保偏波分复用器8的公共端连接保偏增益光纤；第二保偏增益光纤的另一端连接第二保偏隔离器10；第二保偏隔离器10的另一端连接2x2保偏耦合器11的输入端口a；2x2保偏耦合器11的输出端口b连接1x2保偏耦合器13的输入端口e；输出端的两个端口为第一输出端口f和第二输出端口g，其中第一输出端口f与第二保偏合束器或保偏波分复用器8的信号端连接并接在激光器腔内，第二输出端口g作为整个激光器的输出；非线性光学环形镜环路由保偏无源光纤12和2x2保偏耦合器的第一、二端口c、d连接成腔，主要是用于锁模的启动；

级联泵浦系统提供的泵浦光经过第二保偏合束器或保偏波分复用器8被耦合传输至第二保偏增益光纤9，经过增益放大后产生的激光经过第二保偏隔离器10单向传输至2x2保偏耦合器11，分别沿顺时针和逆时针的方向进入非线性光学环形镜，两束相向的光经过保偏无源光纤12后再传输至2x2保偏耦合器11，然后返回主振荡器环路，经过第二1x2保偏耦合器13，一部分脉冲信号由耦合器的第二端口g输出腔外，一部分脉冲信号由耦合器的第一端口f输出在主振荡环路中继续振荡。

2.如权利要求1所述的级联泵浦的基于非线性光学环形镜的全光纤线偏振锁模激光器，其特征在于，所述的泵浦源是半导体激光器、固体激光器、气体激光器、光纤激光器或拉曼激光器，输出的泵浦光中心波长λ的范围为：700nm≦λ≦2000nm。

3.如权利要求1所述的级联泵浦的基于非线性光学环形镜的全光纤线偏振锁模激光器，其特征在于，所述的第一、第二保偏增益光纤是掺有稀土离子的光纤或者光子晶体光纤，其中掺杂的稀土元素师镱(Yb)、铒(Er)、钬(Ho)、铥(Tm)、钐(Sm)、铋(Bi)中的一种或几种。

4.如权利要求1所述的级联泵浦的基于非线性光学环形镜的全光纤线偏振锁模激光器，其特征在于，所述的泵浦源的泵浦方式是纤芯单端泵浦、纤芯双端泵浦、包层单端泵浦、包层双端泵浦其中一种。

5.如权利要求1所述的级联泵浦的基于非线性光学环形镜的全光纤线偏振锁模激光器，其特征在于，所述第一保偏反射型光纤布拉格光栅、第二保偏反射型光纤布拉格光栅的反射率为R，其中0<R<1。

6.如权利要求1所述的级联泵浦的基于非线性光学环形镜的全光纤线偏振锁模激光器，其特征在于，所述的2x2保偏耦合器和第一、二1x2保偏耦合器的分束比在0到1之间。

7.一种级联泵浦的基于非线性光学环形镜的全光纤线偏振锁模激光器，其特征在于，包括：泵浦源1、第一保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器2、第一保偏增益光纤3，第一保偏环形器40、第二保偏反射型光纤布拉格光栅5、第一保偏1x2耦合器6、第一保偏光纤隔离器7、第二保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器8、第二保偏增益光纤9、第二保偏隔离器10、2x2保偏耦合器11、保偏无源光纤12、第二1x2保偏耦合器13；

泵浦源1、第一保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器2、第一保偏增益光纤3，第一保偏环形器40、第二保偏反射型光纤布拉格光栅5、第一保偏1x2耦合器6、第一保偏光纤隔离器7构成级联泵浦系统。第一保偏增益光纤3置于保偏环形器42和保偏反射型光纤布拉格光栅52之间构成环形谐振腔；

泵浦源1连接第一保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器2的泵浦输入端，第一保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器2的公共端依次连接第一保偏增益光纤3、第一保偏1x2耦合器6、第一保偏环形器40输入端，保偏环形器42的公共端连接第二保偏光纤布拉格光栅5，第一保偏环形器40的输出端连接第一保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器2的信号端；

泵浦源1产生的泵浦光通过第一保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器2，耦合进入环形谐振腔，在第一保偏增益光纤3作用下，产生第一波长激光一部分在腔内谐振，经过保偏环形器40，由第二保偏光纤布拉格光栅5定义波长，另一部分经第一保偏1x2耦合器6、第一保偏光纤隔离器7，输出高功率、稳定的第一波长连续激光，作为主振荡器环路和非线性光学环形镜系统的泵浦激光；

第二保偏光纤合束器或者保偏光纤波分复用器8、第二保偏增益光纤9、第二保偏隔离器10、2x2保偏耦合器11、保偏无源光纤12、第二1x2保偏耦合器13构成主振荡器环路和非线性光学环形镜系统。通过保偏光纤分别构成两个闭合回路并分别与2x2保偏耦合器11的四个端口连接并呈“8”字腔形；主振荡器环路由2x2保偏耦合器11的输入端口a通过保偏单模光纤依次连接第二保偏隔离器10、第二保偏增益光纤9、第二保偏合束器或保偏波分复用器8、1x2保偏耦合器13、2x2保偏耦合器11的输出端口b组成，级联泵浦系统产生的泵浦激光输出端连接第二保偏合束器或保偏波分复用器8的泵浦输入端；第二保偏合束器或保偏波分复用器8的公共端连接保偏增益光纤；第二保偏增益光纤的另一端连接第二保偏隔离器10；第二保偏隔离器10的另一端连接2x2保偏耦合器11的输入端口a；2x2保偏耦合器11的输出端口b连接1x2保偏耦合器13的输入端口e；输出端的两个端口为第一输出端口f和第二输出端口g，其中第一输出端口f与第二保偏合束器或保偏波分复用器8的信号端连接并接在激光器腔内，第二输出端口g作为整个激光器的输出；非线性光学环形镜环路由保偏无源光纤12和2x2保偏耦合器的第一、二端口c、d连接成腔，主要是用于锁模的启动；

级联泵浦系统提供的泵浦光经过第二保偏合束器或保偏波分复用器8被耦合传输至第二保偏增益光纤9，经过增益放大后产生的激光经过第二保偏隔离器10单向传输至2x2保偏耦合器11，分别沿顺时针和逆时针的方向进入非线性光学环形镜，两束相向的光经过保偏无源光纤12后再传输至2x2保偏耦合器11，然后返回主振荡器环路，经过第二1x2保偏耦合器13，一部分脉冲信号由耦合器的第二端口g输出腔外，一部分脉冲信号由耦合器的第一端口f输出在主振荡环路中继续振荡。