CN108777427A - 一种多态孤子双向输出的光纤激光光源 - Google Patents

一种多态孤子双向输出的光纤激光光源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多态孤子双向输出的光纤激光光源，包括锁模单元、泵浦驱动单元、四端口环形器、啁啾光栅及输出单元；其中，四端口环形器的第四端口输入的光会从第一端口输出，利用一个啁啾光栅实现两个方向的不同色散补偿，从而使得两个方向处于不同的色散域，实现多态孤子的输出。本发明具备两个方向维度的输出能力，并且能够同时实现两种不同类型的激光输出，是一种多维度，多样化的复合型超快激光光源，其精简的结构也大大提升了激光器的稳定性。

Description

一种多态孤子双向输出的光纤激光光源
技术领域
本发明属于超快激光技术领域，更具体地，涉及一种多态孤子双向输出的光纤激光光源。
背景技术
掺铒锁模光纤激光器由于在光通信、机械加工、光频梳、生物医学和非线性光学等领域的重要应用，得到了深入的研究。与其他激光器相比，光纤激光器具有增益系数高、工作波长范围广、散热好和无需对准调节等诸多优点。此外它也为研究光线中非线性光波的演化提供了一个很好的实验平台。
不同于普通的孤子光纤激光器，耗散孤子光纤激光器输出的耗散孤子具有强的啁啾特性、平坦的光谱特性、陡峭的光谱边沿，并且具有高的脉冲能量，能够广泛的运用于激光加工、生物医学等领域。但由于其不易分裂的特性，难以产生高重复频率的脉冲，因此其应用受到了很大的限制。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种多态孤子双向输出的光纤激光光源，在另一个维度上输出普通孤子，能够产生高重复频率脉冲，解决了输出耗散孤子的光纤激光器难以产生高重复频率脉冲的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种多态孤子双向输出的光纤激光光源，包括锁模单元、泵浦驱动单元、四端口环形器、色散控制单元及输出单元；
所述锁模单元与所述泵浦驱动单元连接，所述泵浦驱动单元与所述输出单元连接；所述四端口环形器的第一端口和所述输出单元连接，所述四端口环形器的第二端口和所述色散控制单元的第一端连接，所述四端口环形器的第三端口和所述锁模单元连接，所述四端口环形器的第四端口和所述色散控制单元的第二端连接；
所述锁模单元，用于实现所述光纤激光光源的锁模工作状态；
所述泵浦驱动单元，用于实现泵浦能量的导入，对于顺时针方向，导入的泵浦能量从所述四端口环形器的第一端口进入、第二端口输出后，从所述色散控制单元的第一端反射，然后从所述四端口环形器的第二端口进入、第三端口输出后进入所述锁模单元，在顺时针方向，经过所述色散控制单元的反射引入负色散，以实现顺时针方向普通孤子从所述输出单元的第二端输出；对于逆时针方向，导入的泵浦能量进入所述锁模单元后，从所述四端口环形器的第三端口输入、第四端口输出后从所述色散控制单元的第二端反射，然后从所述四端口环形器的第四端口输入、第一端口输出，再经过所述输出单元，在逆时针方向，经过所述色散控制单元的反射引入正色散，以实现逆时针方向耗散孤子从所述输出单元的第一端输出。
优选地，所述色散控制单元包括啁啾光栅，所述四端口环形器的第二端口和所述啁啾光栅的第一端连接，所述四端口环形器的第四端口和所述啁啾光栅的第二端连接。
优选地，所述泵浦驱动单元包括第一泵浦源、第一波分复用器、增益光纤、第二波分复用器及第二泵浦源；
其中，所述第一波分复用器、所述增益光纤、所述第二波分复用器依次连接，所述第一泵浦源同所述第一波分复用器连接，实现泵浦能量的导入，所述第二泵浦源同所述第二波分复用器连接，实现泵浦能量的导入。
优选地，所述锁模单元包括依次连接的第一偏振控制器、起偏器及第二偏振控制器。
优选地，所述输出单元包括耦合器，所述耦合器的第一输出端口和第二输出端口实现两维度激光的同时输出。
优选地，顺时针光路依次经过所述第一波分复用器件、所述增益光纤、所述第二波分复用器、所述耦合器、所述四端口环形器的第一端口、所述四端口环形器的第二端口、所述啁啾光栅的第一端、所述四端口环形器的第二端口、所述四端口环形器的第三端口、所述第一偏振控制器、所述起偏器和所述第二偏振控制器，从所述耦合器的第二输出端口输出普通孤子。
优选地，逆时针光路依次经过所述第二波分复用器件、所述增益光纤、所述第一波分复用器、所述第二偏振控制器、所述起偏器、所述第一偏振控制器、所述四端口环形器的第三端口、所述四端口环形器的第四端口、所述啁啾光栅的第二端、所述四端口环形器的第四端口、所述四端口环形器的第一端口输出，再经过所述耦合器，从所述耦合器的第一输出端口输出耗散孤子。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1、由于采用特殊四端口环形器结构，能够实现激光谐振腔内双向运转，使得本发明提供的光纤激光光源具备顺时针逆时针两个维度的输出功能。可实现同一光源的复用，具备一定的集成特性。
2、光纤激光光源通过使用啁啾光栅引入色散，实现两方向的色散管理，顺时针实现普通孤子输出、逆时针实现耗散孤子输出，具有极大的脉冲动力学研究价值。
3、将腔内色散控制为净零色散，通过啁啾光栅的对称性可以将两方向色散控制为互补关系，具有极大的动力学研究价值。
4、普通孤子和耗散孤子的产生可以应用于不同的领域，拓宽了激光器的实用性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种多态孤子双向输出的光纤激光光源的结构示意图；
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-第一泵浦源，2-第一波分复用器，3-增益光纤，4-第二波分复用器，5-第二泵浦源，6-耦合器，7-四端口环形器，8-啁啾光栅，9-第一偏振控制器，10-起偏器，11-第二偏振控制器，14-耦合器的第一输出端口，15-耦合器的第二输出端口。
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，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明的目的在于提供一种多态孤子双向输出的光纤激光器，并且实现一种利用啁啾光栅引入正负色散的具有丰富动力学现象的锁模光纤激光器，为脉冲动力学研究提供一个全新的平台。
如图1所示是本发明实施例提供的一种多态孤子双向输出的光纤激光光源的结构示意图，包括锁模单元、泵浦驱动单元、四端口环形器7、色散控制单元及输出单元；
锁模单元与泵浦驱动单元连接，泵浦驱动单元与输出单元连接；四端口环形器7的第一端口和输出单元连接，四端口环形器7的第二端口和色散控制单元的第一端连接，四端口环形器7的第三端口和锁模单元连接，四端口环形器7的第四端口和色散控制单元的第二端连接；
锁模单元，用于实现光纤激光光源的锁模工作状态；
泵浦驱动单元，用于实现泵浦能量的导入，对于顺时针方向，导入的泵浦能量从四端口环形器7的第一端口进入、第二端口输出后，从色散控制单元的第一端反射，然后从四端口环形器7的第二端口进入、第三端口输出后进入锁模单元，在顺时针方向，经过色散控制单元的反射引入负色散，以实现顺时针方向普通孤子从输出单元的第二端输出；对于逆时针方向，导入的泵浦能量进入锁模单元后，从四端口环形器7的第三端口输入、第四端口输出后从色散控制单元的第二端反射，然后从四端口环形器7的第四端口输入、第一端口输出，再经过输出单元，在逆时针方向，经过色散控制单元的反射引入正色散，以实现逆时针方向耗散孤子从输出单元的第一端输出。
作为一种可选的实施方式，色散控制单元包括啁啾光栅8，四端口环形器7的第二端口和啁啾光栅8的第一端连接，四端口环形器7的第四端口和啁啾光栅8的第二端连接。
其中，啁啾光栅的光纤纤芯的折射率存在轴向调制，不同的波长的光会在啁啾光栅的不同位置反射，波长越长，传输的光程越大，从而引入色散。利用啁啾光栅8不同方向反射引入的色散不同实现双向色散管理。选择合适的方式将啁啾光栅连接进激光光源中，使得第一端反射光引入负色散，互易的，第二端反射光引入正色散。因此，将激光光源两个传输方向的净色散值分别控制到净正色散区和净负色散区，形成耗散孤子和普通孤子。具体地，从四端口环形器7的第二端口进入啁啾光栅，经过啁啾光栅反射，引入负色散，实现顺时针方向普通孤子的输出；从四端口环形器7的第四端口进入啁啾光栅，经过啁啾光栅反射，引入正色散，实现逆时针方向耗散孤子的输出。
作为一种可选的实施方式，泵浦驱动单元包括第一泵浦源1、第一波分复用器2、增益光纤3、第二波分复用器4及第二泵浦源5；
其中，第一波分复用器2、增益光纤3、第二波分复用器4依次连接，第一泵浦源1同第一波分复用器2连接，实现泵浦能量的导入，第二泵浦源5同第二波分复用器4连接，实现泵浦能量的导入。
作为一种可选的实施方式，锁模单元包括依次连接的第一偏振控制器9、起偏器10及第二偏振控制器11。
其中，在锁模单元中，起偏器引入的偏振相关损耗配合第一偏振控制器和第二偏振控制器形成类可饱和吸收体，即非线性偏振旋转锁模机制，实现激光器的锁模工作状态。
作为一种可选的实施方式，输出单元包括耦合器6，耦合器6的第一输出端口14和第二输出端口15实现两维度激光的同时输出。
优选地，耦合器为2*2 9：1耦合器。
作为一种可选的实施方式，顺时针光路依次经过第一波分复用器件2、增益光纤3、第二波分复用器4、耦合器6、四端口环形器7的第一端口、四端口环形器7的第二端口、啁啾光栅8的第一端、四端口环形器7的第二端口、四端口环形器7的第三端口、第一偏振控制器9、起偏器10和第二偏振控制器11，从耦合器6的第二输出端口15输出普通孤子。
其中，由于从啁啾光栅8的第一端进入，啁啾光栅引入负色散，使得腔内净色散值为负，顺时针方向从耦合器6的第二输出端输出普通孤子。
作为一种可选的实施方式，逆时针光路依次经过第二波分复用器件4、增益光纤3、第一波分复用器2、第二偏振控制器11、起偏器10、第一偏振控制器9、四端口环形器7的第三端口、四端口环形器7的第四端口、啁啾光栅8的第二端、四端口环形器7的第四端口、四端口环形器7的第一端口输出，再经过耦合器6，从耦合器6的第一输出端口14输出耗散孤子。
其中，由于从啁啾光栅8的第二端进入，啁啾光栅引入正色散，使得腔内净色散为正，逆时针方向从耦合器6的第一输出端输出耗散孤子。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多态孤子双向输出的光纤激光光源，其特征在于，包括锁模单元、泵浦驱动单元、四端口环形器(7)、色散控制单元及输出单元；
所述锁模单元与所述泵浦驱动单元连接，所述泵浦驱动单元与所述输出单元连接；所述四端口环形器(7)的第一端口和所述输出单元连接，所述四端口环形器(7)的第二端口和所述色散控制单元的第一端连接，所述四端口环形器(7)的第三端口和所述锁模单元连接，所述四端口环形器(7)的第四端口和所述色散控制单元的第二端连接；
所述锁模单元，用于实现所述光纤激光光源的锁模工作状态；
所述泵浦驱动单元，用于实现泵浦能量的导入，对于顺时针方向，导入的泵浦能量从所述四端口环形器(7)的第一端口进入、第二端口输出后，从所述色散控制单元的第一端反射，然后从所述四端口环形器(7)的第二端口进入、第三端口输出后进入所述锁模单元，在顺时针方向，经过所述色散控制单元的反射引入负色散，以实现顺时针方向普通孤子从所述输出单元的第二端输出；对于逆时针方向，导入的泵浦能量进入所述锁模单元后，从所述四端口环形器(7)的第三端口输入、第四端口输出后从所述色散控制单元的第二端反射，然后从所述四端口环形器(7)的第四端口输入、第一端口输出，再经过所述输出单元，在逆时针方向，经过所述色散控制单元的反射引入正色散，以实现逆时针方向耗散孤子从所述输出单元的第一端输出。
2.根据权利要求1所述的光纤激光光源，其特征在于，所述色散控制单元包括啁啾光栅(8)，所述四端口环形器(7)的第二端口和所述啁啾光栅(8)的第一端连接，所述四端口环形器(7)的第四端口和所述啁啾光栅(8)的第二端连接。
3.根据权利要求2所述的光纤激光光源，其特征在于，所述泵浦驱动单元包括第一泵浦源(1)、第一波分复用器(2)、增益光纤(3)、第二波分复用器(4)及第二泵浦源(5)；
其中，所述第一波分复用器(2)、所述增益光纤(3)、所述第二波分复用器(4)依次连接，所述第一泵浦源(1)同所述第一波分复用器(2)连接，实现泵浦能量的导入，所述第二泵浦源(5)同所述第二波分复用器(4)连接，实现泵浦能量的导入。
4.根据权利要求3所述的光纤激光光源，其特征在于，所述锁模单元包括依次连接的第一偏振控制器(9)、起偏器(10)及第二偏振控制器(11)。
5.根据权利要求4所述的光纤激光光源，其特征在于，所述输出单元包括耦合器(6)，所述耦合器(6)的第一输出端口(14)和第二输出端口(15)实现两维度激光的同时输出。
6.根据权利要求5所述的光纤激光光源，其特征在于，顺时针光路依次经过所述第一波分复用器件(2)、所述增益光纤(3)、所述第二波分复用器(4)、所述耦合器(6)、所述四端口环形器(7)的第一端口、所述四端口环形器(7)的第二端口、所述啁啾光栅(8)的第一端、所述四端口环形器(7)的第二端口、所述四端口环形器(7)的第三端口、所述第一偏振控制器(9)、所述起偏器(10)和所述第二偏振控制器(11)，从所述耦合器(6)的第二输出端口(15)输出普通孤子。
7.根据权利要求5所述的光纤激光光源，其特征在于，逆时针光路依次经过所述第二波分复用器件(4)、所述增益光纤(3)、所述第一波分复用器(2)、所述第二偏振控制器(11)、所述起偏器(10)、所述第一偏振控制器(9)、所述四端口环形器(7)的第三端口、所述四端口环形器(7)的第四端口、所述啁啾光栅(8)的第二端、所述四端口环形器(7)的第四端口、所述四端口环形器(7)的第一端口输出，再经过所述耦合器(6)，从所述耦合器(6)的第一输出端口(14)输出耗散孤子。
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