CN108879308A - 2μm纳秒类噪声锁模激光器及类噪声纳秒脉冲生成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明请求保护一种2μm纳秒类噪声锁模激光器及类噪声纳秒脉冲生成方法，属于激光以及非线性光学领域。其中包括：非线性放大环镜NALM和等效全反镜组成的“9”字型结构。本发明还提供一种类噪声纳秒脉冲生成方法，包括如下步骤：输入泵浦激光，激励增益光纤生成初始激光脉冲；将初始脉冲通过非线性放大环镜NALM和等效全反镜内振荡放大，生成高能量纳秒类噪声脉冲。据本发明实施例提供的脉冲激光器及方法能够输出高能量纳秒类噪声脉冲，具有泵浦功率低、输出能量高、结构简单、损伤阈值低等优点。可用于机械加工、光学相干断层扫描等领域，也可用作种子源产生超连续脉冲。
Description
技术领域
本发明属于光纤激光器技术领域，特别是一种2μm高能量纳秒类噪声锁模激光器及类噪声纳秒脉冲生成方法。
背景技术
近年来，高能量纳秒类噪声脉冲激光广泛应用在机械加工、超连续谱、光学相干断层扫描等领域。然而随着能量的增加，脉冲会发生分裂，从而限制单脉冲能量的增加，因此，处于负色散区域的传统孤子锁模脉冲能量通常低于0.1nJ。为了提高输出单脉冲能量，我们一般需要提高激光器的泵浦功率，腔体结构的损伤阈值，同时增加腔长降低重复频率。
另一种实现高能量脉冲的方法是在激光腔内加入正色散光纤是腔内的色散为正值或趋于零，从而获得耗散孤子脉冲或者展宽脉冲，这种脉冲具有较高的能量，但使用的正色散光纤价格昂贵，制造工艺复杂，不适合大规模推广。
类噪声锁模脉冲可以通过半导体可饱和吸收镜、碳纳米管、石墨烯等真实可饱和吸收体实现，也可以通过人工可饱和吸收体获得，比如，非线性偏振旋转和非线性放大环镜。而真实可饱和吸收体往往存在损伤阈值低的缺点，不利于高能量脉冲的实现。
发明内容
本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种泵浦功率低、输出能量高、结构简单、损伤阈值低的2μm纳秒类噪声锁模激光器及类噪声纳秒脉冲生成方法。本发明的技术方案如下：
一种2μm纳秒类噪声锁模激光器，其包括：激光泵浦源、输入耦合器、增益光纤、500m单模光纤、偏振控制器、四端口耦合器和三端口耦合器组成的“9”字形腔锁模装置，其中，激光泵浦源用于产生激光，输入耦合器用于将泵浦光耦合到环形腔中，增益光纤用于产生增益，500m单模光纤用于产生非线性相位差，偏振控制器用于调节偏振态和腔内损耗，三端口耦合器用于分路及合路，“9”字形腔锁模装置用于产生锁模脉冲，所述单模光纤长度使其能产生低的重复频率、高单脉冲能量的类噪声脉冲，所述三端口耦合器的尾端相连，其中，所述泵浦源的输出端连接输入耦合器的泵浦输入端a，输入耦合器的输出端c连接增益光纤的一端，增益光纤的另一端连接500m单模光纤的一端，单模光纤的另一端连接偏振控制器的一端，偏振控制器的另一端与四端口耦合器的输入端d相连，四端口耦合器的输出端有两路，一路作为类噪声锁模高能量纳秒脉冲光纤激光器的输出端f，另一路g与三端口耦合器的输入端h相连，三端口耦合器的输出端i和j相连，所有部件由单模光纤进行连接。
进一步的，所述“9”字形腔锁模装置包括四端口耦合器和三端口耦合器，所述四端口耦合器还通过和偏振控制器连接形成非线性放大环镜，所述三端口耦合器尾端相连构成等效全反镜。
全反镜是由两输出端相连的用于分路及合路的三端口耦合器组成，避免了普通非线性光学环镜的能量损耗。
一种基于所述锁模激光器的类噪声纳秒脉冲生成方法，其包括如下步骤：
激光泵浦源输入连续激光，激励增益光纤生成初始激光脉冲；将初始激光脉冲通过非线性放大环镜进行腔内脉冲整形，在所述非线性放大环境和等效全反镜组成的“9”字腔内循环振荡，生成类噪声纳秒脉冲。
进一步的，所述输出高能量纳秒类噪声脉冲能在0.45W-1.00W的泵浦功率范围内实现。
本发明的优点及有益效果如下：
1、根据本发明实施例提供的2μm高能量纳秒类噪声锁模激光器及类噪声纳秒脉冲生成方法，与上述其他现有的类噪声脉冲产生方案相比，本方案具有激光器结构简单、成本低廉、损伤阈值低等优点。
2、在“8”字形锁模脉冲光纤激光器中也有类似的NALM结构，获得的脉冲宽度通常在皮秒至数百皮秒之间。而本发明中通过加入500m单模光纤增大NALM非线性，利用其脉冲整形能力而获得纳秒量级的类噪声脉冲。传统的八字腔存在昂贵的环形器，且非线性光纤环镜中逆时针的光无法被利用，造成光能量的损耗，不利于提高输出单脉冲能量。
3、与对比文件相比，本结构加入挤压式偏振控制器调节腔内的损耗和偏振态，更利于稳定锁模的实现。且本发明去掉了包层模式剥离装置降低了成本，同时，将构成等效全反镜的四端口耦合器换为三端口耦合器，充分利用了原结构中监测端口的能量，提高激光器的输出能量。
附图说明
图1是本发明提供优选实施例的原理结构示意图；
图2是根据本发明实施例输出的光谱图；
图3是根据本发明实施例输出的类噪声脉冲波形图；
图4是根据本发明实施例输出的类噪声脉冲输出功率与泵浦功率的关系示意图。
图中标记：1、激光泵浦源，2、输入耦合器，3、增益光纤，4、500m单模光纤、5、挤压式偏振控制器，6、四端口耦合器，7、三端口耦合器。
具体实施方式
下面将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清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：
如图1所示，一种2μm高能量纳秒类噪声锁模激光器，包括激光泵浦源1、输入耦合器2、增益光纤3、偏振控制器5、四端口耦合器6，其特征在于：用于产生非线性相位差的500m单模光纤4、用于分路及合路的三端口耦合器7以及“9”字形腔锁模装置。所述单模光纤4长度使其能产生低的重复频率、高单脉冲能量的类噪声脉冲，所述三端口耦合器7尾端相连。其中，
所述泵浦源1的输出端连接输入耦合器2的泵浦输入端a，输入耦合器2的输出端c连接增益光纤3，增益光纤3的另一端连接500m单模光纤4的一端，单模光纤4的另一端连接偏振控制器5，偏振控制器5的另一端与四端口耦合器6的输入端d相连，四端口耦合器6的输出端有两路，一路作为类噪声锁模高能量纳秒脉冲光纤激光器的输出端f，另一路g与三端口耦合器7的输入端h相连，三端口耦合器7的输出端i和j相连，其余各部件由单模光纤进行连接。
图2是根据本发明实施例输出的光谱图。如图2所示，该2μm高能量纳秒类噪声锁模激光器的中心波长为1907.67nm，3dB带宽为10.22nm。
图3是根据本发明实施例输出的类噪声脉冲波形图；如图3所示，根据本发明实施例提供的脉冲生成方法，能够整形并输出稳定的高能量纳秒类噪声脉冲。插图为示波器观察的单个脉冲波形，可见类噪声基底。
图4是根据本发明实施例输出的类噪声脉冲输出功率与泵浦功率的关系示意图。如图4所示，当泵浦功率达到阈值时，先产生连续激光，达到0.45W后，产生了高能量纳秒类噪声脉冲，并在0.45W-1.00W泵浦功率范围内都能保持类噪声锁模，可以看到最大单脉冲能量(97.4nJ)受泵浦源最大输出功率限制，因此，本发明在提供更高功率泵浦源后能实现更大能量输出。
以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。
Claims (6)
1.一种2μm纳秒类噪声锁模激光器，其特征在于，包括：激光泵浦源(1)、输入耦合器(2)、增益光纤(3)、500m单模光纤(4)、偏振控制器(5)、四端口耦合器(6)和三端口耦合器(7)组成的“9”字形腔锁模装置，其中，激光泵浦源(1)用于产生激光，输入耦合器(2)用于将泵浦光耦合到环形腔中，增益光纤(3)用于产生增益，500m单模光纤(4)用于产生非线性相位差，偏振控制器(5)用于调节偏振态和腔内损耗，三端口耦合器(7)用于分路及合路，“9”字形腔锁模装置用于产生锁模脉冲，所述单模光纤(4)长度使其能产生低的重复频率、高单脉冲能量的类噪声脉冲，所述三端口耦合器(7)的尾端相连，其中，所述泵浦源(1)的输出端连接输入耦合器(2)的泵浦输入端a，输入耦合器(2)的输出端c连接增益光纤(3)的一端，增益光纤(3)的另一端连接500m单模光纤(4)的一端，单模光纤(4)的另一端连接偏振控制器(5)的一端，偏振控制器(5)的另一端与四端口耦合器(6)的输入端d相连，四端口耦合器(6)的输出端有两路，一路作为类噪声锁模高能量纳秒脉冲光纤激光器的输出端f，另一路g与三端口耦合器(7)的输入端h相连，三端口耦合器(7)的输出端i和j相连，所有部件由单模光纤进行连接。
2.根据权利要求1所述的2μm纳秒类噪声锁模激光器，其特征在于，
所述“9”字形腔锁模装置包括四端口耦合器(6)和三端口耦合器(7)，所述四端口耦合器(6)还通过和偏振控制器(5)连接形成非线性放大环镜，所述三端口耦合器(7)尾端相连构成等效全反镜。
3.根据权利要求1所述的2μm纳秒类噪声锁模激光器，其特征在于，
所述偏振控制器(5)为挤压式偏振控制器，通过调节其压力及偏转角度调节腔内损耗，实现稳定锁模；所述非线性放大环镜不包括包层模式剥离器。
4.根据权利要求1所述的2μm纳秒类噪声锁模激光器，其特征在于，
所述等效全反镜是由两输出端相连的用于分路及合路的三端口耦合器(7)组成，避免了普通非线性光学环镜的能量损耗。
5.一种基于权利要求1-4之一所述锁模激光器的类噪声纳秒脉冲生成方法，其特征在于：包括如下步骤：
激光泵浦源(1)输入连续激光，激励增益光纤(3)生成初始激光脉冲；将初始激光脉冲通过非线性放大环镜进行腔内脉冲整形，在所述非线性放大环境和等效全反镜组成的“9”字腔内循环振荡，生成类噪声纳秒脉冲。
6.根据权利要求5所述的类噪声纳秒脉冲生成方法，其特征在于：所述输出高能量纳秒类噪声脉冲能在0.45W-1.00W的泵浦功率范围内实现。
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