CN109581780A - 一种频谱剪裁的长环非线性反射镜及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光技术领域，尤其是指一种频谱剪裁的长环非线性反射镜，包括非线性长环、频谱剪裁器和第一耦合器，所述第一耦合器将入射光分为逆时针和顺时针两束光，逆时针和顺时针两束光分别通过所述非线性长环、所述频谱剪裁器到达所述第一耦合器射出，与传统的反射镜相比，本发明可通过对入射光频率和相位的控制，使得本发明的第一耦合器射出的光满足高精度、高灵敏度的光学频谱整形、光谱调制、非线性频谱调制、光谱滤波、超快脉冲调制等；此外本发明的非线性长环可有效的降低光束的锁模阈值和重复频率，并且本发明的频谱剪裁器可以有效的抑制弧子边带及自发辐射的产生，保证长环非线性反射镜输出脉冲频谱干净，有效的降低了自发辐射产生的噪音。

Description

一种频谱剪裁的长环非线性反射镜及其应用

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其是指一种频谱剪裁的长环非线性反射镜及其应用。

背景技术

基于Sagnac干涉效应的非线性环形镜是一种常见的非线性调制器件，广泛应用于光开关、光谱整形、脉冲整形以及超短脉冲调制等领域。基于光纤中的非线性效应，其对激光的非线性调制严重依赖于入射光功率的大小。激光功率越大，对入射激光的非线性调制越明显。反之，低功率入射激光入射非线性环形镜则基本不受影响。

此外，在基于非线性环形镜的超短脉冲产生方面。为了获得低重复频率、低锁模阈值的皮秒脉冲振荡器。其腔型结构需要特殊优化。根据激光原理的相关知识，激光器的重复频率取决于其谐振腔长以及介质折射率，可以用公式表述:f＝c/nL；

其中，c为光速，n为激光器谐振腔介质折射率，L为谐振腔腔长，由公式可见，增加谐振腔腔长可以有效降低激光器重复频率。对于光纤激光器而言，其谐振腔由光纤介质构成。因此，理论上讲只要激光器谐振腔长足够大，其锁模脉冲重复频率可以尽可能低。但是实际操作规程中，更长的光纤会引入更大的损耗、噪声以及环境扰动，这些因素会影响激光器锁模脉冲的建立、稳定以及长时间运行。

另一方面，低重复频率锁模脉冲建立之后，较大的腔长意味着其腔内群速度色散严重，腔内脉冲在时域上获得剧烈展宽，最终达到纳秒量级脉冲输出。在频域上，较长光纤引入的负色散特性会导致孤子边带的产生，导致脉冲在频域上的畸变，进一步影响其时频域特性。

此外，在重复频率较低的激光器中，脉冲之间间隔时间较长，增益光纤中处于上能级的激发态原子寿命(10-100ns)，远小于脉冲的周期(μs量级)，会导致激发态原子未及时被受激辐射，而自发跃迁到低能级，引起严重的自发辐射效应。自发辐射不仅会影响激光脉冲的信噪比，而且后续放大中自发辐射噪声会被轻易放大，加剧这种噪声。

发明内容

本发明针对现有技术的问题提供一种噪音小的频谱剪裁的长环非线性反射镜以及频谱剪裁的长环非线性反射镜的应用。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供的一种频谱剪裁的长环非线性反射镜，包括非线性长环、频谱剪裁器和第一耦合器，所述第一耦合器与所述非线性长环连接，所述非线性长环与所述频谱剪裁器连接，所述频谱剪裁器与所述第一耦合器连接，所述第一耦合器将入射光分为逆时针和顺时针两束光，逆时针和顺时针两束光分别通过所述非线性长环、所述频谱剪裁器到达所述第一耦合器射出。

作为优选，所述频谱剪裁器为频谱调制器、线性滤波器、非线性滤波器、频谱调制器、宽带频谱滤波器或窄带频谱滤波器中的一种。

作为优选，所述的第一耦合器为2×2四端口的光纤耦合器，所述第一耦合器的分束比为50:50，所述频谱剪裁器谓光纤型或空间型频谱剪裁器，所述非线性长环为大于200米且具有高非线性系数的光纤或非线性光学介质。

一种基于频谱剪裁的长环非线性反射镜的非线性调节器，包括非线性长环、频谱剪裁器、第一耦合器和第二耦合器，所述第一耦合器与所述非线性长环连接，所述非线性长环与所述频谱剪裁器连接，所述频谱剪裁器与所述第一耦合器连接，所述第二耦合器和所述第一耦合器连接。

作为优选，所述非线性长环为大于200米的单模光纤、多模光纤、非线性光纤、光子晶体光纤中的任一一种。

作为优选，所述频谱剪裁器为光纤耦合频谱剪裁器，所述第一耦合器为2×2四端口光纤耦合器，所述第一耦合器的分束比为50:50，所述第二耦合器为1×2三端口光纤耦合器，所述第二耦合器的分束比为5:95。

作为优选，所述非线性调节器还包括第一光放大器和第二光放大器，所述第一光放大器的输入端与所述第一耦合器连接，所述第一光放大器的输出端与所述频谱剪裁器连接，所述第二光放大器的输入端与所述第一耦合器连接，所述第二光放大器的输出端与所述第二耦合器连接。

一种基于频谱剪裁的长环非线性反射镜的超短脉冲激光振荡器，包括非线性长环、频谱剪裁器、相移器、第一耦合器、第二耦合器、光纤反射镜、增益光纤、波分复用器和泵浦源，所述波分复用器的一端分别与连接所述泵浦源、所述频谱剪裁器连接，所述波分复用器的另一端与所述增益光纤连接，所述频谱剪裁器与所述相移器连接，所述相移器与所述非线性长环连接，所述非线性长环与所述第一耦合器连接，所述第一耦合器与所述第二耦合器连接，所述第二耦合器与所述光纤反射镜连接。

作为优选，所述波分复用器为三端口光纤波分复用器，所述增益光纤为纤芯掺杂铒离子的光纤，所述频谱剪裁器为光纤耦合光谱滤波器，所述相移器为非互易性相移器。

作为优选，所述第一耦合器为2×2四端口光纤耦合器，所述第一耦合器分束比为50:50，所述第二耦合器为1×2三端口光纤耦合器，所述第二耦合器分束比为5:95，所述光纤反射镜为光纤光耦反射镜。本发明的有益效果：

本发明提供的一种频谱剪裁的长环非线性反射镜，包括非线性长环、频谱剪裁器和第一耦合器，所述第一耦合器将入射光分为逆时针和顺时针两束光，逆时针和顺时针两束光以不同的顺序分别通过所述非线性长环、所述频谱剪裁器，产生非对称的频谱剪裁，非对称的非线性相移，以及与频谱剪裁相关的非对称的非线性光场耦合；所谓的非对称，是指在逆时针和顺时针光路产生的效应不同；然后重新到达所述第一耦合器，发生干涉，在入射光相向的方向产生出射光，其出射光的幅度和相位，即频谱剪裁的长环非线性反射镜的反射率及相移，取决于Sagnac干涉环内逆时针和顺时针光场干涉；此外，非线性长环的作用加强了不同模式在长环中的非线性频谱耦合，比如模式间四波混频及级联四波混频等，产生非线性相位调制以及非线性频谱展宽；而且非线性长环的作用使得其非线性相移累积加剧，反射光强依赖于入射光场场强的非线性程度更为敏锐，在更低的光场强度下即可产生非线性反射与非线性频谱调制，与传统的反射镜相比，本发明的长环非线性反射镜可以实现对入射脉冲频谱剪裁的非线性反射，能够有效的降低光束的锁模阈值和重复频率，并且本发明的长环非线性反射镜的频谱剪裁作用可以有效的抑制弧子边带及自发辐射的产生，保证长环非线性反射镜输出脉冲频谱干净，有效的降低了自发辐射产生的噪音，还有可通过对入射光频率和相位的控制，使得本发明的第一耦合器射出的光满足高精度、高灵敏度的光学频谱整形、光谱调制、非线性频谱调制、光谱滤波、超快脉冲调制等。

附图说明

图1为本发明的频谱剪裁的长环非线性反射镜的原理图。

图2为本发明的基于频谱剪裁的长环非线性反射镜的非线性调节器的原理图。

图3为本发明的一种基于频谱剪裁的长环非线性反射镜的超短脉冲激光振荡器的原理图。

附图标记分别为：

泵浦源--10，波分复用器--11，增益光纤--12，频谱剪裁器--13，相移器--14，非线性长环--15，第一耦合器--16，第二耦合器--17，光纤反射镜--18。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。以下结合附图对本发明进行详细的描述。

实施例一

如图1所示，本发明提供的一种频谱剪裁的长环非线性反射镜，包括非线性长环15、频谱剪裁器13和第一耦合器16，所述第一耦合器16与所述非线性长环15连接，所述非线性长环15与所述频谱剪裁器13连接，所述频谱剪裁器13与所述第一耦合器16连接，所述第一耦合器16将入射光分为逆时针和顺时针两束光，逆时针和顺时针两束光分别通过所述非线性长环15、所述频谱剪裁器13到达所述第一耦合器16射出，与传统的反射镜相比，本发明的非线性长环15可有效的降低光束的锁模阈值和重复频率，并且本发明的频谱剪裁器13可以有效的抑制弧子边带及自发辐射的产生，保证长环非线性反射镜输出脉冲频谱干净，有效的降低了自发辐射产生的噪音，还有可通过对入射光频率和相位的控制，使得本发明的第一耦合器16射出的光满足高精度、高灵敏度的光学频谱整形、光谱调制、非线性频谱调制、光谱滤波、超快脉冲调制等。

具体地，本发明的入射光经第一耦合器16将入射光分为逆时针和顺时针两束光，其中一束光先通过非线性长环15，然后通过频谱剪裁器13，而另一束光先通过频谱剪裁器13，再通过非线性长环15，之后两束光同时到达第一耦合器16发生干涉，在入射光相向的方向产生出射光，其出射光的幅度和相位，即频谱剪裁的长环非线性反射镜的反射率及相移，取决于非线性长环15和频谱剪裁器13内光场的干涉，可通过控制非线性长环15和频谱剪裁器13内的光场，使得频谱剪裁的长环非线性反射镜产生不同的出射光，使得入射光产生非对称的非线性相移、非对称频谱剪裁、非对称频谱展宽等、非对称的多模式非线性耦合等多种效应，产生非线性频谱调制与非线性干涉，非线性长环15和频谱剪裁器13的非线性干涉仪，使得出射的反射光依赖于入射光场场强的非线性程度更为敏锐，相对于常规的非线性反射镜，频谱剪裁的长环非线性反射镜在更低的光场强度下即可产生非线性反射与非线性频谱调制，本实施例中，所述频谱剪裁器13为频谱调制器、线性滤波器、非线性滤波器、频谱调制器、宽带频谱滤波器或窄带频谱滤波器中的一种，以包含窄带频谱滤波器的频谱剪裁的长环非线性反射镜为例，入射光经顺时针与逆时针光路分别经过窄带频谱滤波后通过非线性长环15，出射光的频展展宽及非线性相移等表现出明显的方向非对称性，经非线性长环15、频谱剪裁器13干涉后，反射光是高度非线性依赖于入射光场强的。

本实施例中，所述第一耦合器为2×2四端口的光纤耦合器，所述第一耦合器分束比为50:50，用于实现激光的分束及耦合。所述频谱剪裁器13谓光纤型或空间型频谱剪裁器13，所述非线性长环15为大于200米的的具有高非线性系数的光纤或非线性光学介质。

实施例二

如图2所示，本发明提供的一种基于频谱剪裁的长环非线性反射镜的非线性调节器，包括非线性长环15、频谱剪裁器13、第一耦合器16和第二耦合器17，所述第一耦合器16与所述非线性长环15连接，所述非线性长环15与所述频谱剪裁器13连接，所述频谱剪裁器13与所述第一耦合器16连接，所述第二耦合器17和所述第一耦合器16连接，同理，本非线性调节器的第一耦合器16将入射光分为逆时针和顺时针两束光，两束光分别不同的顺序经过非线性长环15、频谱剪裁器13之后在第一耦合器16处发生干涉，干涉之后的光束经第二耦合器17射出，本发明的非线性调节器通过非线性长环15、频谱剪裁器13可实现高精度、高灵敏度的光学频谱整形、光谱调制、非线性频谱调制、光谱滤波、超快脉冲调制等。

非线性长环15用于提供非线性相移、多模式光场非线性耦合、非线性频谱展宽。优选地，长光纤15可以为单模光纤、多模光纤、非线性光纤、光子晶体光纤中的任一一种，本实施例中非线性长环15采用1550nm波段标准的单模保偏光纤。

本实施例中，所述频谱剪裁器13为光纤耦合频谱剪裁器13，所述第一耦合器16为2×2四端口光纤耦合器，所述第一耦合器分束比优选为50:50，所述第二耦合器17为1×2三端口光纤耦合器，所述第二耦合器17的分束比为5:95，第一耦合器16用于将入射光分束和将分束之后的光束进行耦合，并将耦合之后的光束发射至第二耦合器17，第二耦合器17用于将光束形成发射光之后发射出和用于探测发射出的发射光的参数。

本实施例中，所述非线性调节器还包括第一光放大器和第二光放大器，所述第一光放大器的输入端与所述第一耦合器16连接，所述第一光放大器的输出端与所述频谱剪裁器13连接，所述第二光放大器的输入端与所述第一耦合器16连接，所述第二光放大器的输出端与所述第二耦合器17连接，第一光放大器和第二放大器分别将通过频谱剪裁的长环非线性反射镜内部的光束调整功率，使得本非线性调节器的发射光更加精准和可靠。

实施例三

如图3所示，本发明提供的一种基于频谱剪裁的长环非线性反射镜的超短脉冲激光振荡器，包括非线性长环15、频谱剪裁器13、相移器14、第一耦合器16、第二耦合器17、光纤反射镜18、增益光纤12、波分复用器11和泵浦源10，所述波分复用器11的一端分别与连接所述泵浦源10、所述频谱剪裁器13连接，所述波分复用器11的另一端与所述增益光纤12连接，所述频谱剪裁器13与所述相移器14连接，所述相移器14与所述非线性长环15连接，所述非线性长环15与所述第一耦合器16连接，所述第一耦合器16与所述第二耦合器17连接，所述第二耦合器17与所述光纤反射镜18连接。

本超短脉冲激光振荡器的泵浦源10为中心波长为976nm的半导体激光二极管，输出方式为单模光纤输出，最大输出功率为200mW，作为本发明中光纤激光器的泵浦源10，泵浦源10输出泵浦激光，并耦合入波分复用器11，增益光纤12收到泵浦源10产生的激光束激发后辐射出波长范围在1500-1600nm的自发辐射激光，增益光纤12自发辐射产生的激光经频谱剪裁器13、相移器14和第一耦合器16之后部分形成杂散光射出、主要部分输送至第二耦合器17，第二耦合器17接收的光束一部分用于探测发射出的发射光的参数、另一部分发射至光纤反射镜原路返回形成振荡回路，最后形成稳定的锁模脉冲。

本实施例中，所述波分复用器11为三端口光纤波分复用器11，所述增益光纤12为纤芯掺杂铒离子的光纤，所述频谱剪裁器13为光纤耦合窄带光谱滤波器，通带波长带宽为2nm，中心波长1550nm，所述相移器14为非互易性相移器14。

本实施例中，所述第一耦合器16为2×2四端口光纤耦合器，所述第二耦合器17为1×2三端口光纤耦合器，所述第一耦合器16的分束比为50:50，所述第二耦合器17的分束比为5:95，所述光纤反射镜18为光纤光耦反射镜。

以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种频谱剪裁的长环非线性反射镜，其特征在于：包括非线性长环、频谱剪裁器和第一耦合器，所述第一耦合器与所述非线性长环连接，所述非线性长环与所述频谱剪裁器连接，所述频谱剪裁器与所述第一耦合器连接，所述第一耦合器将入射光分为逆时针和顺时针两束光，逆时针和顺时针两束光分别通过所述非线性长环、所述频谱剪裁器到达所述第一耦合器射出。

2.根据权利要求1所述的一种频谱剪裁的长环非线性反射镜，其特征在于：所述频谱剪裁器为频谱调制器、线性滤波器、非线性滤波器、频谱调制器、宽带频谱滤波器或窄带频谱滤波器中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种频谱剪裁的长环非线性反射镜，其特征在于：所述的第一耦合器为2×2四端口的光纤耦合器，分束比优选为50:50，所述频谱剪裁器为光纤型或空间型频谱剪裁器，所述非线性长环为大于200米且具有高非线性系数光纤或非线性光学介质。

4.一种基于频谱剪裁的长环非线性反射镜的非线性调节器，其特征在于：包括非线性长环、频谱剪裁器、第一耦合器和第二耦合器，所述第一耦合器与所述非线性长环连接，所述非线性长环与所述频谱剪裁器连接，所述频谱剪裁器与所述第一耦合器连接，所述第二耦合器和所述第一耦合器连接。

5.根据权利要求4所述的一种基于频谱剪裁的长环非线性反射镜的非线性调节器，其特征在于：所述非线性长环为大于200米的单模光纤、多模光纤、非线性光纤、光子晶体光纤中的任一一种。

6.根据权利要求4所述的一种基于频谱剪裁的长环非线性反射镜的非线性调节器，其特征在于：所述频谱剪裁器为光纤耦合频谱剪裁器，所述第一耦合器为2×2四端口光纤耦合器，所述第一耦合器的分束比优选为50:50，所述第二耦合器为1×2三端口光纤耦合器，所述第二耦合器的分束比为5:95。

7.根据权利要求4所述的一种基于频谱剪裁的长环非线性反射镜的非线性调节器，其特征在于：所述非线性调节器还包括第一光放大器和第二光放大器，所述第一光放大器的输入端与所述第一耦合器连接，所述第一光放大器的输出端与所述频谱剪裁器连接，所述第二光放大器的输入端与所述第一耦合器连接，所述第二光放大器的输出端与所述第二耦合器连接。

8.一种基于频谱剪裁的长环非线性反射镜的超短脉冲激光振荡器，其特征在于：包括非线性长环、频谱剪裁器、相移器、第一耦合器、第二耦合器、光纤反射镜、增益光纤、波分复用器和泵浦源，所述波分复用器的一端分别与连接所述泵浦源、所述频谱剪裁器连接，所述波分复用器的另一端与所述增益光纤连接，所述频谱剪裁器与所述相移器连接，所述相移器与所述非线性长环连接，所述非线性长环与所述第一耦合器连接，所述第一耦合器与所述第二耦合器连接，所述第二耦合器与所述光纤反射镜连接。

9.根据权利要求8所述的一种基于频谱剪裁的长环非线性反射镜的超短脉冲激光振荡器，其特征在于：所述波分复用器为三端口光纤波分复用器，所述增益光纤为纤芯掺杂铒离子的光纤，所述频谱剪裁器为光纤耦合窄带光谱滤波器，所述相移器为非互易性相移器。

10.根据权利要求8所述的一种基于频谱剪裁的长环非线性反射镜的超短脉冲激光振荡器，其特征在于：所述第一耦合器为2×2四端口光纤耦合器，所述第一耦合器的分束比优选为50:50，所述第二耦合器为1×2三端口光纤耦合器，所述第二耦合器的分光束为5:95，所述光纤反射镜为光纤光耦反射镜。