CN109698459A - 三色同步调q光纤激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种三色同步调Q光纤激光器，包括：全光纤环形谐振腔；所述全光纤环形谐振腔包括波长不同的第一环形腔、第二环形腔、第三环形腔；所述第一环形腔、第二环形腔、第三环形腔分别设置有泵浦源、波分复用器、增益光纤、光隔离器、可饱和吸收体、分束器。从而利用石墨烯材料的宽光谱调制特性，实现同一石墨烯可饱和吸收体在1060/1550nm和1550/1900nm处工作，达到了三种波长不同的激光同步调Q的目的，具有结构简单，操作方便的特点。

Description

三色同步调Q光纤激光器
技术领域
本发明涉及调Q光纤激光技术领域，具体地，涉及一种三色同步调Q光纤激光器。
背景技术
随着激光技术和激光产业的不断发展，激光器己被广泛应用于各个领域，涵盖工业、通信、医疗、军事和科研等领域，对人们的生产生活产生了巨大的影响。光纤激光器(Fiber Laser)是指用掺稀土元素光纤作为增益介质的激光器，具有其它传统的激光器所无法比拟的高转换效率、高输出功率、高光束质量、高稳定性、宽带可调性和易小型化、无需制冷、维护简单等特点，在国内的应用越来越普及。
双色同步调Q光纤激光器因在泵浦探测过程、非线性频率转换和拉曼散射光谱学等领域具有巨大的潜在应用，引起了各国科学家们研究的热潮。与主动调Q技术相比，被动调Q光纤激光器具有结构紧凑、成本适中、覆盖波段宽等优点。其中低维纳米材料作为可饱和吸收体(SA)被广泛应用在被动调Q光纤激光器中，例如金属离子掺杂晶体、半导体可饱和吸收镜(SESAM)、碳纳米管(CNT)、拓扑绝缘体(TI)、过渡金属硫族化合物(TMD)、石墨烯和黑磷(BP)等。在低维纳米材料中，二维纳米材料是其中的重要组成部分。这些二维材料主要包括二硫化钨、二硫化钼、石墨烯、拓扑绝缘体和黑磷等。二维材料在作为SA时，因其具有较好的可饱和吸收特性、恢复时间快、高损伤阈值、便于制备和光学集成等优点，所以基于新型二维材料可饱和吸收体光纤激光器的研究在国内外课题组的努力下取得飞速的发展。目前石墨烯被广泛应用于激光领域，基于零带隙石墨烯的宽谱非线性吸收特性，将其作为SA插入激光器中调制各种不同波长的激光，可以实现多色调Q和锁模脉冲光纤激光输出，因此成为国际研究的热点并得到学术界的广泛认可。
但是，至今三色同步调Q激光器少有报道，因此开发一种低成本的三色同步调Q光纤激光器显得非常重要。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种三色同步调Q光纤激光器。
根据本发明提供的
第一方面，本发明实施例提供一种三色同步调Q光纤激光器，包括：全光纤环形谐振腔；所述全光纤环形谐振腔包括波长不同的第一环形腔、第二环形腔、第三环形腔；所述第一环形腔、第二环形腔、第三环形腔分别设置有泵浦源、波分复用器、增益光纤、光隔离器、可饱和吸收体、分束器。
可选地，所述第一环形腔为1060nm波长激光的环形谐振腔；所述第二环形腔为1550nm波长激光的环形谐振腔；所述第三环形腔为1900nm波长激光的环形谐振腔。
可选地，所述泵浦源为半导体泵浦源，包括：976nm的泵浦源，或者793nm的泵浦源。
可选地，所述波分复用器，用于对不同波长的激光进行耦合/分离处理。
可选地，所述可饱和吸收体为石墨烯可饱和吸收体。
可选地，所述分束器的输出比为20∶80。
可选地，所述增益光纤，包括：掺镱光纤、掺铒光纤和掺铥光纤。
可选地，所述第一环形腔包括：976nm的泵浦源、976/1060nm波分复用器、掺镱光纤、1060nm光隔离器、1060/1550nm波分复用器、可饱和吸收体、1060nm的分束器；
所述第二环形腔包括：976nm的泵浦源、976/1550nm波分复用器、掺铒光纤、1550nm光隔离器、1060/1550nm波分复用器、1550/1900nm波分复用器、可饱和吸收体、1550nm的分束器；
所述第三环形腔包括：793nm的泵浦源、793/1900nm波分复用器、掺铥光纤、1900nm光隔离器、1550/1900nm波分复用器、可饱和吸收体、1900nm的分束器。
可选地，所述第一环形腔与所述第二环形腔共用1060/1550nm波分复用器，以及共用设置于所述两个1060/1550nm波分复用器中间的可饱和吸收体；
所述第二环形腔与所述第三环形腔共用1550/1900nm波分复用器，以及共用设置于所述两个1550/1900nm波分复用器中间的可饱和吸收体。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明提供了一种三色同步调Q光纤激光器，包括：全光纤环形谐振腔；所述全光纤环形谐振腔包括波长不同的第一环形腔、第二环形腔、第三环形腔；所述第一环形腔、第二环形腔、第三环形腔分别设置有泵浦源、波分复用器、增益光纤、光隔离器、可饱和吸收体、分束器。从而利用石墨烯材料的宽光谱调制特性，实现同一石墨烯可饱和吸收体在1060/1550nm和1550/1900nm处工作，达到了三种波长不同的激光同步调Q的目的，具有结构简单，操作方便的特点。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例提供的三色同步调Q光纤激光器的结构示意图。
图中：1为1060nm的20∶80分束器，2为1550nm的20∶80分束器，3为1900nm的20∶80分束器，4为976nm泵浦源，5为976/1060nm波分复用器，6为高增益掺镱光纤(掺Yb光纤)，7为1060nm隔离器，8为1060/1550nm波分复用器，9为石墨烯可饱和吸收体，10为1550nm隔离器，11为高增益掺铒光纤(掺Er光纤)，12为976/1550nm波分复用器，13为1550/1900nm波分复用器，14为1900nm隔离器，15为高增益掺铥光纤(掺Tm光纤)，16为793/1900nm波分复用器，17为793nm泵浦源。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明实施例提供一种三色同步调Q光纤激光器，包括：全光纤环形谐振腔；全光纤环形谐振腔包括波长不同的第一环形腔、第二环形腔、第三环形腔；第一环形腔、第二环形腔、第三环形腔分别设置有泵浦源、波分复用器、增益光纤、光隔离器、可饱和吸收体、分束器。
可选地，第一环形腔为1060nm波长激光的环形谐振腔；第二环形腔为1550nm波长激光的环形谐振腔；第三环形腔为1900nm波长激光的环形谐振腔。
具体地，图1为本发明实施例提供的三色同步调Q光纤激光器的结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供的三色同步调Q光纤激光器，包括：1060nm的20∶80分束器1、1550nm的20∶80分束器2、1900nm的20∶80分束器3、976nm泵浦源4、976/1060nm波分复用器5、高增益掺镱光纤(掺Yb光纤)6、1060nm隔离器7、1060/1550nm波分复用器8、石墨烯可饱和吸收体9、1550nm隔离器10、高增益掺铒光纤(掺Er光纤)11、976/1550nm波分复用器12、1550/1900nm波分复用器13、1900nm隔离器14、高增益掺铥光纤(掺Tm光纤)15、793/1900nm波分复用器16、793nm泵浦源17。
三个环形谐振腔，分别为掺Yb光纤、掺Er光纤和掺Tm光纤激光腔体，分别充当1060nm波长、1550nm波长和1900nm波长激光的谐振腔。976nm和793nm的泵浦光通过波分复用器的泵浦输入端注入两个环形腔的公共部分，分束器的输出端用于输出腔内振荡产生的同步调Q脉冲。Yb光纤、Er光纤、Tm光纤均为单包层单模光纤，长度为1米左右。
两个石墨烯饱和吸收体分别被加入到1060/1550nm和1550/1900nm两对环形腔的交叠区域中。其中掺Er光纤与掺Yb光纤两个腔体共用放置在两个1060/1550nm波分复用器中间的石墨烯饱和吸收体，掺Er光纤与掺Tm光纤两个腔体共用放置在两个1550/1900nm波分复用器中间的石墨烯饱和吸收体。由于石墨烯的宽光谱调制特性，可以实现三个波段光纤激光的同时调制，从而实现三色输出。通过适当地调节三个激光谐振腔的泵浦功率，三色同步被动调Q光纤激光器重复频率就能连续可调，三个腔体的调Q脉冲可完全重合在一起，从而实现同步调Q操作。因为石墨烯很薄，需要用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)来覆盖，制成少层的石墨烯薄膜，这样调制深度就越大，调Q越容易自启动，脉冲就更窄。
当976nm的泵浦光由976/1060nm波分复用器进入到掺Yb光纤中时，将激发光纤中的Yb离子，产生以1060nm为中心波长的激光。光通过1060nm隔离器后使激光沿逆时针方向单向传播，进入1060/1550nm波分复用器。当976nm的泵浦光由976/1550nm波分复用器进入到掺Er光纤中时，将激发光纤中的Er离子，产生以1550nm为中心波长的激光。光通过隔离器后使激光沿顺时针方向单向传播，进入1060/1550nm波分复用器。两束光重新合束在一起，共同进入石墨烯可饱和吸收体，然后又经过1060/1550nm波分复用器分束激光，各自进入各自的输出耦合器，将80％的激光耦合输出。
当793nm的泵浦光由1550/1900nm波分复用器进入到掺Tm光纤中时，将激发光纤中的Tm离子，产生以1900nm为中心波长的激光。光通过隔离器后使激光沿逆时针方向单向传播，进入1550/1900nm波分复用器。1550nm和1900nm两束激光重新合束在一起，共同进入石墨烯可饱和吸收体，然后又经过1550/1900nm波分复用器分束激光，各自进入各自的输出耦合器，将80％的激光耦合输出。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种三色同步调Q光纤激光器，其特征在于，包括：全光纤环形谐振腔；所述全光纤环形谐振腔包括波长不同的第一环形腔、第二环形腔、第三环形腔；所述第一环形腔、第二环形腔、第三环形腔分别设置有泵浦源、波分复用器、增益光纤、光隔离器、可饱和吸收体、分束器。
2.根据权利要求1所述的三色同步调Q光纤激光器，其特征在于，所述第一环形腔为1060nm波长激光的环形谐振腔；所述第二环形腔为1550nm波长激光的环形谐振腔；所述第三环形腔为1900nm波长激光的环形谐振腔。
3.根据权利要求1所述的三色同步调Q光纤激光器，其特征在于，所述泵浦源为半导体泵浦源，包括：976nm的泵浦源，或者793nm的泵浦源。
4.根据权利要求1所述的三色同步调Q光纤激光器，其特征在于，所述波分复用器，用于对不同波长的激光进行耦合/分离处理。
5.根据权利要求1所述的三色同步调Q光纤激光器，其特征在于，所述可饱和吸收体为石墨烯可饱和吸收体。
6.根据权利要求1所述的三色同步调Q光纤激光器，其特征在于，所述分束器的输出比为20∶80。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的三色同步调Q光纤激光器，其特征在于，所述增益光纤，包括：掺镱光纤、掺铒光纤和掺铥光纤。
8.根据权利要求7所述的三色同步调Q光纤激光器，其特征在于，所述第一环形腔包括：976nm的泵浦源、976/1060nm波分复用器、掺镱光纤、1060nm光隔离器、1060/1550nm波分复用器、可饱和吸收体、1060nm的分束器；
所述第二环形腔包括：976nm的泵浦源、976/1550nm波分复用器、掺铒光纤、1550nm光隔离器、1060/1550nm波分复用器、1550/1900nm波分复用器、可饱和吸收体、1550nm的分束器；
所述第三环形腔包括：793nm的泵浦源、793/1900nm波分复用器、掺铥光纤、1900nm光隔离器、1550/1900nm波分复用器、可饱和吸收体、1900nm的分束器。
9.根据权利要求8所述的三色同步调Q光纤激光器，其特征在于，所述第一环形腔与所述第二环形腔共用1060/1550nm波分复用器，以及共用设置于所述两个1060/1550nm波分复用器中间的可饱和吸收体；
所述第二环形腔与所述第三环形腔共用1550/1900nm波分复用器，以及共用设置于所述两个1550/1900nm波分复用器中间的可饱和吸收体。
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