CN109802284A - 基于npr技术的高能量掺铥光纤激光器 - Google Patents

Abstract

基于NPR技术的高能量掺铥光纤激光器，属于光信息技术领域，为了解决现有掺铥光纤激光器产生传统孤子能量低和高能量光纤激光器结构复杂的技术问题，激光泵浦源与波分复用器的a端连接，波分复用器的b端和c端分别与单模高掺杂铥光纤和单模光纤的一端连接，单模高掺杂铥光纤的另一端和耦合器的d1端连接，耦合器的d2端和可调超高数值孔径光纤连接，可调超高数值孔径光纤的另一端和偏振相关隔离器的e1端连接，偏振相关隔离器的e2端和偏振控制器连接，偏振控制器的另一端和单模光纤连接，形成全光纤激光环形腔结构；本发明在激光通信、光纤传感、激光医疗手术、太赫兹波产生等领域具有较好的应用前景。

Description

基于NPR技术的高能量掺铥光纤激光器

技术领域

本发明涉及一种基于非线性偏振旋转(NPR)技术的高能量掺铥光纤激光器，属于光信息技术领域。

背景技术

掺铥光纤激光器工作在人眼安全波段，在激光雷达、遥感、医疗、自由空间光通信等领域具有较好的应用前景，已成为当今最具发展潜力的激光技术之一。

高能量掺铥光纤激光器，相对于光纤放大系统，光纤锁模激光器具有更低的噪声，同时减小了系统的复杂程度和维护成本。

目前关于高能量掺铥光纤激光器的发明与研究尚处于起步阶段，现有的高能量掺铥光纤激光器主要有以下几种方案：1、采用高功率泵浦产生高能量的类噪声脉冲；2、通过色散管理产生高能量的展宽脉冲；3、通过色散管理产生高能量的耗散型孤子脉冲。高能量的界定是与传统孤子能量对比，由于边带的存在，传统孤子的能量往往小于0.1nJ。方案2与方案3均属于通过色散管理的方法抑制边带的产生，从而实现脉冲的高能量，但是谐振腔设计复杂。方案1所得到的高能量脉冲受限于脉宽太大，并且类噪声脉冲是有无数飞秒脉冲组合而成，难以应用。因此，简化谐振腔设计难度同时有效的抑制边带产生，是提高高能量光纤激光器性能，降低成本的最有效方法。

发明内容

本发明为了解决现有掺铥光纤激光器产生传统孤子能量低和高能量光纤激光器结构复杂的技术问题，提出了一种基于NPR技术的高能量掺铥光纤激光器。

本发明解决技术问题的技术方案如下：

基于NPR技术的高能量掺铥光纤激光器，其特征是，其包括激光泵浦源、波分复用器、单模高掺杂铥光纤、耦合器、可调超高数值孔径光纤、偏振相关隔离器、偏振控制器和单模光纤；

激光泵浦源与波分复用器的a端连接，波分复用器的b端和c端分别与单模高掺杂铥光纤和单模光纤的一端连接，单模高掺杂铥光纤的另一端和耦合器的d1端连接，耦合器的d2端和可调超高数值孔径光纤连接，可调超高数值孔径光纤的另一端和偏振相关隔离器的e1端连接，偏振相关隔离器的e2端和偏振控制器连接，偏振控制器的另一端和单模光纤连接，形成全光纤激光环形腔结构。

可调超高数值孔径光纤是将超高数值孔径光纤缠绕在三环式偏振控制器内部。

激光泵浦源采用1565nm的半导体激光器，最大输出为1W。

波分复用器的a、b、c端分别为1570nm端、公共端和2000nm端。

单模高掺杂铥光纤长度为18cm，超高数值孔径光纤长度为2m，单模光纤长度为1.95m。

本发明的有益效果：本发明通过优化谐振腔设计，很大程度提高了输出脉冲的能量，降低了噪声，简化了结构，通过增加激光泵浦源的功率和调节第一偏振控制器和第二偏振控制器的旋向，实现从传统孤子到高斯孤子的转换。与传统孤子相比，高斯孤子的光谱更宽，限制脉冲能量提升的边带得到了很好的抑制，脉冲能量从0.079nJ提升到了1.38nJ，峰值功率从131.4W提升到了2.67kW，而且输出激光稳定性得到了提高，信噪比超过了60dB。

本发明结构简单、成本低、稳定性高，在激光通信、光纤传感、激光医疗手术、太赫兹波产生等领域具有较好的应用前景。

附图说明

图1为本发明基于NPR技术的高能量掺铥光纤激光器结构示意图。

图2为本发明所述激光器输出脉冲中心波长1987.9nm的高斯孤子光谱。

图3为本发明所述激光器输出脉冲的高斯孤子脉冲自相关迹。

图4(a)为本发明所述激光器输出脉冲50MHz范围的频谱；(b)为输出脉冲500MHz范围的频谱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细说明。

如图1所示，基于NPR技术的高能量掺铥光纤激光器，包括激光泵浦源1、波分复用器2、单模高掺杂铥光纤3、耦合器4、可调超高数值孔径光纤5、偏振相关隔离器6、偏振控制器7和单模光纤8。可调超高数值孔径光纤5包括超高数值孔径光纤5-1和三环式偏振控制器5-2，超高数值孔径光纤5-1缠绕在三环式偏振控制器5-2内部。

该激光器的各部件连接均采用光纤熔接，激光泵浦源1与波分复用器2的a端连接，波分复用器2的b端和c端分别与单模高掺杂铥光纤3和单模光纤8的一端连接，单模高掺杂铥光纤3的另一端和耦合器4的d1端连接，耦合器4的d2端和可调超高数值孔径光纤5连接，可调超高数值孔径光纤5的另一端和偏振相关隔离器6的e1端连接，偏振相关隔离器6的e2端和偏振控制器7连接，偏振控制器7的另一端和单模光纤8连接，形成全光纤激光环形腔结构。

激光泵浦源1为1565nm半导体激光器，最大输出为1W。波分复用器2的a、b、c端分别为1570nm端、公共端、2000nm端。单模高掺杂铥光纤3长度优选18cm，超高数值孔径光纤5-1长度优选2m，单模光纤8长度优选1.95m，使腔内净色散值达到产生高斯孤子的条件。

本发明中NPR结构包括可调超高数值孔径光纤5、偏振相关隔离器6和偏振控制器7，可调超高数值孔径光纤5的一端和偏振相关隔离器6的e1端连接，偏振相关隔离器6的e2端和偏振控制器7连接，构成NPR人工可饱和吸收体结构。

开启激光泵浦源1，在180mW-1W范围内调节激光泵浦源1的功率。泵浦光通过波分复用器2注入18cm单模高掺杂铥光纤3，产生的2μm波段正向放大自发辐射光通过耦合器4的d1端注入，并在耦合器4内部分成强度不同两部分，10％的部分从d3端输出，90％的部分注入可调超高数值孔径光纤5、偏振相关隔离器6和偏振控制器7所组成的NPR人工可饱和吸收体，通过调节可调超高数值孔径光纤5中的三环式偏振控制器5-2和偏振控制器7的旋向，产生锁模脉冲，产生的脉冲光经过单模光纤8，并再次经过高掺杂铥光纤3获得增益后到达耦合器4，小部分的脉冲光会通过耦合器4的d3端输出，剩下的部分会在环形谐振腔里继续振荡。

图2本发明所述激光器输出脉冲中心波长为1987.9nm的高斯孤子光谱，其3dB线宽为12.52nm；光谱光滑，没有Kelly边带产生。

图3本发明所述激光器输出脉冲的高斯孤子脉冲自相关迹，并采用高斯和双曲正割两种拟合方式，高斯拟合效果更好，证明了高斯孤子脉冲是高斯型，其脉宽为947fs，对应的脉冲能量和峰值功率分别为1.38nJ和2.67kW。

图4中(a)为本发明所述激光器输出脉冲50MHz范围的频谱，其信噪比大于60dB；(b)为输出脉冲500MHz范围的频谱，说明高斯孤子具有长期的稳定性。

Claims (5)

1.基于NPR技术的高能量掺铥光纤激光器，其特征是，其包括激光泵浦源(1)、波分复用器(2)、单模高掺杂铥光纤(3)、耦合器(4)、可调超高数值孔径光纤(5)、偏振相关隔离器(6)、偏振控制器(7)和单模光纤(8)；

激光泵浦源(1)与波分复用器(2)的a端连接，波分复用器(2)的b端和c端分别与单模高掺杂铥光纤(3)和单模光纤(8)的一端连接，单模高掺杂铥光纤(3)的另一端和耦合器(4)的d1端连接，耦合器(4)的d2端和可调超高数值孔径光纤(5)连接，可调超高数值孔径光纤(5)的另一端和偏振相关隔离器(6)的e1端连接，偏振相关隔离器(6)的e2端和偏振控制器(7)连接，偏振控制器(7)的另一端和单模光纤(8)连接，形成全光纤激光环形腔结构。

2.根据权利要求1所述的基于NPR技术的高能量掺铥光纤激光器，其特征在于，可调超高数值孔径光纤(5)是将超高数值孔径光纤(5-1)缠绕在三环式偏振控制器(5-2)内部。

3.根据权利要求1所述的基于NPR技术的高能量掺铥光纤激光器，其特征在于，激光泵浦源(1)采用1565nm的半导体激光器，最大输出为1W。

4.根据权利要求1所述的基于NPR技术的高能量掺铥光纤激光器，其特征在于，波分复用器(2)的a、b、c端分别为1570nm端、公共端和2000nm端。

5.根据权利要求2所述的基于NPR技术的高能量掺铥光纤激光器，其特征在于，单模高掺杂铥光纤(3)长度为18cm，超高数值孔径光纤(5-1)长度为2m，单模光纤(8)长度为1.95m。