CN110137790A - 周期分岔的耗散孤子共振型脉冲光纤激光器及产生方法 - Google Patents

周期分岔的耗散孤子共振型脉冲光纤激光器及产生方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种周期分岔的耗散孤子共振型脉冲光纤激光器，包括泵浦源、波分复用耦合器、掺镱增益光纤、隔离器、第一输出耦合器、第一偏振控制器和光纤非线性环形反射镜；泵浦源的输出端连接波分复用耦合器的输入端，波分复用耦合器、掺镱增益光纤、隔离器、第一输出耦合器、第一偏振控制器和光纤非线性环形反射镜依次连接形成光纤环形腔，其中，光纤非线性环形反射镜包括第二输出耦合器，第二输出耦合器的两个输出端口之间连接有单模光纤和第二偏振控制器，第二输出耦合器的两个输入端口分别连接第一偏振控制器和波分复用耦合器。同时公开了周期分岔的耗散孤子共振型脉冲产生方法。本发明实现周期分岔的耗散孤子共振型脉冲光脉冲输出。

Description

周期分岔的耗散孤子共振型脉冲光纤激光器及产生方法
技术领域
本发明涉及一种周期分岔的耗散孤子共振型脉冲光纤激光器及产生方法，属于激光技术领域。
背景技术
超快激光器中的周期分岔是指输出脉冲的参数以腔长的倍数为固定周期重复出现[Infrared and Laser Engineering, 2018, 47(8): 803002-0803002(9)]。周期分岔是非线性系统的本征特性之一，广泛存在于所有非线性系统。超快光纤激光器作为非线性系统的典型代表，周期分岔现象较容易实现。周期分岔现象的最简单应用是可以在一个激光器中同时实现两种或多种不同的稳态输出。
2008年，Chang等人[Phys. Rev. A 78, 023830 (2008)]首次在具有特定参数设置的复杂CGLE框架中提出了“耗散孤子共振”的概念。耗散孤子共振型脉冲的性质随之得到广泛研究。耗散孤子共振型脉冲由于具有峰值功率低，脉宽可在ps到ns范围调节等优点，因此是脉冲放大的理想种子源。
但是，周期分岔的耗散孤子共振型脉冲的产生还未见诸文献。
发明内容
本发明提供了一种周期分岔的耗散孤子共振型脉冲光纤激光器及产生方法，解决了背景技术中披露的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
周期分岔的耗散孤子共振型脉冲光纤激光器，包括泵浦源、波分复用耦合器、掺镱增益光纤、隔离器、第一输出耦合器、第一偏振控制器和光纤非线性环形反射镜；
泵浦源的输出端连接波分复用耦合器的输入端，波分复用耦合器、掺镱增益光纤、隔离器、第一输出耦合器、第一偏振控制器和光纤非线性环形反射镜依次连接形成光纤环形腔，其中，光纤非线性环形反射镜包括第二输出耦合器，第二输出耦合器的两个输出端口之间连接有单模光纤和第二偏振控制器，第二输出耦合器的两个输入端口分别连接第一偏振控制器和波分复用耦合器。
泵浦源采用半导体激光器，波长为974nm~980nm。
隔离器为带有光纤尾纤的偏振无关隔离器，隔离器方向与泵浦光方向相反。
第一输出耦合器采用80：20光纤耦合器。
第二输出耦合器采用70：30光纤耦合器。
单模光纤为单模被动光纤。
第一偏振控制器和第二偏振控制器采用三环式偏振控制器或挤压式偏振控制器。
一种激光器产生周期分岔的耗散孤子共振型脉冲方法，其特征在于：包括，
选择特定长度的单模光纤，使脉冲在腔内传输时可以积累特定范围内的非线性相移；
调节第一偏振控制器和第二偏振控制器，实现耗散孤子共振型脉冲；
调节第一偏振控制器，调节耗散孤子共振型脉冲的峰值功率；
增加泵浦源功率，实现周期分岔的耗散孤子共振型脉冲。
泵浦源功率持续增加至阈值上限，响应于耗散孤子共振型脉冲被破坏，周期分岔的耗散孤子共振型脉冲消失。
本发明所达到的有益效果：本发明实现周期分岔的耗散孤子共振型脉冲光脉冲输出。
附图说明
图1为本发明激光器的结构组成示意图；
图2为处于周期一和周期二的耗散孤子共振型脉冲序列对比；
图3为处于周期一和周期二的耗散孤子共振型脉冲序列的RF谱测量结果对比；
图4为周期分岔时，不同泵浦水平下，高峰值功率耗散孤子共振型脉冲的局部放大图；
图5为为周期分岔时，不同泵浦水平下，低峰值功率耗散孤子共振型脉冲的局部放大图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，周期分岔的耗散孤子共振型脉冲光纤激光器，包括泵浦源1、波分复用耦合器2、掺镱增益光纤3、隔离器4、第一输出耦合器5、第一偏振控制器6和光纤非线性环形反射镜。
泵浦源1的输出端连接波分复用耦合器2的输入端，波分复用耦合器2、掺镱增益光纤3、隔离器4、第一输出耦合器5、第一偏振控制器6和光纤非线性环形反射镜依次连接形成光纤环形腔。
泵浦源1采用单模被动光纤耦合的半导体激光器，波长范围为974 nm~980nm，最大输出功率750mW，波分复用耦合器2的工作波长是980/1030 nm，泵浦源1通过波分复用耦合器2把泵浦光注入光纤环形腔。
掺镱增益光纤3采用50 cm长的掺镱光纤作为激光增益介质，可采用Coractive公司型号为YB501的掺镱光纤。
隔离器4为带有光纤尾纤的偏振无关隔离器，隔离器4方向与泵浦光方向相反，隔离度大于25dB，中心波长为1030nm，尾纤型号为1060XP。
第一输出耦合器5采用80：20光纤耦合器，其中输出端为20%。
第一偏振控制器6采用三环式偏振控制器，采用Thorlabs公司，型号为FPC560，也可采用挤压式偏振控制器。
光纤非线性环形反射镜包括第二输出耦合器7，第二输出耦合器7的两个输出端口之间连接有特定长度的单模光纤8和第二偏振控制器9，第二输出耦合器7的两个输入端口分别连接第一偏振控制器6和波分复用耦合器2。
第二输出耦合器7采用70：30光纤耦合器，单模光纤8采用200m长的普通单模被动光纤，可采用Nufern公司型号为1060XP的单模被动光纤；第二偏振控制器9采用三环式偏振控制器，采用Thorlabs公司，型号为FPC560，也可以采用挤压式偏振控制器。
上述激光器产生周期分岔的耗散孤子共振型脉冲方法，包括以下步骤：
步骤1，选择特定长度的单模光纤8，使脉冲在腔内传输时可以积累特定范围内的非线性相移。
步骤2，调节第一偏振控制器6和第二偏振控制器9，实现耗散孤子共振型脉冲，脉宽为ns量级。
通过调节第一偏振控制器6和第二偏振控制器9来改变光纤谐振腔和非线性环形反射镜内的双折射和腔内光偏振状态，通过调节腔内光偏振状态，经由非线性环形反射镜锁模实现耗散孤子共振型脉冲产生。
步骤3，调节第一偏振控制器6，微调第一偏振控制器6即可，调节耗散孤子共振型脉冲的峰值功率。
步骤4，选定脉冲峰值功率后，固定偏振控制器，增加泵浦源1功率，实现周期分岔的耗散孤子共振型脉冲；泵浦源1功率持续增加至阈值上限，响应于耗散孤子共振型脉冲被破坏，周期分岔的耗散孤子共振型脉冲消失，即周期分岔的耗散孤子共振型脉冲一致延续到耗散孤子共振型脉冲被破坏。
根据上述方法，结合实验器材进行试验，具体如下：
使用示波器测量获得的耗散孤子共振型脉冲的时间序列信号如图2，横坐标为时间（Time(μs)），纵坐标为光脉冲强度(Intensity(a. u.))。耗散孤子共振型脉冲的重复周期由激光器腔长决定，为1.11μs。图2a显示的是处于周期一的耗散孤子共振型脉冲序列，泵浦功率为24.5mW；图2b显示的是处于周期二的耗散孤子共振型脉冲序列，泵浦功率为360.1mW，处于周期二时，脉冲序列显示高峰值功率和低峰值功率的耗散孤子共振型脉冲交替出现。
使用电频谱分析仪测量获得的耗散孤子共振型脉冲序列的RF谱如图3，横坐标为重复频率（Frequency(MHz)），纵坐标为振幅强度(Amplitude(dBm))。图3a显示的是处于周期一的耗散孤子共振型脉冲序列的RF谱，泵浦功率为24.5mW；图3b显示的是处于周期二的耗散孤子共振型脉冲序列的RF谱，泵浦功率为360.1mW，处于周期二时，RF谱显示在对应周期翻倍（重复频率减半）的位置有新的频谱成分出现。
周期分岔时，不同泵浦水平下，高峰值功率耗散孤子共振型脉冲和低峰值功率耗散孤子共振型脉冲的局部放大图如图4和5，横坐标为时间（Time(ns)），纵坐标为光脉冲强度(Intensity(a. u.))。不同泵浦水平下，耗散孤子共振型脉冲的峰值功率在呈现周期分岔时依然保持不变，只是脉冲宽度相应线性变化。
在光纤激光器中，本发明实现的周期分岔的耗散孤子共振型脉冲输出，尚属首次。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.周期分岔的耗散孤子共振型脉冲光纤激光器，其特征在于：包括泵浦源、波分复用耦合器、掺镱增益光纤、隔离器、第一输出耦合器、第一偏振控制器和光纤非线性环形反射镜；
泵浦源的输出端连接波分复用耦合器的输入端，波分复用耦合器、掺镱增益光纤、隔离器、第一输出耦合器、第一偏振控制器和光纤非线性环形反射镜依次连接形成光纤环形腔，其中，光纤非线性环形反射镜包括第二输出耦合器，第二输出耦合器的两个输出端口之间连接有单模光纤和第二偏振控制器，第二输出耦合器的两个输入端口分别连接第一偏振控制器和波分复用耦合器。
2.根据权利要求1所述的周期分岔的耗散孤子共振型脉冲光纤激光器，其特征在于：泵浦源采用半导体激光器，波长为974nm~980nm。
3.根据权利要求1所述的周期分岔的耗散孤子共振型脉冲光纤激光器，其特征在于：隔离器为带有光纤尾纤的偏振无关隔离器，隔离器方向与泵浦光方向相反。
4.根据权利要求1所述的周期分岔的耗散孤子共振型脉冲光纤激光器，其特征在于：第一输出耦合器采用80：20光纤耦合器。
5.根据权利要求1所述的周期分岔的耗散孤子共振型脉冲光纤激光器，其特征在于：第二输出耦合器采用70：30光纤耦合器。
6.根据权利要求1所述的周期分岔的耗散孤子共振型脉冲光纤激光器，其特征在于：单模光纤为单模被动光纤。
7.根据权利要求1所述的周期分岔的耗散孤子共振型脉冲光纤激光器，其特征在于：第一偏振控制器和第二偏振控制器采用三环式偏振控制器或挤压式偏振控制器。
8.一种采用1~7任一激光器产生周期分岔的耗散孤子共振型脉冲方法，其特征在于：包括，
选择特定长度的单模光纤，使脉冲在腔内传输时可以积累特定范围内的非线性相移；
调节第一偏振控制器和第二偏振控制器，实现耗散孤子共振型脉冲；
调节第一偏振控制器，调节耗散孤子共振型脉冲的峰值功率；
增加泵浦源功率，实现周期分岔的耗散孤子共振型脉冲。
9.根据权利要求8所述的激光器产生周期分岔的耗散孤子共振型脉冲方法，其特征在于：泵浦源功率持续增加至阈值上限，响应于耗散孤子共振型脉冲被破坏，周期分岔的耗散孤子共振型脉冲消失。
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