CN110535016B - 一种基于光子晶体光纤的波长可调全光纤纳秒脉冲激光器及系统 - Google Patents

一种基于光子晶体光纤的波长可调全光纤纳秒脉冲激光器及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于光子晶体光纤的波长可调全光纤纳秒脉冲激光器及系统，该激光器包括通过光纤依次连接的泵浦光输入单元、隔离器、波长调谐单元、高非线性光纤、激光输出单元；其中，泵浦光输入单元通过光纤与激光输出单元连接；泵浦光输入单元还与外设泵浦光源连接，用以获得泵浦光对其进行耦合处理再得到信号光；隔离器用于保证激光运转单向性；波长调谐单元包括通过光纤依次连接的第一偏振控制器、光子晶体光纤、第二偏振控制器；高非线性光纤用于提高信号光的非线性和色散；激光输出单元用于基于信号光得到并输出超快脉冲激光。本发明结构简单，体积小，适用于通信等多种应用场合。

Description

一种基于光子晶体光纤的波长可调全光纤纳秒脉冲激光器及 系统
(一)技术领域
本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种基于光子晶体光纤的波长可调全光纤纳秒脉冲激光器及系统。
(二)背景技术
光子晶体光纤具有普通光纤不具备的独特特性，其光学非线性系数高，反常色散特性易于控制，可利用光子晶体光纤获得波长可调谐的激光脉冲。同时高非线性光纤可以增加信号光的非线性，进而实现纳秒脉冲的产生。基于光子晶体光纤的波长可调全光纤纳秒脉冲激光器具有结构简单、体积小、制造成本低等优点，可广泛应用于通信、材料加工、非线性光学等领域。因此现有的脉冲激光器在激光器结构、波长可调谐性等方面都有待进一步优化。
(三)发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种实现基于光子晶体光纤的波长可调全光纤纳秒脉冲激光器及系统的方法，体积小、结构简单、制造成本低，同时可实现波长可调以及纳秒脉冲输出。
第一方面，本发明实施例提供了一种基于光子晶体光纤的波长可调全光纤纳秒脉冲激光器，包括：通过光纤依次连接的泵浦光输入单元、隔离器、波长调谐单元、高非线性光纤、激光输出单元；其中泵浦光输入单元用以获取泵浦光对其进行耦合处理再得到信号光，隔离器用于保证激光运转单向性；波长调谐单元包括第一偏振控制器、光子晶体光纤、第二偏振控制器；高非线性光纤用于增加信号光的非线性；激光输出单元用于基于信号光得到超快脉冲激光，并将上述超快脉冲激光输出；通过光纤将泵浦输入单元与激光输出单元相连。构成全光纤环形结构。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，上述泵浦光输入单元包括通过光纤依次连接的波分复用器和增益光纤；其中，波分复用器用于连接外设泵浦光源以及对所获取泵浦光进行耦合处理；增益光纤用于基于泵浦光产生信号光。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中上述波长调谐单元包括第一偏振控制器、光子晶体光纤、第二偏振控制器；其中，第一第二偏振控制器均用于调谐光的偏振状态,并与光子晶体光纤一起，用于引起波长发生变化以实现波长调谐的功能。
结合第一方面，本发明实例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，采用高非线性光纤用于增加信号光的非线性和色散，以实现纳秒脉冲的输出。
结合第一方面，本发明实例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中上述激光输出单元包括通过光纤依次连接的锁模器件及输出耦合器；其中锁模器件用于基于信号光得到超快脉冲激光；输出耦合器用于输出超快脉冲激光。
结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中上述锁模器件可为半导体可饱和吸收镜，非线性偏振旋转，可饱和吸收体等；其中，
所述可饱和吸收体可为石墨烯、碳纳米管、拓扑绝缘体、过渡金属硫族化物或黑磷等。
第二方面，本发明实施例还提供一种基于光子晶体光纤的波长可调全光纤纳秒脉冲激光系统，包括：依次连接的外设泵浦光源和第一方面及第一方面的四种可能的实施方式任一项所述的基于光子晶体光纤的波长可调全光纤纳秒脉冲激光器。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，上述外设泵浦光源为激光二极管或连续光激光器。
本发明实施例带来了以下有益效果：
本发明实施例提供的一种基于光子晶体光纤的波长可调全光纤纳秒脉冲激光器及系统，包括通过光纤依次连接的泵浦光输入单元、隔离器、波长调谐单元、高非线性光纤、激光输出单元，具体的，泵浦光输入单元用以获取泵浦光对其进行耦合处理再得到信号光，隔离器用于保证激光运转单向性，波长调谐单元用以调谐上述信号光，高非线性光纤用于实现产生纳秒脉冲，激光输出单元用于得到超快脉冲激光并将上述超快脉冲激光输出。本发明实施例通过光子晶体光纤来实现波长可调谐，充分利用光子晶体光纤的独特优势，通过调整偏振控制器以及耦合进光子晶体光纤的功率大小即可调整输出的波长，从而实现波长可调谐，同时采用高非线性光纤来增加信号光的非线性和色散，以实现纳秒脉冲的产生，本发明实例提供的激光器不但体积小、结构简单，而且还具有稳定的系统性能，应用广泛。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
(四)附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于光子晶体光纤的波长可调全光纤纳秒脉冲激光器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种基于光子晶体光纤的波长可调全光纤纳秒脉冲激光器的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种基于光子晶体光纤的波长可调全光纤纳秒脉冲激光系统的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种基于光子晶体光纤的波长可调全光纤纳秒脉冲激光系统的结构示意图。
图标：
100-一种基于光子晶体光纤的波长可调全光纤纳秒脉冲激光器；121-波分复用器；122- 增益光纤；130-隔离器；141-第一偏振控制器；142-光子晶体光纤；143-第二偏振控制器；150- 高非线性光纤；161-锁模器件；162-输出耦合器；200-外设泵浦光源。
(五)具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前，现有的脉冲激光器在激光器结构、波长可调谐性等方面有待进一步优化，基于此，本发明实施例提供的一种实现基于光子晶体光纤的波长可调全光纤纳秒脉冲激光器及系统的方法，体积小、结构简单、成本较低，同时可实现纳秒脉冲和波长的可调谐输出。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种基于光子晶体光纤的波长可调全光纤纳秒脉冲激光器进行详细介绍，参见图一所示的一种基于光子晶体光纤的波长可调全光纤纳秒脉冲激光器的示意图，该激光器包括：通过光纤依次连接的泵浦光输入单元 120、隔离器130、波长调谐单元140、高非线性光纤150、激光输出单元160，其中泵浦光输入单元120还与激光输出单元160连接。
其中泵浦光输入单元120用于用以获取泵浦光对其进行耦合处理再得到信号光。具体的，泵浦光输入单元接收泵浦光，对其进行耦合处理，并基于泵浦光再得到信号光。
隔离器130用于保证激光运转单向性。
波长调谐单元140用于引起波长变化以实现波长可调。具体的，包括第一偏振控制器、光子晶体光纤、第二偏振控制器，其中，第一、第二偏振控制器用于调谐信号光的偏振状态，并与光子晶体光纤结合，用于引起激光器波长的变化，以实现波长可调。
高非线性光纤150用于增加信号光的非线性和色散以实现纳秒脉冲的产生。
激光输出单元160用于基于信号光得到超快脉冲激光，并将上述超快脉冲激光输出。具体的，锁模器件与上述高非线性光纤连接，基于上述信号光得到超快脉冲激光，输出耦合器一端连接锁模器件维持激光器正常工作，另一端输出上述超快脉冲激光。
本发明实施例提供的一种基于光子晶体光纤的波长可调全光纤纳秒脉冲激光器，包括通过光纤依次连接的泵浦光输入单元、隔离器、波长调谐单元、高非线性光纤、激光输出单元，具体的，泵浦光输入单元用以获取泵浦光对其进行耦合处理再得到信号光，隔离器用于保证激光运转单向性，波长调谐单元用以调谐上述信号光，高非线性光纤用于实现产生纳秒脉冲，激光输出单元用于得到超快脉冲激光并将上述超快脉冲激光输出。本发明实施例通过偏振控制器和光子晶体光纤来实现波长可调谐，充分利用光子晶体光纤的独特优势，通过调整偏振控制器以及耦合进光子晶体光纤的功率大小即可调整输出的波长，从而实现波长可调谐，同时采用高非线性光纤来增加信号光的非线性和色散，以实现纳秒脉冲的产生，本发明实例提供的激光器不但体积小、结构简单，而且还具有稳定的系统性能，应用广泛。
为了便于对上述实施例提供的基于光子晶体光纤的波长可调全光纤纳秒脉冲激光器进行理解，本发明实施例还提供了另一种基于光子晶体光纤的波长可调全光纤纳秒脉冲激光器的结构示意图，该激光器包括：
通过光纤依次连接的波分复用器121、增益光纤122、隔离器130、第一偏振控制器141、光子晶体光纤142、第二偏振控制器143、高非线性光纤150、锁模器件161、输出耦合器162，其中波分复用器121还与输出耦合器162连接，构成全光纤环形结构。
其中，波分复用器121(Wavelength Division Multiplexing,WDM)与增益光纤122(Gain Fiber,GF)组成泵浦光输入单元，其中，波分复用器用于连接外设泵浦光源以及对所获取泵浦光进行耦合处理；增益光纤用于基于泵浦光产生信号光，其中增益光纤可以采用掺铒光纤 (Er-Doped Fiber,EDF)、掺镱光纤(Yb-Doped Fiber,YDF)或掺铥光纤(Tm-DopedFiber,TDF) 等。
进一步的，第一偏振控制器141、光子晶体光纤142、第二偏振控制器143组成波长调谐单元，其中第一、第二偏振控制器均为偏振控制器(Polarization Controller,PC)，用于调谐光的偏振状态，光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber,PCF)用于引起波长变化，以实现波长可调。
另外，锁模器件161和输出耦合器162组成激光输出单元。其中，锁模器件161可用半导体可饱和吸收镜(Semiconductor Saturable Absorption Mirror,SESAM)，非线性偏振旋转 (Nonlinear Polarization Rotation,NPR)，可饱和吸收体(Saturable Absorber,SA)等，具体的，可饱和吸收体可以为石墨烯、碳纳米管、拓扑绝缘体、过渡金属硫族化物或黑磷等；输出耦合器162(Output Coupler,OC)用于输出超快激光脉冲。
综上所述，本发明实施例提供的一种基于光子晶体光纤的波长可调全光纤纳秒脉冲激光器，通过一个隔离器、两个偏振控制器、一个光子晶体光纤、高非线性光纤和锁模器件的组合，在全光纤的激光器中，利用光子晶体光纤的和高非线性光纤的特点，同时实现了波长可调和纳秒脉冲的输出，而且还具有体积小、结构简单、成本低等优点。
对于前述实施例提供的基于光子晶体光纤的波长可调全光纤纳秒脉冲激光器，本发明实施例提供了一种基于光子晶体光纤的波长可调纳秒脉冲激光系统，参见图3所示的结构示意图，该系统包括以下部分：前述实施例提供的基于光子晶体光纤的波长可调全光纤纳秒脉冲激光器100，以及与基于光子晶体光纤的波长可调全光纤纳秒脉冲激光器100相连的外设泵浦源200。
本发明实施例提供的一种基于光子晶体光纤的波长可调全光纤纳秒脉冲激光器系统，通过外设泵浦源获取泵浦光，并通过上述实施例提供的基于光子晶体光纤的波长可调全光纤纳秒脉冲激光器输出波长可调的纳秒脉冲激光。本发明实施例充分利用光子晶体光纤的独特优势，通过调整耦合进光子晶体光纤的功率大小即可调整输出的波长，从而实现波长可调谐，同时采用高非线性光纤来增加信号光的非线性和色散，以实现纳秒脉冲的产生，本发明实施例提供的激光器不但体积小、结构简单，而且还具有稳定的系统性能，应用广泛。
其中，外设泵浦源为二极管或连续光激光器。
进一步的，为了便于理解，本发明实施例还提供另外一种基于光子晶体光纤的波长可调全光纤纳秒脉冲激光系统，参见图4所示的另一种基于光子晶体光纤的波长可调全光纤纳秒脉冲激光系统的结构示意图，该系统包括通过光纤依次连接的波分复用器121、增益光纤122、隔离器130、第一偏振控制器141、光子晶体光纤142、第二偏振控制器143、高非线性光纤 150、锁模器件161、输出耦合器162，其中波分复用器121与外设泵浦光200相连获取泵浦光，同时也与输出耦合器162连接，构成全光纤环形结构。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的高重频波长可调全光纤超快脉冲激光系统的具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应装置，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种基于光子晶体光纤的波长可调全光纤纳秒脉冲激光器，其特征在于，包括：通过光纤依次连接的泵浦光输入单元、隔离器、波长调谐单元、高非线性光纤、激光输出单元；
其中，所述泵浦光输入单元用以获取泵浦光对其进行耦合处理再得到信号光；泵浦光输入单元还与激光输出单元连接，用于构成全光纤环形结构；
所述隔离器用于保证激光运转单向性；
所述波长调谐单元包括通过光纤依次连接的第一偏振控制器、光子晶体光纤、第二偏振控制器；所述第一偏振控制器和所述第二偏振控制器均用于调谐信号光的偏振状态，并与所述光子晶体光纤结合，通过调整偏振控制器以及耦合进光子晶体光纤的功率大小即可调整输出的波长，从而实现波长可调谐；
所述高非线性光纤用以提高信号光的非线性和色散，以实现纳秒脉冲的产生；
所述激光输出单元用于基于信号光得到超快脉冲激光，并将上述超快脉冲激光输出；所述激光输出单元包括通过光纤依次连接的锁模器件及输出耦合器；其中，
所述锁模器件用于基于信号光得到超快脉冲激光，所述锁模器件基于非线性偏振旋转或可饱和吸收体；所述可饱和吸收体为石墨烯、碳纳米管、拓扑绝缘体、过渡金属硫族化物或黑磷；
所述输出耦合器用于输出超快激光脉冲。
2.根据权利要求1所述的波长可调全光纤纳秒脉冲激光器，其特征在于，所述泵浦光输入单元包括用光纤依次连接的波分复用器与增益光纤；其中，
所述波分复用器用于连接外设泵浦源以及对所获取泵浦光进行耦合处理；
所述增益光纤用于对基于泵浦光产生信号光，其中，所述增益光纤为掺铒光纤、掺镱光纤或掺铥光纤。
3.一种基于光子晶体光纤的波长可调全光纤纳秒脉冲激光系统，其特征在于，包括：依次连接的外设泵浦源和权利要求1到2任一项所述的基于光子晶体光纤的波长可调全光纤纳秒脉冲激光器。
4.根据权利要求3所述的波长可调全光纤纳秒脉冲激光系统，其特征在于，所述外设泵浦源为激光二极管或连续光激光器。
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