CN110649452A - 高功率波长可调全光纤纳秒脉冲激光器及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高功率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波分复用器、增益光纤、隔离器、滤波器、偏振控制器、色散管理光纤、锁模器件和输出耦合器；其中，波分复用器既连接输出耦合器，还用于连接外设泵浦源，获取外界泵浦光源传输的泵浦光并对其进行耦合处理；增益光纤对基于泵浦光产生信号光；隔离器用于控制信号光的传输方向；滤波器用于实现宽带波长可调谐；偏振控制器用于调谐信号光的偏振状态；色散管理光纤用于提高信号光的色散和非线性，以产生纳秒脉冲；锁模器件用于产生超快激光脉冲；输出耦合器用于输出超快激光脉冲。本发明结构简单，可产生纳秒脉冲，又可实现波长的可调谐输出。

Description

高功率波长可调全光纤纳秒脉冲激光器及系统
(一)技术领域
本发明涉及激光器技术领域，尤其是涉及一种高功率波长可调全光纤纳秒脉冲激光器及系统。
(二)背景技术
激光器能够发射激光，现有的绝大多数激光器输出光谱的可调谐性差，而对于少数具有较好波长可调谐性的脉冲激光器来说，无法产生纳秒脉冲。而高功率波长可调全光纤纳秒脉冲激光器具有光束质量高、散热好、体积小、光谱特性好，且波长可调的优点，可广泛应用于军事、医疗等领域。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高功率波长可调全光纤纳秒脉冲激光器及系统的方法，结构简单，同时可以实现产生纳秒脉冲以及波长的可调谐输出。
第一方面，本发明实例提供了一种高功率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波分复用器、增益光纤、隔离器、滤波器、偏振控制器、色散管理光纤、锁模器件和输出耦合器；其中，波分复用器连接输出耦合器，波分复用器还用于连接外设泵浦源，获取外界泵浦光源传输的泵浦光并对其进行耦合处理；增益光纤用于对基于泵浦光产生信号光；隔离器用于控制信号光的传输方向；滤波器用于实现宽带波长可调谐；偏振控制器用于调谐信号光的偏振状态；色散管理光纤用于提高信号光的色散和非线性，以产生纳秒脉冲；锁模器件用于产生超快激光脉冲；输出耦合器用于输出超快激光脉冲。
结合第一方面，本发明实例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，上述滤波器为可调滤波器或具有波长可调谐功能的器件。
结合第一方面，本发明实例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，上述色散管理光纤为普通单模光纤或高非线性光纤。
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。
第二方面，本发明实例还提供一种高功率波长可调全光纤纳秒脉冲激光器系统，包括：依次连接的外设泵浦光源和第一及第一方面的三种可能的实施方式中任意一项的一种高功率波长可调全光纤纳秒脉冲激光器。
结合第二方面，本发明实例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，外设泵浦光源为激光二极管或连续光激光器。
本发明实例带来了以下的有益效果：
本发明实例提供的一种高功率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波分复用器、增益光纤、隔离器、滤波器、偏振控制器、色散管理光纤、锁模器件和输出耦合器，输出耦合器一端还与波分复用器连接，形成环型结构，具体的，波分复用器连接外部泵浦光源，获取泵浦光源传输的泵浦光并对其进行耦合处理；增益光纤基于上述泵浦光产生信号光；隔离器控制信号光的传输方向；滤波器用于实现波长可调谐；偏振控制器用于调谐信号光的偏振状态；色散管理型光纤用于提高信号光的色散和非线性，以产生纳秒脉冲；锁模器件用于产生超快激光脉冲，输出耦合器用于输出超快激光脉冲。
本发明实例提供的激光器通过光纤连接，并将波分复用器与输出耦合器一端相连，构成环形结构，同时，本发明实例通过加入可调谐滤波器，可以实现波长的可调谐。另外本发明实例通过使用单模光纤或高非线性光纤，可以提高信号光的色散和非线性，以产生纳秒脉冲输出，具有结构简单、光束质量高等优点。
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高功率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一种高功率波长可调全光纤纳秒脉冲激光系统的结构示意图；
图标：
110-波分复用器；120-增益光纤；130-隔离器；140-可调滤波器；150-偏振控制器；160- 色散管理光纤；170-锁模器件；180-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、波长可调谐等方面有待进一步优化，基于此，本发明实例提供一种高功率波长可调全光纤纳秒脉冲激光器及系统，结构简单、光束质量高，实现波长可调谐的同时能产生超快纳秒脉冲输出。
为便于对实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种高功率波长可调全光纤纳秒脉冲激光器进行详细介绍，参见图1所示的一种高功率波长可调全光纤纳秒脉冲激光器结构示意图，该激光器包括：通过光纤依次连接的波分复用器110、增益光纤120、隔离器130、滤波器140、偏振控制器150、色散管理光纤160、锁模器件170、输出耦合器180，其中波分复用器110与输出耦合器180相连，得到环形结构的激光器。
具体的，波分复用器110，即为波分复用器(Wavelength Division Multiplexing,WDM)，既用于连接输出耦合器，又用于与外设泵浦源连接，获取外界泵浦光源传输的泵浦光并对其进行耦合处理。
增益光纤120，即为增益光纤(Gain Fiber,GF)，用于基于泵浦光产生信号光，同时还起到放大信号光的作用，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-Doped Fiber,TDF)等。
隔离器130，即为隔离器(Isolator,ISO)，用于控制信号光的传输方向。
滤波器140，即为滤波器(Filter)，用于实现波长可调谐。
偏振控制器150，即为偏振控制器(Polarization Controller,PC)，用于调谐光的偏振状态。
色散管理光纤160，即为色散管理光纤(Dispersion Management Fiber,DMF)，用于提高信号光的色散和非线性，以产生纳秒脉冲。
锁模器件170，用于产生超快激光脉冲。
输出耦合器180，即为输出耦合器(Output Coupler,OC)，用于输出超快激光脉冲。
本发明实例提供的一种高功率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波分复用器、增益光纤、隔离器、滤波器、偏振控制器、色散管理光纤、锁模器件、输出耦合器，输出耦合器一端还连接波分复用器，形成环形结构。具体的，波分复用器既连接输出耦合器，还用于连接外设泵浦源，获取外界泵浦光源传输的泵浦光并对其进行耦合处理；增益光纤对基于泵浦光产生信号光；隔离器用于控制信号光的传输方向；滤波器可对波长进行调谐；偏振控制器可调谐信号光的偏振状态；色散管理光纤可以提高信号光的色散和非线性；锁模器件可产生超快激光脉冲；输出耦合器可以输出超快激光脉冲。
本发明实例提供的激光器通过光纤连接，得到结构简单的波长可调全光纤纳秒脉冲激光器。特别的是，本发明实例通过采用滤波器，以及通过调节偏振控制器可实现波长的可调，同时采用色散管理光纤，增加信号光的色散和非线性，以实现纳秒脉冲的产生，锁模器件可以基于信号光得到超快脉冲激光，输出耦合器一端与锁模器件连接，另一端作为输出端，在维持激光器的正常工作的同时，还可以输出超快激光脉冲。
进一步的，上述滤波器为可调滤波器，上述色散管理光纤为普通单模光纤(SingleMode Fiber,SMF)或高非线性光纤(High Nonlinear Fiber,HNLF)，上述锁模器件为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。
综上所述，本发明实施例提供的高功率波长可调全光纤纳秒脉冲激光器，通过一个隔离器、一个偏振控制器、一个可调滤波器、色散管理光纤和锁模器件的组合，实现了在全光纤连接的激光器中，波长可调谐的纳秒脉冲的输出，同时还具有结构简单，输出光束质量高等的优点。
对于前述实施例提供的高功率波长可调全光纤纳秒脉冲激光器，本发明实例还提供了一种宽带波长可调全光纤纳秒脉冲激光系统，参见图2所示的一种宽带波长可调全光纤纳秒脉冲激光系统结构示意图，该系统包括通过光纤依次连接的波分复用器110、增益光纤120、隔离器130、滤波器140、偏振控制器150、色散管理光纤160、锁模器件170、输出耦合器180，其中波分复用器110与输出耦合器180相连，得到全光纤的环形结构；波分复用器110还与外设泵浦源200连接，以获取泵浦光。
本发明实例提供的一种高功率波长可调全光纤纳秒脉冲激光系统，通过外设泵浦光源获取泵浦光，并通过上述实施例提供的一种高功率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。
本发明实例提供的激光系统通过光纤连接，得到结构简单的波长可调全光纤纳秒脉冲激光器。特别的是，本发明实例通过采用滤波器，以及通过调节偏振控制器可实现波长的可调，同时采用色散管理光纤，增加信号光的色散和非线性，以实现纳秒脉冲的产生，锁模器件可以基于信号光得到超快脉冲激光，输出耦合器一端与锁模器件连接，另一端作为输出端，在维持激光器的正常工作的同时，还可以输出超快激光脉冲。
其中外设泵浦源为激光二极管或连续光激光器。
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，上述描述的一种高功率波长可调全光纤纳秒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 (7)

1.一种高功率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波分复用器、增益光纤、隔离器、滤波器、偏振控制器、色散管理光纤、锁模器件和输出耦合器；其中，所述波分复用器用于连接所述输出耦合器；
所述波分复用器用于连接外设泵浦光源，获取泵浦光并对其进行耦合处理；
所述增益光纤用于基于泵浦光产生信号光；
所述隔离器用于控制光的传输方向；
所述滤波器用于实现波长可调谐；
所述偏振控制器用于调谐信号光的偏振状态；
所述色散管理光纤用于提高信号光的色散和非线性，以产生纳秒脉冲；
所述锁模器件用于产生超快激光脉冲；
所述输出耦合器一端用于连接所述锁模器件，另一端用于输出超快激光脉冲。
2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述增益光纤为掺铒光纤、掺镱光纤或掺铥光纤等。
3.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述滤波器为可调谐滤波器或具有波长可调谐功能的器件。
4.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述色散管理光纤为单模光纤或高非线性光纤。
5.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所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，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、黑磷或碳纳米管等。
6.一种高功率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光源和权利要求1到5任一项所述的高功率波长可调全光纤纳秒脉冲激光器。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述外设泵浦光源为激光二极管或连续光激光器。
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