CN111404008B - 一种双波长柱矢量光单频调q光纤激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双波长柱矢量光单频调Q光纤激光器，包括：第一环形腔、第二环形腔、可饱和吸收体、准直器、第一偏振控制器和第二偏振控制器；所述第一环形腔用于产生第一单频调Q光；所述第二环形腔用于产生第二单频调Q光；所述可饱和吸收体分别与所述第一偏振控制器、所述第二偏振控制器、所述第一环形腔和所述第二环形腔连接，通过调节所述第一偏振控制器和所述第二偏振控制器以使所述可饱和吸收体根据所述第一单频调Q光和所述第二单频调Q光生成单频调Q柱矢量光；所述准直器与所述可饱和吸收体的输出端进行耦合整形，用于将所述柱矢量光会聚成平行光。本发明通过上述方案实现了同时输出双波长柱矢量光单频调Q光。

Description

一种双波长柱矢量光单频调Q光纤激光器
技术领域
本发明涉及激光器领域，特别是涉及一种双波长柱矢量光单频调Q光纤激光器。
背景技术
调Q技术是一种将连续或者脉冲激光输出的能量压缩到极短时间的脉冲中发射的激光技术；利用调Q技术，激光器输出的单脉冲能量可以实现毫焦量级，它是光纤激光器发展中的一次重要突破；由于调Q光纤激光器具有非常高的峰值功率，它的出现使得光和物质在相互作用上出现了很多新现象，推动了非线性光学的发展，而且在激光雷达、激光测距等方面也有重要的应用。
单频光纤激光器具有线宽窄、相干长度长等显著激光特性，使其在激光遥感、激光医疗、光频标准、微波光子学和太赫兹技术等新兴研究领域术中展现出了潜在的应用价值；以脉冲形式工作的单频光纤激光器，不仅可以获得高峰值功率和保证输出激光良好的光束质量，还可以调节激光的时域特性，即可以实现脉冲宽度从纳秒量级到微秒量级的调节，还可以满足实际应用，如激光精密测距、激光遥感、光谱学等需求。
柱矢量光束是指具有轴对称或旋转对称偏振态空间分布的光束，它是一种偏振态分布的光束，其特点是偏振态在垂直于波矢方向的横截面上分布满足轴对称特性。它包括径向偏振，角向偏振和混合态偏振光，在显微成像、粒子操控、激光加工等多个领域有着广泛的应用。
单频调Q脉冲激光器具有峰值功率高、重频和脉冲宽度稳定等特点，但是其对应的激光横模状态不可调。
发明内容
本发明的目的是提供一种双波长柱矢量光单频调Q光纤激光器，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种双波长柱矢量光单频调Q光纤激光器，包括：第一环形腔、第二环形腔、可饱和吸收体、准直器、第一偏振控制器和第二偏振控制器；
所述第一环形腔用于产生第一单频调Q光；
所述第二环形腔用于产生第二单频调Q光；
所述可饱和吸收体分别与所述第一偏振控制器、所述第二偏振控制器、所述第一环形腔和所述第二环形腔连接，通过调节所述第一偏振控制器和所述第二偏振控制器以使所述可饱和吸收体根据所述第一单频调Q光和所述第二单频调Q光生成第一单频调Q柱矢量光和第二单频调Q柱矢量光；
所述准直器与所述可饱和吸收体的输出端进行耦合整形，用于将所述第一单频调Q柱矢量光和所述第二单频调Q柱矢量光会聚成平行光。
优选地，所述第一环形腔包括：第一泵浦源、第一波分复用器、第一增益光纤、第三偏振控制器、保偏光纤、检偏器、第一输出耦合器和偏振无关隔离器；
所述第一波分复用器的第一端与所述第一泵浦源连接，所述第一波分复用器的第二端与所述第一增益光纤的一端连接，所述第一波分复用器的第三端与所述第一输出耦合器的第一端连接；
所述第三偏振控制器的一端与所述第一增益光纤的另一端连接，所述第三偏振控制器的另一端与所述保偏光纤的一端连接；
所述检偏器的一端与所述保偏光纤的另一端连接，所述检偏器的另一端与所述可饱和吸收体连接；
所述偏振无关隔离器的一端与所述可饱和吸收体连接，所述偏振无关隔离器的另一端与所述第一输出耦合器的第二端连接；
所述第一输出耦合器的第三端作为所述第一单频调Q光的输出端。
优选地，所述第二环形腔包括：三端口环形器、FBG标准具、第四偏振控制器、第二输出耦合器、第二泵浦源、第二增益光纤和第二波分复用器；
所述第二波分复用器的第一端与所述第二泵浦源连接，所述第二波分复用器的第二端与所述第二增益光纤的一端连接，所述第二波分复用器的第三端与所述第二输出耦合器的第一端连接；
所述三端口环形器的第一端与所述第二增益光纤的另一端连接，所述三端口环形器的第二端与所述FBG标准具连接，所述三端口环形器的第三端与所述可饱和吸收体连接；
所述第四偏振控制器的一端与所述可饱和吸收体连接，所述第四偏振控制器的另一端与所述第二输出耦合器的第二端连接；
所述第二输出耦合器的第三端作为所述第二单频调Q光的输出端。
优选地，所述第一输出耦合器和所述第二输出耦合器均为10:90输出耦合器，10％端作为输出端。
优选地，所述第一增益光纤为掺铒光纤。
优选地，所述第二增益光纤为掺镱光纤。
优选地，所述第一单频调Q光的波长为1.5μm。
优选地，所述第二单频调Q光的波长为1μm。
优选地，所述第一波分复用器为980/1550波分复用器。
优选地，所述第二波分复用器为980/1060波分复用器。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明通过第一环形腔用于产生第一单频调Q光；通过第二环形腔用于产生第二单频调Q光；通过调节第一偏振控制器和第二偏振控制器以使可饱和吸收体根据第一单频调Q光和第二单频调Q光生成单频调Q柱矢量光；通过准直器将所述柱矢量光会聚成平行光。本发明通过上述方案实现了同时输出双波长柱矢量光单频调Q光。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明双波长柱矢量光单频调Q激光器结构图。
符号说明：1-第一泵浦源，2-第一波分复用器，3-第一增益光纤，4-第三偏振控制器，5-保偏光纤，6-检偏器，7-第一偏振控制器，8-准直器，9-CCD，10-第四偏振控制器，11-第二输出耦合器，12-第二泵浦源，13-第二波分复用器，14-第二增益光纤，15-三端口环形器，16-FBG标准具，17-第二偏振控制器，18-可饱和吸收体，19-偏振无关隔离器，20-第一输出耦合器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
本发明的目的是提供一种能同时输出双波长柱矢量光单频调Q光纤激光器。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明双波长柱矢量光单频调Q光纤激光器包括：第一环形腔、第二环形腔、可饱和吸收体18、准直器8、第一偏振控制器7和第二偏振控制器17；
所述第一环形腔用于产生第一单频调Q光；所述第二环形腔用于产生第二单频调Q光；所述可饱和吸收体18分别与所述第一偏振控制器7、所述第二偏振控制器17、所述第一环形腔和所述第二环形腔连接，通过调节所述第一偏振控制器7和所述第二偏振控制器17以使所述可饱和吸收体18根据所述第一单频调Q光和所述第二单频调Q光生成第一单频调Q柱矢量光和第二单频调Q柱矢量光。
所述准直器8与所述可饱和吸收体18的输出端进行耦合整形，用于将所述第一单频调Q柱矢量光和所述第二单频调Q柱矢量光会聚成平行光。
作为一种可选的实施方式，本发明所述激光器还包括：电荷藕合器件图像传感器(Charge Coupled Device，简称CCD)。
所述CCD 9用来检测所述平行光的光斑。
作为一种可选的实施方式，本发明所述第一环形腔包括：第一泵浦源1、第一波分复用器2、第一增益光纤3、第三偏振控制器4、保偏光纤5、检偏器6、第一输出耦合器20和偏振无关隔离器19。
所述第一波分复用器2的第一端与所述第一泵浦源1连接，所述第一波分复用器2的第二端与所述第一增益光纤3的一端连接，所述第一波分复用器2的第三端与所述第一输出耦合器20的第一端连接。本实例中，所述第一泵浦源1为980nm泵浦源。所述第一波分复用器2为980/1550波分复用器。所述第一泵浦源1用于发射980nm光。所述第一输出耦合器20为10:90输出耦合器。
所述第三偏振控制器4的一端与所述第一增益光纤3的另一端连接，所述第三偏振控制器4的另一端与所述保偏光纤5的一端连接。本实例中，所述第一增益光纤3为掺铒光纤。所述第一增益光纤3将所述980nm光激发至1.5μm光。所述第三偏振控制器4通过调节其偏振状态实现光的调Q，同时所述第三偏振控制器4和所述保偏光纤5共同作用对产生的1.5μm调Q光进行过滤，形成所述第一单频调Q光。
所述检偏器6的一端与所述保偏光纤5的另一端连接，所述检偏器6的另一端与所述可饱和吸收体18连接。
所述偏振无关隔离器19的一端与所述可饱和吸收体18连接，所述偏振无关隔离器19的另一端与所述第一输出耦合器20的第二端连接。所述第一增益光纤3在激发过程中会产生反向激发光，因此设置所述偏振无关隔离器19确保光的单向传输(本实施例中为顺时针传输)。
所述第一单频调Q光在经过所述可饱和吸收体18的过程会被吸收一部分，其余部分进入所述第一输出耦合器20，90％的所述第一单频调Q光会经过所述第一输出耦合器20的第一端进入所述第一波分复用器2再循环，10％的所述第一单频调Q光会由所述第一输出耦合器20的第三端输出。
本实例中，所述第一单频调Q光的波长为1.5μm。
所述第一环形腔内各部件均通过单模光纤连接。
作为一种可选的实施方式，本发明所述第二环形腔包括：三端口环形器15、光纤布拉格光栅(FiberBragg Gratin，简称FBG)标准具16、第四偏振控制器10、第二输出耦合器11、第二泵浦源12、第二增益光纤14和第二波分复用器13。
所述第二波分复用器13的第一端与所述第二泵浦源12连接，所述第二波分复用器13的第二端与所述第二增益光纤14的一端连接，所述第二波分复用器13的第三端与所述第二输出耦合器11的第一端连接。本实例中，所述第二泵浦源12为980nm泵浦源。所述第一波分复用器2为980/1060波分复用器。所述第二泵浦源12用于发射980nm光。所述第二输出耦合器11为10:90输出耦合器。
所述三端口环形器15的第一端与所述第二增益光纤14的另一端连接，所述三端口环形器15的第二端与所述FBG标准具16连接，所述三端口环形器15的第三端与所述可饱和吸收体18连接。本实例中，所述第二增益光纤14为掺镱光纤。所述第二增益光纤14将所述980nm光激发至1μm光，经过所述三端口环形器15进入所述FBG标准具16进行滤波，形成单频光。
所述第四偏振控制器10的一端与所述可饱和吸收体18连接，所述第四偏振控制器10的另一端与所述第二输出耦合器11的第二端连接。1μm单频光进入所述可饱和吸收体18会被吸收一部分，其余部分进入所述第四偏振控制器10，所述第四偏振控制器10通过调节其偏振状态实现光的调Q，形成所述第二单频调Q光。所述三端口环形器15保证了光的单向传输(本实施例中为顺时针传输)。
所述第二单频调Q光进入所述第二输出耦合器11，90％的所述第二单频调Q光会经过所述第二输出耦合器11的第二端进入所述第二波分复用器13再循环，10％的所述第二单频调Q光会由所述第二输出耦合器11的第三端输出。
所述第二环形腔内各部件均通过单模光纤连接。
本实施例中，所述第二单频调Q光的波长为1μm。
本实施例中，所述可饱和吸收体18的制作方法如下：
首先通过拉锥的方法将两根单模光纤(分别为所述检偏器6与所述偏振无关隔离器之间的单模光纤和所述第四偏振控制器10与所述三端口环形器15之间的单模光纤)和一根少模光纤拉锥到设定直径，再利用弱耦合的方法将三根光纤耦合起来。之后采用液相分离法将碳纳米管上清液进行真空抽滤成膜，最后将制备的碳纳米管薄膜覆盖到拉锥耦合的锥区。
所述少模光纤作为所述可饱和吸收体的输出端。
本发明公开了如下技术效果：
1)本发明采用两个环形腔耦合成双波长激光器，通过共用一个可饱和吸收体体，实现了双波长被动单频调Q柱矢量光光的输出。
2)本发明采用拉锥耦合的方法，通过改变光纤的有效折射率来实现柱矢量光的输出，通过调节偏振控制器控制输出角向或者径向偏振柱矢量光。
3)本发明将单频调Q激光技术与柱矢量光技术相结合，保证高峰值功率输出和良好的激光光束质量同时实现横模可调。
4)本发明制作可饱和吸收体体的方法进一步提高了光纤激光器的紧凑性和集成度。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种双波长柱矢量光单频调Q光纤激光器，其特征在于，包括：第一环形腔、第二环形腔、可饱和吸收体、准直器、第一偏振控制器和第二偏振控制器；
所述第一环形腔用于产生第一单频调Q光；
所述第二环形腔用于产生第二单频调Q光；
所述可饱和吸收体的两端分别与所述第一偏振控制器和所述第二偏振控制器连接，所述第一环形腔和所述第二环形腔通过所述可饱和吸收体并联，通过调节所述第一偏振控制器和所述第二偏振控制器以使所述可饱和吸收体根据所述第一单频调Q光和所述第二单频调Q光生成第一单频调Q柱矢量光和第二单频调Q柱矢量光；
所述准直器与所述第一偏振控制器的输出端进行耦合整形，用于将所述第一单频调Q柱矢量光和所述第二单频调Q柱矢量光会聚成平行光；
所述第一环形腔包括：第一泵浦源、第一波分复用器、第一增益光纤、第三偏振控制器、保偏光纤、检偏器、第一输出耦合器和偏振无关隔离器；
所述第一波分复用器的第一端与所述第一泵浦源连接，所述第一波分复用器的第二端与所述第一增益光纤的一端连接，所述第一波分复用器的第三端与所述第一输出耦合器的第一端连接；
所述第三偏振控制器的一端与所述第一增益光纤的另一端连接，所述第三偏振控制器的另一端与所述保偏光纤的一端连接；
所述检偏器的一端与所述保偏光纤的另一端连接，所述检偏器的另一端与所述可饱和吸收体连接；
所述偏振无关隔离器的一端与所述可饱和吸收体连接，所述偏振无关隔离器的另一端与所述第一输出耦合器的第二端连接；
所述第一输出耦合器的第三端作为所述第一单频调Q光的输出端；
所述第二环形腔包括：三端口环形器、FBG标准具、第四偏振控制器、第二输出耦合器、第二泵浦源、第二增益光纤和第二波分复用器；
所述可饱和吸收体的制作方法如下：
首先通过拉锥的方法将两根单模光纤和一根少模光纤拉锥到设定直径，再利用弱耦合的方法将三根光纤耦合起来；之后采用液相分离法将碳纳米管上清液进行真空抽滤成膜，最后将制备的碳纳米管薄膜覆盖到拉锥耦合的锥区；两根单模光纤分别为所述检偏器与所述偏振无关隔离器之间的单模光纤和第四偏振控制器与三端口环形器之间的单模光纤；
所述少模光纤作为所述可饱和吸收体的输出端。
2.根据权利要求1所述的一种双波长柱矢量光单频调Q光纤激光器，其特征在于，所述第二波分复用器的第一端与所述第二泵浦源连接，所述第二波分复用器的第二端与所述第二增益光纤的一端连接，所述第二波分复用器的第三端与所述第二输出耦合器的第一端连接；
所述三端口环形器的第一端与所述第二增益光纤的另一端连接，所述三端口环形器的第二端与所述FBG标准具连接，所述三端口环形器的第三端与所述可饱和吸收体连接；
所述第四偏振控制器的一端与所述可饱和吸收体连接，所述第四偏振控制器的另一端与所述第二输出耦合器的第二端连接；
所述第二输出耦合器的第三端作为所述第二单频调Q光的输出端。
3.根据权利要求2所述的一种双波长柱矢量光单频调Q光纤激光器，其特征在于，所述第一输出耦合器和所述第二输出耦合器均为10:90输出耦合器，10％端作为输出端。
4.根据权利要求1所述的一种双波长柱矢量光单频调Q光纤激光器，其特征在于，所述第一增益光纤为掺铒光纤。
5.根据权利要求2所述的一种双波长柱矢量光单频调Q光纤激光器，其特征在于，所述第二增益光纤为掺镱光纤。
6.根据权利要求1所述的一种双波长柱矢量光单频调Q光纤激光器，其特征在于，所述第一单频调Q光的波长为1.5μm。
7.根据权利要求1所述的一种双波长柱矢量光单频调Q光纤激光器，其特征在于，所述第二单频调Q光的波长为1μm。
8.根据权利要求1所述的一种双波长柱矢量光单频调Q光纤激光器，其特征在于，所述第一波分复用器为980/1550波分复用器。
9.根据权利要求2所述的一种双波长柱矢量光单频调Q光纤激光器，其特征在于，所述第二波分复用器为980/1060波分复用器。
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基于少模光纤被动调Q柱矢量光光纤激光器;王承鑫 等;《光子学报》;20200325;正文第0314003-2页第1段-0314003-7页第1段 *

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