CN111404013B - 一种同步实现双波长脉冲激光输出的实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种同步实现双波长脉冲激光输出的实验装置,包括:第一激光模块的一端与第一激励模块连接,第一激光模块的另一端与调Q模块连接,第一激励模块用于对第一激光模块进行激励;第二激光模块的一端与第二激励模块连接,第二激光模块的另一端与调Q模块连接,第二激励模块用于对第二激光模块进行激励,第二激光模块用于根据第二激光模块的激励发射激光信号,调Q模块用于输出第一激光模块以及第二激光模块的激光信号。通过使用两个激光模块同时进行激光信号输出,并采用调Q模块对两种光信号进行输出,实现了在同一光纤、同一时间输出两种不同频率的光信号的目的。采用基于单壁碳纳米管的可饱和吸收被动调Q器件,提高了响应速度。
Description
技术领域
本发明涉及非线性光学及激光器领域,特别是涉及一种同步实现双波长脉冲激光输出的实验装置。
背景技术
单壁碳纳米管具有一种有宽带的饱和吸收特性、超快的响应时间以及制备简单等特点,被认为是理想的可饱和吸收体材料。单壁碳纳米管具有良好的非线性光学可饱和吸收效应,是一种直接带隙材料,带隙大小由碳纳米管管直径和手性决定,通过改变单壁碳纳米管的管直径,可以调节它的可饱和吸收波长。由于碳纳米管有相当宽的可饱和吸收带宽,所以能在一个宽范围内进行不同波长的调Q激光输出。
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。可以使激光器输出的单脉冲能量实现毫焦量级,是光纤激光器发展中的一次重要突破。由于调Q光纤激光器具有高的峰值功率,它的出现使得光与物质相互作用出现了很多新现象,推动了激光技术在材料加工、医学以及军事等方面的重要应用。
以脉冲形式工作的单频光纤激光器,在获得高峰值功率和保证良好的输出激光光束质量的同时,在激光的时域特性上可以调节,即可以实现脉冲宽度从纳秒量级到微秒量级的调节。单频脉冲光纤激光器应用于激光雷达及激光测距系统时可以大大提高它们的探测范围和测量精度,高功率单频光纤激光器的快速发展在一定程度推动了新型传感系统的出现。
然而,现有的光纤激光器仍然只能在同一时间发射一种单频调Q激光或者脉冲调Q激光,不能在同一时间发射两种激光信号。
发明内容
本发明的目的是提供一种同步实现双波长脉冲激光输出的实验装置,用于解决现有技术中不能在同一时间发射两种激光信号的问题。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
一种同步实现双波长脉冲激光输出的实验装置,包括:第一激励模块、第一激光模块、第二激励模块、第二激光模块以及调Q模块;
所述第一激光模块的一端与所述第一激励模块连接,所述第一激光模块的另一端与所述调Q模块连接,所述第一激励模块用于对所述第一激光模块进行激励,所述第一激光模块用于根据所述第一激光模块的激励发射激光信号;
所述第二激光模块的一端与所述第二激励模块连接,所述第二激光模块的另一端与所述调Q模块连接,所述第二激励模块用于对所述第二激光模块进行激励,所述第二激光模块用于根据所述第二激光模块的激励发射激光信号,所述调Q模块用于产生所述第一激光模块以及所述第二激光模块的激光信号。
可选的,所述第一激光模块具体包括:第一光纤、隔离模块、第一偏振控制模块以及第一波分复用模块;
所述第一波分复用模块的一端与所述第一激励模块连接,所述第一波分复用模块的另一端与所述第一光纤的一端连接,所述第一光纤的另一端与所述隔离模块连接,所述第一波分复用模块用于将所述第一激励模块的光信号引入第一激光模块;
所述隔离模块的另一端与所述调Q模块的一端连接,所述隔离模块用于控制光信号的传输方向;
所述第一偏振控制模块的一端与所述调Q模块的另一端连接,所述第一偏振控制模块的另一端与所述第一波分复用模块连接,所述第一偏振控制模块用于改变光信号的偏振状态;
所述第一光纤与所述第一波分复用模块的另一端连接,所述第一光纤作为第一激光模块的增益介质。
可选的,所述第一光纤为掺铒光纤。
可选的,所述隔离模块为偏振无关隔离器。
可选的,所述第一波分复用模块为980nm/1550nm的波分复用器。
可选的,所述第二激光模块具体包括:第二光纤、第三光纤、第二偏振控制模块、布拉格光栅以及第二波分复用模块;
所述第二波分复用模块的一端与所述第二激励模块连接,所述第二波分复用模块的另一端与所述第二光纤连接,所述第二波分复用模块用于将所述第二激励模块的光信号引入第二激光模块;
所述第二偏振控制模块的一端与所述调Q模块的另一端连接,所述第二偏振控制模块的另一端与所述第二波分复用模块的一端连接,所述第二偏振控制模块用于改变光信号的偏振状态;
所述第二光纤与所述第二波分复用模块的另一端连接,所述第二光纤作为第二激光模块的增益介质;
所述第三光纤与所述布拉格光栅连接,所述第三光纤用于传输光信号,所述布拉格光栅用于反射光信号。
可选的,所述第二激光模块还包括:三端口环形器,所述三端口环形器的第一端与所述第二光纤的另一端连接,所述三端口环形器的第二端与所述第三光纤和布拉格光栅连接,所述三端口环形器的第三端与所述调Q模块的一端连接。
可选的,所述第二光纤以及第三光纤均为掺镱光纤。
可选的,所述第二波分复用模块为980nm/1064nm的波分复用器。
可选的,所述第一激励模块与所述第二激励模块均为泵浦源,所述调Q模块为可饱和吸收被动调Q器件,所述可饱和吸收被动调Q器件的吸收材料是单壁碳纳米管。
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:
本发明通过使用两个激光模块同时进行激光信号输出,并采用调Q模块对两种光信号进行输出,实现了共用调Q模块同步输出两种不同频率的光信号的目的。
此外,本发明采用基于单壁碳纳米管的可饱和吸收被动调Q器件,提高了响应速度。
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为本发明装置结构图。
符号说明:第一激励模块1、第一波分复用模块2、第一光纤3、隔离模块4、调Q模块5、第一偏振控制模块6、第二偏振控制模块7、第二激励模块8、第二波分复用模块9、第二光纤10、三端口环形器11、第三光纤12、布拉格光栅13。
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同步实现双波长脉冲激光输出的实验装置,以实现在同一时间产生两种不同频率的光信号的目的。
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,一种同步实现双波长脉冲激光输出的实验装置,包括:第一激励模块1、第一激光模块、第二激励模块8、第二激光模块以及调Q模块5;
所述第一激光模块的一端与所述第一激励模块1连接,所述第一激光模块的另一端与所述调Q模块5连接,所述第一激励模块1用于对所述第一激光模块进行激励,所述第一激光模块用于根据所述第一激光模块的激励发射激光信号;
所述第二激光模块的一端与所述第二激励模块8连接,所述第二激光模块的另一端与所述调Q模块5连接,所述第二激励模块8用于对所述第二激光模块进行激励,所述第二激光模块用于根据所述第二激光模块的激励发射激光信号,所述调Q模块5用于产生所述第一激光模块以及所述第二激光模块的激光信号。
第一激光模块与第二激光模块通过所述调Q模块5耦合,实现两个谐振腔共用一个调Q模块5,调Q模块5为可饱和吸收体,可饱和吸收体输出耦合器是将三根单模光纤采用拉锥耦合的方法制备得到的。
本发明是一种同步实现双波长脉冲激光输出的实验装置,采用两个并联的环形谐振腔共用一个可饱和吸收体器件的方法来实现双波长调Q光和单频调Q光,同时利用拉锥耦合的方法使1μm的单频调Q光和1.5μm的调Q光两种波长在同一个端口输出,实现了大脉冲能量、低重复频率的微秒量级双波长调Q以及单频调Q激光输出。
采用双环形腔耦合成双波长激光器的方法,通过共用一个可饱和吸收体器件实现双波长被动调Q脉冲激光输出。
在实际应用中,所述第一激光模块具体包括:第一光纤3、隔离模块4、第一偏振控制模块6以及第一波分复用模块2;所述第一激光模块为1.5μm的环形腔;
所述第一波分复用模块2的一端与所述第一激励模块1连接,所述第一波分复用模块2的另一端与所述第一光纤3的一端连接,所述第一光纤3的另一端与所述隔离模块4连接,所述第一波分复用模块2用于将所述第一激励模块1的光信号引入第一激光模块;
所述隔离模块4的另一端与所述调Q模块5的一端连接,所述隔离模块4用于控制光信号的传输方向;
所述第一偏振控制模块6的一端与所述调Q模块5的另一端连接,所述第一偏振控制模块6的另一端与所述第一波分复用模块2连接,所述第一偏振控制模块6用于改变光信号的偏振状态;
所述第一光纤3与所述第一波分复用模块2的另一端连接,所述第一光纤3作为第一激光模块的增益介质。
在实际应用中,所述第一光纤3为掺铒光纤。
在实际应用中,所述隔离模块4为偏振无关隔离器。
在实际应用中,所述第一波分复用模块2为980nm/1550nm的波分复用器。
在实际应用中,所述第二激光模块具体包括:第二光纤10、第三光纤12、第二偏振控制模块7、布拉格光栅13以及第二波分复用模块9;所述第二激光模块为1μm的环形腔;
所述第二波分复用模块9的一端与所述第二激励模块8连接,所述第二波分复用模块9的另一端同时与所述布拉格光栅13以及所述调Q模块5的一端连接,所述第二波分复用模块9用于将所述第二激励模块的光信号引入第二激光模块;
所述第二偏振控制模块7的一端与所述调Q模块5的另一端连接,所述第二偏振控制模块7的另一端与所述第二波分复用模块9的一端连接,所述第二偏振控制模块7用于改变光信号的偏振状态;
所述第二光纤10与所述第二波分复用模块9的另一端连接,所述第二光纤10作为第二激光模块的增益介质;
所述第三光纤12与所述布拉格光栅13连接,形成滤波器。在第三光纤12内形成驻波,产生空间烧孔效应,形成一段周期性变化的超窄动态光栅,对腔内光进行选模,形成单频。
选出的单频光之后连接一个共用的调Q模块5,形成单频调Q激光。在实际应用中,所述第二激光模块还包括:三端口环形器11,所述三端口环形器11的第一端与所述第二波分复用模块9的另一端连接,所述三端口环形器11的第二端与所述布拉格光栅13连接,所述三端口环形器11的第三端与所述调Q模块5的一端连接。
在实际应用中,所述第二光纤10以及第三光纤12的材料均为掺镱光纤。
在实际应用中,所述第二波分复用模块9为980nm/1064nm的波分复用器。
在实际应用中,所述第一激励模块1与所述第二激励模块8均为泵浦源,所述调Q模块5为可饱和吸收被动调Q器件,所述可饱和吸收被动调Q器件的吸收材料是单壁碳纳米管。
所述可饱和吸收被动调Q器件的制备方法如下:
首先通过拉锥的方法将三根单模光纤拉锥后利用弱耦合的方法将三根光纤耦合起来。之后采用液相剥离法制备的碳纳米管上清液通过真空抽滤成膜,最后将制备的纳米级碳纳米管薄膜覆盖到拉锥耦合的锥区。通过该器件的光经过碳纳米管薄膜与之产生非线性作用,可以获得1μm的单频调Q激光和1.5μm的调Q激光的同时输出,输出激光的波长包括1μm和1.5μm两个主要的近红外波段。因此,本发明是一种同步实现双波长脉冲激光输出的实验装置,采用拉锥耦合的方法,制作出了一个输出耦合器,能实现一个输出端的能同时输出两种波长的脉冲激光。
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方法及其核心思想;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)
1.一种同步实现双波长脉冲激光输出的装置,其特征在于,所述装置包括:第一激励模块、第一激光模块、第二激励模块、第二激光模块以及调Q模块;
所述第一激光模块的一端与所述第一激励模块连接,所述第一激光模块的另一端与所述调Q模块连接,所述第一激励模块用于对所述第一激光模块进行激励,所述第一激光模块用于根据所述第一激励模块的激励发射激光信号;
所述第二激光模块的一端与所述第二激励模块连接,所述第二激光模块的另一端与所述调Q模块连接,所述第二激励模块用于对所述第二激光模块进行激励,所述第二激光模块用于根据所述第二激励模块的激励发射激光信号,所述调Q模块用于产生所述第一激光模块以及所述第二激光模块的激光信号;
所述第一激光模块与所述第二激光模块均为环形谐振腔,通过调Q模块将两个所述环形谐振腔并联;
所述调Q模块的制备过程如下:首先通过拉锥的方法将三根单模光纤拉锥后利用弱耦合的方法将三根光纤耦合起来;之后采用液相剥离法将制备的碳纳米管上清液通过真空抽滤成膜,最后将制备的纳米级碳纳米管薄膜覆盖到拉锥耦合的锥区;
所述三根单模光纤分别为第一单模光纤、第二单模光纤和第三单模光纤;
所述第一单模光纤为输出光纤,所述第二单模光纤和所述第三单模光纤分别为第一激光模块环形谐振腔和第二激光模块环形谐振腔的组成部分,通过将所述三根单模光纤耦合,实现第一激光模块和第二激光模块的并联。
2.根据权利要求1所述的一种同步实现双波长脉冲激光输出的装置,其特征在于,所述第一激光模块具体包括:第一光纤、隔离模块、第一偏振控制模块以及第一波分复用模块;
所述第一波分复用模块的一端与所述第一激励模块连接,所述第一波分复用模块的另一端与所述第一光纤的一端连接,所述第一光纤的另一端与所述隔离模块连接,所述第一波分复用模块用于将所述第一激励模块的光信号引入第一激光模块;
所述隔离模块的另一端与所述调Q模块的一端连接,所述隔离模块用于控制光信号的传输方向;
所述第一偏振控制模块的一端与所述调Q模块的另一端连接,所述第一偏振控制模块的另一端与所述第一波分复用模块的一端连接,所述第一偏振控制模块用于改变光信号的偏振状态;
所述第一光纤作为第一激光模块的增益介质。
3.根据权利要求2所述的一种同步实现双波长脉冲激光输出的装置,其特征在于,所述第一光纤为掺铒光纤。
4.根据权利要求2所述的一种同步实现双波长脉冲激光输出的装置,其特征在于,所述隔离模块为偏振无关隔离器。
5.根据权利要求2所述的一种同步实现双波长脉冲激光输出的装置,其特征在于,所述第一波分复用模块为980nm/1550nm的波分复用器。
6.根据权利要求1所述的一种同步实现双波长脉冲激光输出的装置,其特征在于,所述第二激光模块具体包括:第二光纤、第三光纤、第二偏振控制模块、布拉格光栅、第二波分复用模块和三端口环形器;
所述第二波分复用模块的一端与所述第二激励模块连接,所述第二波分复用模块用于将所述第二激励模块的光信号引入第二激光模块;
所述第二偏振控制模块的一端与所述调Q模块的另一端连接,所述第二偏振控制模块的另一端与所述第二波分复用模块的一端连接,所述第二偏振控制模块用于改变光信号的偏振状态;
所述第二光纤与所述第二波分复用模块的另一端连接,所述第二光纤作为第二激光模块的增益介质;
所述第三光纤与所述布拉格光栅连接,形成滤波器;在第三光纤内形成驻波,产生空间烧孔效应,形成一段周期性变化的超窄动态光栅,对腔内光进行选模,形成单频;
所述三端口环形器的第一端与所述第二光纤连接,所述三端口环形器的第二端通过所述第三光纤与所述布拉格光栅连接,所述三端口环形器的第三端与所述调Q模块的一端连接。
7.根据权利要求6所述的一种同步实现双波长脉冲激光输出的装置,其特征在于,所述第二光纤以及第三光纤均为掺镱光纤。
8.根据权利要求6所述的一种同步实现双波长脉冲激光输出的装置,其特征在于,所述第二波分复用模块为980nm/1064nm的波分复用器。
9.根据权利要求1所述的一种同步实现双波长脉冲激光输出的装置,其特征在于,所述第一激励模块与所述第二激励模块均为泵浦源,所述调Q模块为可饱和吸收被动调Q器件,所述可饱和吸收被动调Q器件的吸收材料是单壁碳纳米管。
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