CN112134133A - 飞秒脉冲宽展光纤振荡器 - Google Patents

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Abstract

一种脉冲宽展光纤振荡器(或激光腔)，可以包括啁啾光纤布拉格光栅(CFBG)和光环形器，该光环形器被布置为使透射穿过CFBG的光束的第一部分继续传播通过激光腔，同时从CFBG反射的光束的第二部分由CFBG宽展和啁啾，并由光环形器引导出激光腔。因此，在激光腔中CFBG和光环形器的配置可以使脉冲宽展与输出耦合同时进行，这可以防止有害的非线性相位在宽展之前累积。

Description

飞秒脉冲宽展光纤振荡器
技术领域
本公开总体上涉及一种光纤振荡器，并且更特别地，涉及一种具有啁啾光纤布拉格光栅和光环形器的锁模光纤激光腔，其被布置成能够使脉冲宽展与输出耦合同时进行。
背景技术
锁模是指光学技术，通过该技术激光器被配置为产生超短脉冲，该超短脉冲的脉冲持续时间约为皮秒(psec)或飞秒(fsec)。因此，被操作为产生超短脉冲的锁模激光器有时被称为飞秒激光器等。通常，将锁模激光器耦合到包含锁模装置(或锁模器)的激光腔，该锁模装置可以包括诸如光调制器的有源元件，诸如可饱和吸收器的非线性无源元件等。锁模装置导致形成超短脉冲，该脉冲在激光腔中循环。在稳定状态下，影响循环脉冲的影响处于平衡状态，使得每次完成往返行程后，脉冲参数都不会更改，或者在每次往返行程中甚至几乎恒定不变。每次脉冲碰到输出耦合器镜时，都会发出可用的脉冲，使得规则的脉冲序列会离开激光器。假设单个循环脉冲，脉冲重复周期对应于激光腔中的往返时间(通常为几纳秒)，而脉冲持续时间要短得多。因此，锁模激光器可以具有比平均功率高几个数量级的峰值功率。
发明内容
根据一些实施方式，脉冲宽展激光腔可以包括：有源光纤，配置为传输脉冲，其中，脉冲在向前方向上传播穿过激光腔并在有源光纤中经历增益；光环形器，包括：输入端口，该输入端口被布置为在脉冲穿过有源光纤之后接收脉冲；第一输出端口；以及第二输出端口，该第二输出端口被布置为传送输出脉冲；和啁啾光纤布拉格光栅，包括输入端，该输入端被配置为接收来自光环形器的第一输出端口的脉冲，其中，所述啁啾光纤布拉格光栅被配置为将所述脉冲的第一部分从所述啁啾光纤布拉格光栅的远端传输出来，在该远端处，所述脉冲的第一部分继续在向前方向上传播，以完成去往有源光纤的往返行程，同时脉冲的第二部分被反射并由此被宽展，和其中，脉冲的经宽展第二部分沿相反方向传播回到光环形器，在该光环形器处，脉冲的经宽展第二部分被转向到第二输出端口。
根据一些实施方式，脉冲宽展激光腔可以包括：有源光纤，配置为传输脉冲，其中，脉冲在向前方向上传播穿过激光腔并在第一次穿过有源光纤时经历增益；啁啾光纤布拉格光栅，包括输入端，该输入端设置为在脉冲穿过有源光纤后接收脉冲，其中，所述啁啾光纤布拉格光栅被配置为将所述脉冲的第一部分从述啁啾光纤布拉格光栅的远端传输出来，在该远端处，所述脉冲的第一部分继续沿向前方向传播，以完成去往有源光纤的往返行程，同时脉冲的第二部分被反射并由此被宽展，和其中，脉冲的经宽展第二部分沿相反的方向传播，其中脉冲的经宽展第二部分在第二次穿过有源光纤时经历增益；和光环形器，布置为在第二次穿过有源光纤之后接收脉冲的经宽展第二部分并输出脉冲的经宽展第二部分。
根据一些实施方式，脉冲宽展激光腔可以包括：有源光纤；反射锁模器装置，布置会为将脉冲反射到有源光纤中；光环形器，包括输入端口和多个输出端口，其中，多个输出端口包括第一输出端口，该第一输出端口布置成在脉冲穿过有源光纤之后接收脉冲并经由第二输出端口传输脉冲；和啁啾光纤布拉格光栅，包括输入端，该输入端布置为接收来自光环形器的第二输出端口的脉冲，其中，所述啁啾光纤布拉格光栅被配置为将脉冲的第一部分从所述啁啾光纤布拉格光栅的远端传输出来并进入到所述光环形器的输入端口中，和其中所述啁啾光纤布拉格光栅被配置为将脉冲的第二部分反射并由此宽展回到光环形器的第二输出端口，在该第二输出端口处，脉冲的经宽展第二部分被转向到第三输出端口，该第三输出端口布置成传送输出脉冲。
附图说明
图1是示例锁模振荡器的图；
图2A-2B是锁模振荡器的一个或多个示例实施方式的示图，该锁模振荡器包括啁啾光纤布拉格光栅(CFBG)和光环形器，该光环形器被布置为使得脉冲宽展与环形腔中的输出耦合同时进行；
图3是包括CFBG和光环形器的锁模振荡器的示例实施方式的示图，该光环形器被布置成使得脉冲宽展与线性腔中的输出耦合同时进行。
具体实施方式
示例实施方式的以下详细描述参照附图。不同附图中的相同附图标记可以标识相同或相似的元件。
短脉冲光纤振荡器通常以足够高的峰值功率工作，使得在光纤中的脉冲传播期间非线性效应很强。虽然这些非线性是预期的，通常在由振荡器产生短脉冲方面是有用的，但在将脉冲从振荡器输出耦合后，非线性性(nonlinearity)可能会损害整个系统的性能。例如，在工业、医疗和/或其他应用中使用的飞秒激光器中，通常使用称为啁啾脉冲放大的技术来宽展(stretch)脉冲，以降低峰值功率和非线性，然后再将其发射到将脉冲能量从纳焦(nJ)水平带到微焦或毫焦水平的放大器中。宽展技术可以将脉冲持续时间从小于1皮秒(psec)或小于10psec增大到大于100psec或大于1纳秒(nsec)的脉冲持续时间。
因此，宽展技术可以将峰值功率从原来的10倍降低到大于1000倍，并显著减少非线性性。但是，在使用啁啾脉冲放大技术或其他类似技术来宽展脉冲的系统中，光纤的剩余长度从振荡器输出耦合器行进到脉冲宽展器(stretcher)，在从振荡器输出耦合器行进到脉冲宽展器(stretcher)的光纤剩余长度中，可能会积累显著量的有害的非线性相位。这种非线性性会限制振荡器可以操作的功率，会限制最终的压缩输出脉冲持续时间和/或诸如此类。通常，非线性性的水平可以通过B积分(integral)来表征，其对于无源石英光纤的长度L由以下给出：
B＝2πn2IL/λ
其中n2＝3×10-20m2/W，I是光纤芯中的光强度，λ是波长。例如，以上表达式可用于计算出，在有保偏作用的980纳米(PM-980)的光纤中1kW的1030nm光产生的B积分约为2π，其大致是对脉冲的非线性影响可能变得明显的水平。
因此，典型的孤子或准孤子锁模光纤振荡器通常可以在每个脉冲高达0.1到1.0nJ能量的范围内操作，脉冲持续时间为100飞秒(fsec)到1psec，因此具有峰值功率在1kW的状态。典型的相似子(similariton)或全正常色散(ANDi)锁模光纤振荡器本质上会产生一定程度的经宽展(例如啁啾)脉冲，通常在1ps到10ps的范围，其可以向下压缩为小于1psec的范围，以能使以每脉冲1.0至10nJ的较高脉冲能量工作，同时保持1kW功率状态。如果任何这些激光器中要以更高的脉冲能量级工作，则非线性性将相应地增大，并且由于必须在宽展之前横穿通常为1米或更长的输出光纤，因此输出脉冲可能会劣化。因此，不断增长的非线性性可能导致不可接受的脉冲后再压缩(plulse-following recompression)(例如，实质的脉冲基座(pulse pedestal)、实质较长的脉冲持续时间、分解为多个子脉冲的脉冲和/或诸如此类)。
本文描述的一些实施方式涉及锁模光纤激光器腔，其具有一配置，在该配置中，啁啾光纤布拉格光栅(CFBG)和光环形器(optical circulator)被布置为以使得脉冲宽展与输出耦合同时进行，从而消除输出光纤中未宽展的脉冲传播到宽展器、宽展之前的有害非线性相位的相应累积和/或诸如此类)。下面描述锁模光纤激光器腔的示例，其中CFBG和光环形器被布置为以能使脉冲宽展与输出耦合同时进行。
图1是示例锁模振荡器100的示图。例如，在一些实施方式中，锁模振荡器100可以是孤子锁模环形振荡器、准孤子锁模环形振荡器和/或诸如此类。在一些实施方式中，锁模振荡器100可以被设计为使用偏振或保偏的光纤和部件来以偏振状态操作。附加地或可替代地，在一些实施方式中，锁模振荡器100可以是非偏振的。
如图1所示，锁模振荡器100可包括泵浦102和泵浦波分多路复用器(WDM)104，该泵浦波分多路复用器被配置为生成使脉冲沿向前方向(例如，顺时针方向)传输通过环形腔的能量。例如，脉冲可以由环形腔中的噪声自发产生，并且当脉冲通过环形腔往返时，脉冲可以由环形腔中的一个或多个元件整形。因此，如图1所示，脉冲可以在绕环形腔沿顺时针方向循环并传播通过有源光纤106，在该有源光纤处，脉冲经历增益(例如，被放大)。例如，有源光纤106可以用作传输脉冲的增益介质，并且可以包括掺杂有稀土离子(例如，铒、钕、镱、镨、铥和/或诸如此类)的玻璃纤维。
如图1所示，在通过有源光纤106之后，脉冲随后通过输出耦合器108，该输出耦合器108具有耦合到输出光纤110上的第一输出端口和耦合到环形腔中的第二输出端口。因此，在通过输出耦合器108之后，脉冲可以经由第一光环形器112通过反射锁模器装置114(例如，半导体可饱和吸收镜(semiconductor saturable absorber mirror：SESAM))，并在返回到有源光纤106之前经由第二光环形器116通过双通色散控制装置118。例如，如图1所示，双通色散控制装置118可以包括透镜120、一对衍射光栅122和反射器124，它们布置成提供负的群延迟色散(group-delay dispersion：GDD)。为了在孤子状态下工作，腔中的总GDD通常应为负或零。因此，双通色散控制装置118可以被布置为从腔中的整个光纤长度更多地抵消正GDD以能在孤子状态下操作。在图1中，输出耦合器108可以是全光纤熔融耦合器、尾纤部分反射器型装置和/或诸如此类。通常，输出耦合器108可以根据取决于锁模振荡器100的设计细节的一个或多个输出耦合参数来操作。例如，在一些实施方式中，输出耦合器108可以根据在约20％至约80％的输出耦合范围内的一个或多个输出耦合参数来操作。在典型的啁啾脉冲放大系统中，通过输出光纤110传送的输出脉冲随后会在脉冲放大和压缩之前通过脉冲宽展元件111(例如CFBG、体布拉格光栅、衍射光栅对和/或诸如此类)将持续时间宽展。
如上所述，图1仅作为一个或多个示例提供。其他示例可与关于图1的描述有所不同。
图2A-2B是锁模振荡器的一个或多个示例实施方式200的示图，该锁模振荡器包括啁啾光纤布拉格光栅(CFBG)202和光环形器204，其布置成能够使脉冲宽展与环形腔中的输出耦合同时进行。例如，示例实施方式(一个或多个)200可以包括脉冲宽展光纤振荡器(或激光腔)，其中脉冲是由激光腔中的噪声自发产生的，并且由激光腔中的一个或多个元件(例如，SESAM114、色散控制装置118、非线性性和/或诸如此类)整形，因为脉冲多次往返穿过激光腔。如图2A所示，脉冲宽展光纤振荡器(或激光腔)包括泵浦102和泵浦WDM 104，其被布置成产生能量，该能量使脉冲传播到激光腔(例如在示出的示例中的环形腔)的有源光纤106中，其中脉冲沿向前(例如，顺时针)方向传播通过激光腔并在有源光纤106中经历增益。此外，如图2A所示，激光腔包括CFBG 202和光环形器204(例如，与图1的锁模振荡器100中的输出耦合器108相对比)。在一些实施方式中，光环形器204包括：输入端口，该输入端口被布置为在脉冲通过有源光纤106之后接收该脉冲；第一输出端口，其耦合到激光腔中；以及第二输出端口，其引向输出光纤110。此外，如所示的，CFBG 202包括输入端，其布置成接收来自光环形器204的第一输出端口的脉冲。在某些实施方式中，如本文所述的，CFBG 202可配置为将脉冲的第一部分发送出CFBG 202的远端并进入激光腔，在该激光腔中，脉冲的第一部分继续在向前方向上传播，同时脉冲的第二部分被反射并由此宽展。在一些实施方式中，如本文中进一步描述的，被反射并由此被宽展的脉冲的第二部分在反向(例如，逆时针)方向上传播回到光环形器204，在该处，脉冲的第二部分被转向通往输出光纤110的第二输出端口。
通常，光纤布拉格光栅(FBG)是一种特殊类型的分布式布拉格反射器，其构造成一小段光纤，以反射特定波长的光并透射所有其他波长的光。通常通过在光纤纤芯的折射率中产生周期性变化来实现此效果，其产生特定波长的介电镜(dielectric mirror)。因此，FBG可用作直列光学滤波器(inline optical filter)以阻挡某些波长，或用作特定波长的反射器。CFBG 202是一种特定类型的FBG，其中内接在纤芯中的光栅具有不均匀的间距，从而导致输入脉冲的不同光谱分量在沿着光栅在不同位置处反射，形成GDD。例如，在一些实施方式中，CFBG 202的不均匀间距可导致脉冲的第二部分的第一和第二光谱分量(例如红色和蓝色分量)在沿着CFBG 202的第一和第二位置处反射。CFBG通常在仅反射模式下用于脉冲宽展，其中输入脉冲从一端进入，经反射和经宽展的脉冲从同一端出射，任何未反射的光从光纤的远端出射，因此通常被丢弃。可以在输入端使用环形器以将输出光与输入分开(类似于上面参考图1所述的使用具有SESAM和色散控制装置的环形器)。如图2所示，CFBG202被并入锁模振荡器的环形腔中。
在一些实施方式中，如图2A所示，可以根据锁模振荡器的环形腔的设计，将CFBG202设计为用于所需的或最佳的输出耦合。例如，在一些实施方式中，CFBG 202可以被配置为根据基于一个或多个输出耦合参数的反射率或输出耦合分数(例如，从大约20％到大约80％)来反射脉冲的第二部分。此外，如图2A所示，光环形器204可以在环形腔中以一定的取向连接，其中第一输出端口(或输出腿)通过CFBG 202耦合到环形腔中，以及第二输出端口(或输出腿)耦合到输出光纤110，这与典型配置是相反的，在典型配置中第一输出端口引向反射装置(例如SESAM或常规布置的CFBG)并且第二输出端口引向正在进行的光束传播方向。此外，CFBG 202的远端连接到环形腔的其余部分，而不是如在典型的CFBG实施方式中那样留着不用。
例如，如图2A所示，耦合在有源光纤106和CFBG 202的远端之间的光束传播级包括一个或多个装置，该装置被布置为在向前(顺时针)方向上将脉冲的第一部分从CFBG 202的远端传播到有源光纤106。例如，在光束传播级中的一个或多个装置，其以与以上参考图1所述方式配置类似，可以包括光环形器112，其具有耦合至CFBG 202的远端的输入端口、引向反射锁模器装置114(例如SESAM)的第一输出端口以及沿正在进行的光束传播方向导向的第二输出端口。在该示例中，在光束传播级中的一个或多个装置还包括光环形器116，其具有耦合至光环形器112的第二输出端口的输入端口、引向色散控制装置118的第一输出端口以及沿正在进行的光束传播方向导向并朝向有源光纤106的第二输出端口。
因此，在操作中，来自有源光纤106的顺时针行进的脉冲通常可以穿过光环形器204并从第一输出端口输出到CFBG 202，在此处，一些脉冲从CFBG 202的远端传输出而未宽展，并继续穿过空腔。此外，一些脉冲被CFBG 202反射并由此被宽展。该宽展脉冲向后传播到光环形器204，在该处，宽展脉冲被转向到第二输出端口，该第二输出端口引向输出光纤110中。这样，因为输出脉冲在CFBG 202中与前向行进的脉冲分离的同时被宽展，因此输出脉冲不会在未宽展状态下在光纤中传播，并且输出脉冲的峰值功率会大大降低。这样，输出脉冲几乎没有或根本没有经历非线性性。另外地或可替代地，在锁模振荡器的环形腔内使用CFBG 202和光环形器204减少了通常由常规输出耦合器和独立CFBG和环形器引起的光学损耗。这样，振荡器和宽展器的组合可输送更高的输出功率，从而减少了对额外放大级的需求，并改善了脉冲的时间(temporal)质量和/或光谱质量，其导致了在放大和压缩之后的更高的输出脉冲能量、更短的脉冲、更高的脉冲质量和/或诸如此类。
在一些实施方式中，如图2A所示的SESAM 114和色散控制装置118的布置可以由光学组件代替，该光学组件提供在激光腔中的色散控制、锁模、光谱滤波和/或诸如此类。例如，光学组件通常可以具有与色散控制装置118类似的配置，并且还可以包括位于一对衍射光栅122和反射器124之间的聚焦光学器件(例如，透镜、凹面镜和/或诸如此类)，其可以是锁模装置，例如位于光学组件的反射端处的SESAM。因此，聚焦光学器件可以在反射器124处产生束腰(beam waist)，并且使得光束在第二次穿过该一对衍射光栅122时逆转(invert)。以此方式，通过使光束在第二次穿过该一对衍射光栅122时逆转，光学组件可以产生在时间和空间上色散的输出，除了在激光腔中的色散控制和锁模外，该输出还提供光谱滤波。因此，在此情况下，可以省略SESAM 114，并且可以将聚焦光学器件包括在该一对衍射光栅122和反射器124之间的色散控制装置118中，以提供色散控制、锁模、光谱滤波和/或诸如此类。此外，由于CFBG 202可以在中心波长附近比在激光光谱分布的侧面处具有较低的透射率，从而倾向于驱动激光器远离中心波长发射激光，因此可以在腔中设置光谱带通滤波器以对CFBG 202的透射率分布进行补偿。例如，在环形腔配置(例如，如图2A所示)中，这样的光谱带通滤波器可以是透射元件、具有环形器的反射元件、通过以上所述的空间色散来提供光谱滤波的光学组件和/或诸如此类。
图2B图示了用于锁模振荡器的另一种可能的设计，其中CFBG 202和光环形器204布置为能够进行额外的增益传递(gain pass)。例如，在图2B中，光环形器204位于相对于有源光纤106和泵浦WDM 104逆时针的位置，这可以相对于如图2A所示的锁模振荡器的布置提高性能。
因此，在图2B中，用于输出耦合的光环形器204位于相对于有源光纤106和泵浦WDM104逆时针的位置且相对于光束传播级(包括光环形器112、反射锁模器装置114、光环形器116和色散控制装置118)顺时针的位置。结果，从CFBG 202逆时针行进的宽展输出脉冲在被光环形器204输出耦合之前穿过有源光纤106。因此，在图2B中，CFBG 202包括输入端，该输入端被布置成在脉冲经过有源光纤106之后接收脉冲，并且CFBG 202可以将脉冲的第一部分从CFBG 202的远端传送出去并继续穿过激光腔，在该处脉冲的第一部分继续在向前(例如，顺时针)方向上传播，而脉冲的第二部分被反射并由此宽展。在一些实施方式中，脉冲的经宽展第二部分在反向(例如，逆时针)方向上传播，其中脉冲的经宽展第二部分在第二次穿过有源光纤106时经历进一步的增益，以及光环形器204在第二次穿过有源光纤106之后接收脉冲的经宽展第二部分，并将脉冲的经宽展第二部分输出到输出光纤110上。
以该方式，因为有源光纤106以通常3-15dB(例如10dB)的实质单通增益操作，以便使锁模振荡器在一阈值以上运行，所以经宽展输出脉冲在离开环形腔之前，会经历相应的增益(例如10dB)。因此，例如，孤子振荡器可能能够生成可压缩至200fsec的能量为2nJ的经宽展脉冲，而不是如传统的受1kW峰值功率限制的孤子振荡器中的0.2nJ那样。此外，以此方式，来自有源光纤106的脉冲所经历的增益可能不足以高到能达到非线性性的阈值。特别地，增益约为10倍的量级，而宽展约为1000倍的量级，从而相对于腔内的自然水平(其接近非线性阈值)，峰值功率降低了约100倍。此外，虽然宽展效应在数学上等同于色散，但宽展效应明显大于一米或两米光纤长度的自然色散。因此，在图2B所示的锁模振荡器中或在光纤放大的后续级中发生的任何光纤色散都可以简单地增加到经宽展脉冲持续时间(或从经宽展脉冲持续时间中减去，取决于宽展的标记(sign of the stretching)以及光纤放大的后续级是在正常还是异常的光纤色散状态下运行)。在任何情况下，都可以调整激光系统的输出端(例如耦合到输出光纤110)处的最终脉冲压缩器，以减少脉冲持续时间，从而使脉冲几乎受到傅里叶变换的限制(例如，在给定脉冲光谱带宽的情况下，脉冲会表现出最短的可能脉冲持续时间)。由于输出脉冲已经宽展，因此增加的功率不太可能引起明显增加的非线性性。在一些实施方式中，可以增加操作该泵102的功率，以解决从有源光纤106的这种额外提取。除此之外，逆时针行进的经宽展脉冲的存在可能几乎不影响或根本没有影响顺时针行进的短脉冲的正常锁模行为。总体而言，与典型的振荡器相比，该系统可以传送被极大提高的功率水平，同时降低非线性性水平。
因此，尽管光环形器通常以中间腿到达被两次通过的部件的方式取向，但是本文描述的一些实施方式可以将光环形器204布置在用于输出耦合的取向上。此外，尽管在某些情况下可以将内腔CFBG 202布置成为振荡光束提供少量色散(类似于衍射光栅对122)，但常规上将CFBG布置为反射该振荡器光束(例如，作为线性腔的端部反射器)，透射光束有可能用作(非宽展)输出耦合光束。相反，本文描述的一些实施方式提供了一种布置，其中标称没有被CFBG 202色散的透射光束保留在锁模振荡器的空腔中，而反射光束可以用作输出。此外，“宽展器”CFBG的色散(例如本文所述的某些实施方式中使用的那个)实质上大于内腔色散CFBG的色散(例如，将500fsec脉冲宽展至200-500psec脉冲，与内腔色散CFBG的几皮秒相反)。振荡器的输出通常为几皮秒或更短，用于啁啾脉冲放大的任何主要宽展都是单独发生的。因此，本文描述的一些实施方式可以将脉冲宽展合并到腔结构中，这可以消除通过连接光纤从振荡器到宽展器的传播。
此外，本文中描述的一些实施方式对于孤子或准孤子振荡器可能是有用的，因为孤子锁模由于短的、未啁啾脉冲输出而趋向于限制脉冲能量。因此，本文描述的一些实施方式可以将孤子锁模的优点(例如，稳定性、鲁棒性、清晰的脉冲轮廓等)与大大增加的输出功率相结合。此外，尽管孤子振荡器通常产生具有平方双曲线正割(sech2)的时间和光谱轮廓的脉冲，但是在某些情况下可能需要不同的轮廓(例如，抛物线形或准抛物线宽展脉冲时间轮廓)。因此，在一些实施方式中，脉冲整形可以使用适当地定制的光谱滤波器或时间调制器来实现，所述光谱滤波器或时间调制器被施加到用于输出耦合的光环形器204的第二输出腿中或之后的输出光束，以便产生期望的时间和/或光谱轮廓。另外地或可替代地，可以使用不同类型的光纤激光振荡器(例如，相似子振荡器)直接产生这样的脉冲。本文描述的一些实施方式也可以应用于这样的振荡器。
如上所述的，仅作为一个或多个示例提供了图2A-2B。其他示例可能与针对图2A-2B所描述的不同。例如，尽管示例实施方式(一个或多个)200集中于CFBG 202和光环形器204被布置在环形腔中的脉冲宽展设计，但是一些实施方式可以将脉冲宽展设计应用于线性腔、混合环和线性空腔和/或诸如此类。
例如，图3是包括CFBG 302和光环形器304的锁模振荡器的示例实施方式300的示意图，该CFBG 302和光环形器304被布置为使脉冲宽展与线性激光腔中的输出耦合同时进行。更特别地，如图3所示，锁模振荡器可以被配置为脉冲宽展光纤振荡器，其包括反射型锁模器装置(例如，SESAM)306，该反射型锁模器装置被布置为将脉冲(例如，由线性激光腔中的噪声自发产生的脉冲)反射进入线性激光腔的有源光纤106中。如图3进一步所示的，光环形器304是具有输入端口(标记为“1”)和多个输出端口的四端口环形器。例如，输出端口包括第一输出端口(标记为“2”)，该第一输出端口布置成在脉冲穿过有源光纤106之后接收脉冲，并经由第二输出端口(标记为“3”)传输该脉冲。CFBG 302可以包括输入端，该输入端被布置为从光环形器304的第二输出端口接收脉冲，并且CFBG 302可以将脉冲的第一部分从CFBG 302的远端传输出来并进入光环形器304的输入端口中。此外，CFBG 302可将脉冲的第二部分反射并由此宽展回到光环形器304的第二输出端口中，在此处，脉冲的经宽展第二部分被转向到引向输出光纤110的第三输出端口(标记为“4”)。在一些实施方式中，脉冲的第一部分可以被引出光环形器304的第一输出端口，以进行穿过有源光纤106朝向反射式锁模器装置306的另一次行进。
因此，在通过图3所示的锁模振荡器的一次往返中，脉冲遵循从反射锁模器装置306开始的路径。然后，该脉冲穿过有源光纤106并进入光环形器304的第一输出端口(端口2)中。然后将脉冲传输到光环形器304的第二输出端口(端口3)并传输到CFBG 302中，并且传输通过CFBG 302的脉冲的第一部分进行到光环形器304的输入端口(端口1)，在此处，脉冲的第一部分从第一输出端口(端口2)引出，以进行穿过有源光纤106并返回到反射锁模器装置306的另一次行进。由CFBG 302反射的脉冲的第二部分被宽展并耦合回到光环形器304的第二输出端口(端口3)中，并从光环形器304的第三输出端口(端口4)出来以形成有用的输出脉冲。
如上所述的，图3仅作为一个或多个示例提供。其他示例可能与关于图3的描述有所不同。
前述公开内容提供了说明和描述，但并不旨在穷举或将实施方式限制为所公开的精确形式。可以根据以上公开内容进行修改和变化，或者可以从实施方式的实践中获得修改和变化。
即使在权利要求中叙述了和/或在说明书中公开了特征的特定组合，这些组合也不旨在限制各种实施方式的公开。实际上，许多这些特征可以以权利要求书中未具体叙述和/或说明书中未公开的方式组合。尽管下面列出的每个从属权利要求可能仅直接从属于一个权利要求，但是各种实施方式的公开包括与权利要求集中的每个其他权利要求相结合的每个从属权利要求。
除非明确地描述，否则本文中使用的任何要素、动作或指令均不应被解释为关键或必要的。而且，如本文所使用的，冠词“一”旨在包括一个或多个项目，并且可以与“一个或多个”互换使用。此外，如本文所使用的，冠词“该(the)”旨在包括结合冠词“该”引用的一个或多个项目，并且可以与“一个或多个”互换使用。此外，如本文所用的，术语“组”旨在包括一个或多个项目(例如，相关项目、不相关项目、相关和不相关项目的组合等)，并且可以与“一个或多个”可互换地使用。其中在仅意图一项的情况下，使用短语“仅一项”或类似语言。同样，如本文所使用的，术语“具有”等旨在是开放式术语。此外，短语“基于”旨在表示“至少部分地基于”，除非另有明确说明。另外，如在此使用的，术语“或”在串联使用时意图是包括性的，并且可以与“和/或”互换使用，除非另有明确说明(例如，如果与“或者”或“仅其中之一”组合使用)。
相关申请
本申请要求2019年6月25日提交的标题为“FEMTOSECOND PULSE STRETCHINGFIBER OSCILLATOR”的美国临时专利申请No.62/866,377的权益，其内容通过引用整体合并于此。

Claims (20)

1.一种脉冲宽展激光腔，包括：
有源光纤，配置为传输脉冲，
其中，脉冲在向前方向上传播穿过激光腔并在有源光纤中经历增益；光环形器，包括：输入端口，该输入端口被布置为在脉冲穿过有源光纤之后接收脉冲；第一输出端口；以及第二输出端口，该第二输出端口被布置为传送输出脉冲；和
啁啾光纤布拉格光栅，包括输入端，该输入端被配置为接收来自光环形器的第一输出端口的脉冲，
其中，所述啁啾光纤布拉格光栅被配置为将所述脉冲的第一部分从所述啁啾光纤布拉格光栅的远端传输出来，在该远端处，所述脉冲的第一部分继续在向前方向上传播，以完成去往有源光纤的往返行程，同时脉冲的第二部分被反射并由此被宽展，和
其中，脉冲的经宽展第二部分沿相反方向传播回到光环形器，在该光环形器处，脉冲的经宽展第二部分被转向到第二输出端口。
2.根据权利要求1所述的脉冲宽展激光腔，其中，所述啁啾光纤布拉格光栅具有不均匀的间距，该间距使脉冲的第二部分的第一和第二光谱分量在沿啁啾光纤布拉格光栅的第一和第二位置反射。
3.根据权利要求1所述的脉冲宽展激光腔，其中，所述啁啾光纤布拉格光栅被配置为根据基于一个或多个输出耦合参数的输出耦合分数来反射所述脉冲的第二部分。
4.根据权利要求1所述的脉冲宽展激光腔，其中，所述脉冲的第二部分被反射并由此与啁啾光纤布拉格光栅同时被宽展，从而将继续在向前方向上传播的脉冲的第一部分分开。
5.根据权利要求1所述的脉冲宽展激光腔，还包括：
耦合在有源光纤和所述啁啾光纤布拉格光栅的远端之间的光束传播级，其中该光束传播级包括一个或多个装置，该一个或多个装置被布置成将脉冲的第一部分在向前方向上从所述啁啾光纤布拉格光栅的远端传播到有源光纤。
6.根据权利要求5所述的脉冲宽展激光腔，其中，所述光环形器是第一光环形器，并且其中，在所述光束传播级中的一个或多个装置包括第二光环形器，该第二光环形器具有耦合到所述啁啾光纤布拉格光栅的远端的输入端口、引向反射锁模器装置的第一输出端口和沿进行中的光束传播方向导向的第二输出端口。
7.根据权利要求6所述的脉冲宽展激光腔，其中，所述反射锁模器装置是半导体可饱和吸收器镜。
8.根据权利要求5所述的脉冲宽展激光腔，其中，所述光环形器是第一光环形器，并且其中，在所述光束传播级中的一个或多个装置包括第二光环形器，该第二光环形器具有耦合到所述啁啾光纤布拉格光栅的远端的输入端口、引向色散控制装置的第一输出端口和沿进行中的光束传播方向导向的第二输出端口。
9.根据权利要求8所述的脉冲宽展激光腔，其中，所述色散控制装置包括透镜、衍射光栅对和反射器，其被布置成提供负的群延迟色散(GDD)，该负的群延迟色散至少抵消所述有源光纤的正GDD。
10.一种脉冲宽展激光腔，包括：
有源光纤，配置为传输脉冲，
其中，脉冲在向前方向上传播穿过激光腔并在第一次穿过有源光纤时经历增益；啁啾光纤布拉格光栅，包括输入端，该输入端设置为在脉冲穿过有源光纤后接收脉冲，
其中，所述啁啾光纤布拉格光栅被配置为将所述脉冲的第一部分从述啁啾光纤布拉格光栅的远端传输出来，在该远端处，所述脉冲的第一部分继续沿向前方向传播，以完成去往有源光纤的往返行程，同时脉冲的第二部分被反射并由此被宽展，和
其中，脉冲的经宽展第二部分沿相反的方向传播，其中脉冲的经宽展第二部分在第二次穿过有源光纤时经历增益；和
光环形器，布置为在第二次穿过有源光纤之后接收脉冲的经宽展第二部分并输出脉冲的经宽展第二部分。
11.根据权利要求10所述的脉冲宽展激光腔，还包括：
耦合在光环形器和所述啁啾光纤布拉格光栅的远端之间的光束传播级，其中光束传播级包括一个或多个装置，该一个或多个装置被布置为沿向前方向传播脉冲的第一部分。
12.根据权利要求11所述的脉冲宽展激光腔，其中，所述光环形器布置在泵浦波分复用器与光束传播级之间。
13.根据权利要求10所述的脉冲宽展激光腔，其中，所述光环形器耦合到脉冲压缩器，该脉冲压缩器被配置为减小所述脉冲的经宽展第二部分的持续时间。
14.根据权利要求10所述的脉冲宽展激光腔，其中，所述脉冲的经宽展第二部分具有平方的双曲正割时间轮廓或抛物线时间轮廓中的一个或多个。
15.如权利要求10所述的脉冲宽展激光腔，其中，脉冲的第二部分被反射并由此与所述啁啾光纤布拉格光栅同时宽展，从而将继续在向前方向上传播的脉冲的第一部分分开。
16.一种脉冲宽展激光腔，包括：
有源光纤；
反射锁模器装置，布置会为将脉冲反射到有源光纤中；
光环形器，包括输入端口和多个输出端口，
其中，多个输出端口包括第一输出端口，该第一输出端口布置成在脉冲穿过有源光纤之后接收脉冲并经由第二输出端口传输脉冲；和
啁啾光纤布拉格光栅，包括输入端，该输入端布置为接收来自光环形器的第二输出端口的脉冲，
其中，所述啁啾光纤布拉格光栅被配置为将脉冲的第一部分从所述啁啾光纤布拉格光栅的远端传输出来并进入到所述光环形器的输入端口中，和
其中所述啁啾光纤布拉格光栅被配置为将脉冲的第二部分反射并由此宽展回到光环形器的第二输出端口，在该第二输出端口处，脉冲的经宽展第二部分被转向到第三输出端口，该第三输出端口布置成传送输出脉冲。
17.根据权利要求16所述的脉冲宽展激光腔，其中，脉冲的第一部分被引出所述光环形器的第一输出端口，以进行穿过所述有源光纤朝向所述反射锁模器装置的另一次行进。
18.根据权利要求16所述的脉冲宽展激光腔，其中，所述激光腔是线性激光腔。
19.根据权利要求16所述的脉冲宽展激光腔，其中，所述反射锁模器装置是半导体可饱和吸收器镜。
20.根据权利要求16所述的脉冲宽展激光腔，其中，脉冲的第二部分被反射并由此与所述啁啾光纤布拉格光栅同时宽展，从而将传输到所述光学环形圈的输入端口中的脉冲的第一部分分开。
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