CN112271540A - 一种低重频掺铒飞秒光纤激光器 - Google Patents

一种低重频掺铒飞秒光纤激光器 Download PDF

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Abstract

本公开提供了一种低重频掺铒飞秒光纤激光器，包括NALM环、主环和第一耦合器，NALM环包括泵浦源输入端、波分复用器、保偏掺铒光纤、第一保偏无源光纤，第一保偏无源光纤为NALM环的环形主体，泵浦源输入端、波分复用器、保偏掺铒光纤均连接在第一保偏无源光纤上；主环包括保偏隔离器、第二耦合器、输出端、第二保偏无源光纤，第二保偏无源光纤为主环的环形主体，保偏隔离器、第二耦合器连接在第二保偏无源光纤上，输出端与第二耦合器的输出端连接；第一耦合器将NALM环和主环连接。该激光器充分利用NALM环进行锁模、降低重频，稳定性高，且结构简单，降低了成本。

Description

一种低重频掺铒飞秒光纤激光器
技术领域
本公开涉及光纤激光器技术领域，尤其涉及一种低重频掺铒飞秒光纤激光器。
背景技术
现有的飞秒激光器一般采用被动锁模方式，常见的锁模方式有碳纳米管(CNT)、半导体可饱和吸收镜(SESAM)和非线性偏振旋转效应(NPE)。采用碳纳米管(CNT)或半导体可饱和吸收镜(SESAM)属于材料锁模器件，具有一定的使用寿命；一般情况下利用非线性偏振旋转效应(NPE)锁模只能在空间光路中实现。非线性光纤环境(NOLM)和非线性光纤放大环境(NALM)由于其全光纤结构，作为锁模器件具有锁模稳定性和长效性好等特点，是较为先进的飞秒激光器锁模方案。
目前，主流的飞秒光纤激光器都具有较高的重复频率，主要用于飞秒光频梳和高精度测量测试系统。现有的低重频飞秒光纤激光器主要采用以下几种方案。第一，利用调制器降低重频，增加了结构的不稳定性，引入比较大的损耗，结构复杂；第二，采用NPE锁模，一般采用空间光路实现，系统复杂度增加，若采用全光纤结构，受到偏振态影响很大，系统稳定度不高；第三，采用两级泵浦源，基于NALM环实现掺镱低重频光纤激光器，实现皮秒量级激光脉冲输出；第四，采用两级泵浦源，基于NOLM环实现掺镱低重频飞秒激光器，增加了系统功耗。以上低重频飞秒光纤激光器均在一定程度上增加了系统复杂性和不稳定性，且造价较高。目前市场上工作波段为1550nm的光学器件价格更为低廉且种类更为齐全，因此，1550nm波段的飞秒光纤激光器能够更好的与其他系统配合使用，具有更高的兼容性。而以上低重频飞秒光纤激光器均为掺镱光纤激光器，与其他系统的兼容性较差，1550nm波段的低重频飞秒光纤激光器的研制尚为空缺。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本公开提供了一种低重频掺铒飞秒光纤激光器，以解决现有的低重频飞秒光纤激光器重复频率高、结构复杂、稳定性差、功耗高、结构复杂、兼容性差等问题。
(二)技术方案
本公开提供了一种低重频掺铒飞秒光纤激光器，包括NALM环、主环和第一耦合器5，包括：所述NALM环包括泵浦源输入端1、波分复用器2、保偏掺铒光纤3、第一保偏无源光纤4，所述第一保偏无源光纤4为所述NALM环的环形主体，所述泵浦源输入端1、波分复用器2、保偏掺铒光纤3均连接在所述第一保偏无源光纤上；所述主环包括保偏隔离器6、第二耦合器7、输出端8、第二保偏无源光纤9，所述第二保偏无源光纤9为所述主环的环形主体，所述保偏隔离器6、第二耦合器7连接在所述第二保偏无源光纤9上，所述输出端8与所述第二耦合器7的输出端连接；所述第一耦合器5将所述NALM环和所述主环连接。
优选地，所述泵浦源输入端1与980nm泵浦源连接，用于将所述980nm泵浦源产生的980nm泵浦光输入所述NALM环。
优选地，所述980nm泵浦光输入所述NALM环后，经所述保偏掺铒光纤3转换为1550nm激光。
优选地，所述波分复用器2为980nm/1550nm波分复用器。
优选地，所述第一耦合器5一方面用于将所述NALM环中的光传输给所述主环，一方面用于将所述主环中的激光传输给所述NALM环，其中，所述激光经所述第一耦合器5分别以正向和反向两个方向进入所述NALM环中，正向传输的光和反向传输的光先后经过保偏掺铒光纤3进行放大，产生非线性相移，再经过第一保偏无源光纤4积累非线性相移，并在所述第一耦合器5处实现锁模。
优选地，所述保偏隔离器6用于保证在所述主环内传播的激光单向传播。
优选地，所述第一耦合器5为二分之二耦合器，分光比为50％∶50％。
优选地，所述第二耦合器7为一分之二耦合器，分光比为20％∶80％，其中，经所述第二耦合器7分光后，所述主环中20％的激光通过所述输出端8输出。
优选地，所述第一保偏无源光纤4长度为50m。
优选地，所述保偏掺铒光纤3长度为1.6m。
(三)有益效果
本公开提供的一种低重频掺铒飞秒光纤激光器，包括NALM环、主环和第一耦合器5，其中，NALM环具有双重作用，其一，NALM环为锁模器件，NALM环中的光双向传播，产生非线性相移并实现锁模，其二，NALM包含的第一保偏无源光纤4为长光纤，该长光纤可实现低重频，此外，NALM环所用的泵浦源也作为整个激光器的泵浦源，可降低系统复杂度和成本，该激光器采用全保偏光纤结构，增加了稳定度。该激光器可实现宽谱、飞秒级、高单脉冲能量的1550nm脉冲激光输出，此波段的脉冲光可以和后续系统兼容，进一步实现脉冲压缩，也可作为啁啾脉冲放大系统的种子源。
附图说明
图1示意性示出了本公开实施例提供的一种低重频掺铒飞秒光纤激光器的示意图；
图2示意性示出了本公开实施例提供的一种低重频掺铒飞秒光纤激光器产生的激光的光谱图；
图3示意性示出了本公开实施例提供的一种低重频掺铒飞秒光纤激光器产生的激光脉冲的频谱图；
图4示意性示出了本公开实施例提供的一种低重频掺铒飞秒光纤激光器产生的激光脉冲的时域波形图；
图5示意性示出了本公开实施例提供的一种低重频掺铒飞秒光纤激光器产生的激光脉冲的脉宽图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
图1示意性示出了本公开实施例提供的一种低重频掺铒飞秒光纤激光器的示意图。
如图1所示，本公开提供的一种低重频掺铒飞秒光纤激光器，包括NALM环、主环和第一耦合器5。
具体的，NALM环包括泵浦源输入端1、波分复用器2、保偏掺铒光纤3、第一保偏无源光纤4，第一保偏无源光纤4为NALM环的环形主体，泵浦源输入端1、波分复用器2、保偏掺铒光纤3均连接在第一保偏无源光纤4上；主环包括保偏隔离器6、第二耦合器7、输出端8、第二保偏无源光纤9，第二保偏无源光纤9为主环的环形主体，保偏隔离器6、第二耦合器7连接在第二保偏无源光纤9上，输出端8与第二耦合器7的输出端连接；第一耦合器5将NALM环和主环连接。
在本公开实施例中，NALM环主要作为锁模器件，泵浦光源通过泵浦源输入端1输入NALM环，经第一耦合器5输入主环后，再次通过第一耦合器5传输回NALM环中，并分为正向传输与反向传输两种光在NALM中传输，由于正向传输的光和反向传输的光到达在保偏掺铒光纤3的时间点不同，在不同时间点的被保偏掺铒光纤3放大，由于输入的泵浦光与正向传输的光叠加，导致正向传输的光和反向传输的光产生光强差异，进而产生不同非线性相移，在第一耦合器5处表现出不同的透射特性，实现锁模。
在本公开实施例中，其中常见激光器中提供增益的泵浦源由NALM环中的泵浦光直接替代。保偏隔离器6用于保证在主环内传播的激光单向传播。由第二耦合器7将激光分为两束，其中一束经过第二耦合器7输出，另一束回到主环中，形成闭环，保证激光器形成稳定振荡腔。
在本公开实施例中，泵浦源输入端1与980nm泵浦源连接，用于将980nm泵浦源产生的980nm泵浦光输入NALM环。
在本公开实施例中，980nm泵浦光输入NALM环后，经保偏掺铒光纤3转换为1550nm激光。保偏掺铒光纤3有铒离子，吸收泵浦光后铒离子由低能级态激发到高能级态，然后快速驰豫到基态，即泵浦光作为提供能量的光子980nm，掺杂铒离子驰豫后出射的光子1550nm。
在本公开实施例中，波分复用器2为980nm/1550nm波分复用器，用于耦合980nm泵浦光和经保偏掺铒光纤3转换得到的1550nm激光以及经第一耦合器5从主环返回的激光。
在本公开实施例中，第一耦合器5一方面用于将NALM环中的光传输给主环，一方面用于将主环中的激光传输给NALM环，其中，激光经第一耦合器5分别以正向和反向两个方向进入NALM环中，正向传输的光和反向传输的光先后经过保偏掺铒光纤3进行放大，产生非线性相移，再经过第一保偏无源光纤4积累非线性相移，并在所述第一耦合器5处实现锁模。
优选的，第一耦合器5为二分之二耦合器，分光比为50％∶50％。
优选的，第二耦合器7为一分之二耦合器，分光比为20％∶80％，其中，经第二耦合器7分光后，主环中20％的激光通过输出端8输出。
优选的，第一保偏无源光纤4长度为50m。由于50m的第一保偏无源光纤4可以累积传输过程中产生的非线性相移，更有利于锁模，同时也增加了激光器腔长，降低重复频率。
优选的，保偏掺铒光纤3长度为1.6m。
图2～5分别示意性示出了本公开实施例提供的一种低重频掺铒飞秒光纤激光器产生的激光的光谱图、频谱图、时域波形图和脉宽图。
当980nm泵浦源输入功率为720mW时，激光器实现自动锁模状态，降低泵浦功率至600mW仍能保持稳定锁模状态，锁模中心波长为1584.352nm，光谱3dB带宽为33.7063nm，脉冲宽度为230fs。激光器实现重复频率为3.61MHz的稳定锁模状态，20％输出功率为31.8mW，单脉冲能量为8.8nJ。
本公开提供的一种低重频掺铒飞秒光纤激光器，NALM环具有双重作用，其一，NALM环为锁模器件，NALM环中的光双向传播，产生非线性相移并实现锁模，其二，NALM包含的第一保偏无源光纤4为长光纤，该长光纤可实现低重频，此外，NALM环所用的泵浦源也作为整个激光器的泵浦源，可降低系统复杂度和成本，该激光器采用全保偏光纤结构，增加了稳定度。该激光器可买现宽谱、飞秒级、高单脉冲能量的1550nm脉冲，具备较多的频率分量可进一步进行脉宽压缩；光纤振荡器中20％输出的平均功率为31.8mW，单脉冲能量可达8.8nJ，可作为啁啾脉冲放大的种子光源。同时，通过简单调节接入的无源光纤的长度可实现更低重复频率和更高单脉冲能量的锁模飞秒脉冲激光输出，具有良好的系统扩展性能和输出激光参数的提升空间。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低重频掺铒飞秒光纤激光器，包括NALM环、主环和第一耦合器(5)，其特征在于，包括：
所述NALM环包括泵浦源输入端(1)、波分复用器(2)、保偏掺铒光纤(3)、第一保偏无源光纤(4)，所述第一保偏无源光纤(4)为所述NALM环的环形主体，所述泵浦源输入端(1)、波分复用器(2)、保偏掺铒光纤(3)均连接在所述第一保偏无源光纤(4)上；
所述主环包括保偏隔离器(6)、第二耦合器(7)、输出端(8)、第二保偏无源光纤(9)，所述第二保偏无源光纤(9)为所述主环的环形主体，所述保偏隔离器(6)、第二耦合器(7)连接在所述第二保偏无源光纤(9)上，所述输出端(8)与所述第二耦合器(7)的输出端连接；
所述第一耦合器(5)将所述NALM环和所述主环连接。
2.如权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述泵浦源输入端(1)与980nm泵浦源连接，用于将所述980nm泵浦源产生的980nm泵浦光输入所述NALM环。
3.如权利要求2所述的激光器，其特征在于，所述980nm泵浦光输入所述NALM环后，经所述保偏掺铒光纤(3)转换为1550nm激光。
4.如权利要求3所述的激光器，其特征在于，所述波分复用器(2)为980nm/1550nm波分复用器。
5.如权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述第一耦合器(5)一方面用于将所述NALM环中的光传输给所述主环，一方面用于将所述主环中的激光传输给所述NALM环，其中，所述激光经所述第一耦合器(5)分别以正向和反向两个方向进入所述NALM环中，正向传输的光合和反向传输的光先后经过保偏掺铒光纤(3)进行放大，产生非线性相移，再经过第一保偏无源光纤(4)积累非线性相移，并在所述第一耦合器(5)处实现锁模。
6.如权利要求5所述的激光器，其特征在于，所述保偏隔离器(6)用于保证在所述主环内传播的激光单向传播。
7.如权利要求5所述的激光器，其特征在于，所述第一耦合器(5)为二分之二耦合器，分光比为50％：50％。
8.如权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述第二耦合器(7)为一分之二耦合器，分光比为20％：80％，其中，经所述第二耦合器(7)分光后，所述主环中20％的激光通过所述输出端(8)输出。
9.如权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述第一保偏无源光纤(4)长度为50m。
10.如权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述保偏掺铒光纤(3)长度为1.6m。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113131321A (zh) * 2021-04-12 2021-07-16 长春理工大学 低阈值自启动全保偏飞秒光纤激光器
CN117578173A (zh) * 2023-10-27 2024-02-20 北京大学长三角光电科学研究院 一种全保偏o字形超短脉冲锁模光纤激光器

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