CN112582865A - 自锁模单频全光纤激光器 - Google Patents

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Abstract

一种自锁模单频全光纤激光器，包括：泵浦源、光纤合束器、增益光纤、非线性光纤、光纤光栅和光纤斜角。本发明基于激光自吸收和受激布里渊散射光和激光相互作用实现激光脉冲调制，基于受激布里渊散射进一步压缩线宽，同时实现单频线宽、纳秒级脉冲宽度、高平均功率、高信噪比的锁模激光脉冲输出。可输出大于1W平均功率的高重频窄线宽纳秒脉冲激光，本发明采用全光纤结构，系统结构简洁，稳定性好。

Description

自锁模单频全光纤激光器
技术领域
本发明涉及自锁模的脉冲激光，特别是一种自锁模单频全光纤激光器，该光纤激光器可以实现自锁模、结构简洁，可输出大于1W平均功率的高重频窄线宽纳秒脉冲激光。
背景技术
目前，在光纤激光器中产生短脉冲的技术主要包括调Q、锁模、增益开关，其中调Q和锁模一般需要外加调制器件(或虚拟调制器件，如偏振旋转锁模)，不仅结构复杂、成本高，而且系统稳定性受到多种因素的影响，增益开关技术需要一个高功率的脉冲激光作为泵浦源，而且脉冲特性受限于增益介质的能级特性、容易产生附加脉冲、且脉冲宽度较宽；另外，常规的脉冲光纤激光器中激光谱线较宽(如锁模的一般线宽大于1nm),而压缩线宽需要采用复杂的选模技术，增加了系统的复杂性和制造成本。
结合传统的光纤激光器锁模技术和微腔选模技术，已经实现了窄线宽(100MHz量级)锁模激光，但是这种微腔选模技术耦合效率低，难以实现高功率输出，同时系统结构较复杂，稳定性易受环境影响。要实现高平均功率的窄线宽(单频)脉冲光纤激光输出，同时需要系统具备简洁的结构和高稳定性，仍然有一定的技术挑战性。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供一种自锁模单频全光纤激光器，该激光器无需外加调制器件能产生纳秒激光脉冲，还可以通过散射滤波实现线宽压缩，不仅输出功率高、线宽窄，而且结构简洁、具有高稳定性，可输出大于1W平均功率的高重频窄线宽纳秒脉冲激光，可以应用到激光探测、光谱测量、激光加工等领域。
本发明的技术解决方案如下：
一种自锁模单频全光纤激光器，特点在于其构成包括泵浦源、光纤合束器、增益光纤、非线性光纤、光纤光栅，上述部件连接关系如下：
所述的泵浦源与所述的光纤合束器的泵浦尾纤相连，所述的光纤合束器的右端信号纤与所述的增益光纤的左端相连，所述的增益光纤右端为斜角，所述的光纤合束器的左端信号纤与所述的非线性光纤的右端相连，所述的非线性光纤的左端与所述的光纤光栅的右端相连，所述的光纤光栅的左端切直角，所述的增益光纤的右端斜角提供弱反馈并作为激光输出端口。
所述的泵浦源为激光二极管，中心波长为793nm或976nm,光纤芯径105/125μm、数值孔径为0.22，最大输出功率大于10W。
所述的光纤合束器的信号纤为双包层导能光纤，结构参数为10/130μm或11/125μm、NA＝0.15/0.46或0.075/0.46。
所述的增益光纤为掺铥双包层光纤(10/130μm、NA＝0.15/0.46)或掺镱双包层光纤(11/125μm、NA＝0.075/0.46)，吸收系数为～3dB/m@793nm或～4.95dB/m@976nm，长度为小于2m。
所述的增益光纤右端的斜角为大于10度的斜角。
所述的非线性光纤为小纤芯直径、高数值孔径光纤，结构参数为2.4/125μm、纤芯NA＝0.41，长度大于20m。
所述的光纤光栅为窄带光栅，中心波长为1950nm或1064nm，反射带宽小于0.1nm，反射率大于99.5％。
与现有技术相比，本发明的技术优势是；
该激光器无需外加调制器件能产生纳秒激光脉冲，还可以通过散射滤波实现线宽压缩，不仅输出功率高、线宽窄，而且结构简洁、具有高稳定性，可输出大于1W平均功率的高重频窄线宽纳秒脉冲激光，可以应用到激光探测、光谱测量、激光加工等领域。
附图说明
图1是本发明自锁模单频全光纤激光器结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
图1是本发明自锁模单频全光纤激光器光路示意图。由图可见，本发明自锁模单频全光纤激光器，采用常规的激光二极管作为泵浦源1，所述的泵浦源1与所述的光纤合束器2的泵浦尾纤相连，所述的光纤合束器2的右端信号纤与所述的增益光纤3的左端相连，所述的增益光纤3右端为斜角6，所述的光纤合束器2的左端信号纤与所述的非线性光纤4的右端相连，所述的非线性光纤4的左端与所述的光纤光栅5相连，所述的光纤光栅5左端切直角，所述的增益光纤3的右端斜角6提供弱反馈并作为激光输出端口。
本发明的工作原理如下：
所述的泵浦源1的泵浦激光通过光纤合束器2耦合进增益光纤3，增益光纤3受激励后产生自发辐射放大激光(ASE)双向传输，左向传输的ASE光通过非线性光纤4到达光纤光栅5，光纤光栅5提供窄线宽反馈从而形成激光振荡，该振荡产生的窄线宽激光经过非线性光纤4功率密度增加，激发出受激布里渊散射，激光的自吸收以及布里渊散射对激光进行增益调制，产生类可饱和吸收效应，从而形成锁模脉冲；同时，因为受激布里渊散射的增益谱窄，散射过程中对激光的线宽进行压缩，实现单频激光。
实验表明，本发明自锁模单频全光纤激光器无需外加调制器件能产生纳秒激光脉冲，还可以通过散射滤波实现线宽压缩，不仅输出功率高、线宽窄，而且结构简洁、具有高稳定性，可输出大于1W平均功率的高重频窄线宽纳秒脉冲激光，可以应用到激光探测、光谱测量、激光加工等领域。

Claims (7)

1.一种自锁模单频全光纤激光器，特征在于其构成包括泵浦源(1)、光纤合束器(2)、增益光纤(3)、非线性光纤(4)、光纤光栅(5)和增益光纤右端斜角(6)；
所述的泵浦源(1)与所述的光纤合束器(2)的泵浦尾纤相连，所述的光纤合束器(2)的右端信号纤与所述的增益光纤(3)的左端相连，所述的增益光纤(3)右端为斜角(6)，所述的光纤合束器(2)的左端信号纤与所述的非线性光纤(4)的右端相连，所述的非线性光纤(4)的左端与所述的光纤光栅(5)右端相连，所述的光纤光栅(5)左端切直角，所述的增益光纤(3)右端斜角(6)提供弱反馈并作为激光输出端口。
2.根据权利要求1所述的自锁模单频全光纤激光器，其特征在于所述的泵浦源(1)为激光二极管，中心波长为793nm或976nm,光纤芯径105/125μm、数值孔径为0.22，最大输出功率大于10W。
3.根据权利要求1所述的自锁模单频全光纤激光器，其特征在于所述的光纤合束器(2)的信号纤为双包层导能光纤，结构参数为10/130μm或11/125μm、NA＝0.15/0.46或0.075/0.46。
4.根据权利要求1所述的自锁模单频全光纤激光器，其特征在于所述的增益光纤(3)为掺铥双包层光纤(10/130μm、NA＝0.15/0.46)或掺镱双包层光纤(11/125μm、NA＝0.075/0.46)，吸收系数为～3dB/m@793nm或～4.95dB/m@976nm，长度为小于2m。
5.根据权利要求1所述的自锁模单频全光纤激光器，其特征在于所述的增益光纤(3)右端斜角(6)为大于10度的斜角。
6.根据权利要求1所述的自锁模单频全光纤激光器，其特征在于所述的非线性光纤(4)为小纤芯直径、高数值孔径光纤，结构参数为2.4/125μm、纤芯NA＝0.41，长度大于20m。
7.根据权利要求1所述的自锁模单频全光纤激光器，其特征在于所述的光纤光栅(5)为窄带光栅，中心波长为1950nm或1064nm，反射带宽小于0.1nm，反射率大于99.5％。
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