CN112615240B - 一种多脉冲光纤激光器的生成装置及方法 - Google Patents

一种多脉冲光纤激光器的生成装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明请求保护一种多脉冲光纤激光器的生成装置，属于激光以及非线性光学领域。多脉冲光纤激光器的生成装置主要包括如下：激光泵浦源、泵浦合束器、掺铥或掺钬或铥钬共掺光纤、挤压式偏振控制器、单模光纤、耦合器等、“9”字形谐振腔作为等效可饱和吸收体与锥形微纳结构真实可饱和吸收体实现混合锁模等。本发明结构实现了全光纤焊接，具有泵浦功率低、锁模稳定、结构简单、系统锁模稳定可靠的优点。可用于机械加工、光学相干断层扫描等领域，对于光纤激光器的脉冲动力学研究有着重要意义，也可用作种子源产生超连续脉冲。

Description

一种多脉冲光纤激光器的生成装置及方法
技术领域
本发明属于光纤激光器技术领域，特别是一种多脉冲光纤激光器，可用于产生谐波锁模、脉冲束、亮暗孤子对等多脉冲。
背景技术
在光纤脉冲激光器的研究中，锁模是能够产生超短脉冲的重要方法。一般途径是在激光器内加入可饱和吸收体来实现脉冲输出，可饱和吸收体分为真实可饱和吸收体和人造可饱和吸收体，而人造可饱和吸收体难自启动且极易受到环境的干扰，导致锁模不稳定。真实可饱和吸收体损伤阈值低、调制深度低，驰豫时间短，输出的光不具偏振特性，所以真实半导体可饱和吸收体锁模光纤激光器不能产生高能量的锁模脉冲，也不能用于研究复杂的多脉冲产生机制。所以，结合两种锁模方式，不但可以用来研究复杂的多孤子脉冲的产生机制，还能得到性能更加稳定的锁模脉冲。
发明内容
本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种多脉冲光纤激光器的生成装置及方法。本发明的技术方案如下：
一种多脉冲光纤激光器的生成装置，包括：激光泵浦源(1)、输入耦合器(2)、增益光纤(3)、偏振控制器(4)、四端口耦合器(6)、三端口耦合器(7)和锥形微纳结构真实可饱和吸收体(8)，其还包括用于产生非线性相位差的90m单模光纤 (5)、用于分路及合路的三端口耦合器(7)，激光泵浦源(1)、输入耦合器(2)、增益光纤(3)、偏振控制器(4)、单模光纤(5)、四端口耦合器(6)、三端口耦合器(7)形成“9”字形腔作为等效可饱和吸收体，“9”字形腔和锥形微纳结构真实可饱和吸收体(8)组成混合锁模装置，所述单模光纤(5)长度用于积累腔内的非线性相移差，混合锁模实验装置用于纵模相位的锁定，实现锁模脉冲的输出。增益光纤(3)用于实现激光器在不同的波段运转，偏振控制器(4)用于调节腔内的偏振态，其中，产生足够的非线性相移，同时加长腔长有助于实现多脉冲锁模；所述四端口耦合器(6)用于光信号干涉及输出，其中相反方向不同相移的光信号之间进行相互干涉，最终实现脉冲输出。
所述激光泵浦源(1)的输出端连接输入耦合器(2)的泵浦输入端a，输入耦合器(2)的输出端c连接增益光纤(3)的一端，增益光纤(3)的另一端连接偏振控制器(4)的一端，偏振控制器(4)的另一端连接单模光纤(5)的一端，单模光纤(5) 的另一端与四端口耦合器(6)的输入端d相连，四端口耦合器(6)的输出端有两路，一路作为多脉冲光纤激光器的输出端f，另一路g与三端口耦合器(7)的输入端h相连，三端口耦合器(7)的输出端i和j相连，其余各部件由单模光纤进行连接。
进一步的，所述“9”字形腔装置包括：四端口耦合器(6)连接的非线性放大环镜、三端口耦合器(7)连接的环形镜组成“9”字形腔。
进一步的，所述锥形微纳结构真实可饱和吸收体(8)装置是锥形结构，锥形光纤是通过拉锥机制备，锥腰直径为10μm，将二维材料覆盖在锥形光纤上层，下层是载玻片，采用紫光胶水固定光纤两端，用于固定光纤。
进一步的，所述真实可饱和吸收体选用石墨烯、过度金属硫化物在内的二维材料。
进一步的，所述90m单模光纤(5)用于产生足够的非线性相移，同时加长腔长有助于实现多脉冲锁模；所述偏振控制器(4)为挤压式偏振控制器，通过调节其压力及偏转角度调节腔内损耗；所述四端口耦合器(6)用于光信号干涉及输出，其中相反方向不同相移的光信号之间进行相互干涉，最终实现脉冲输出。
进一步的，所述用于分路及合路的三端口耦合器(7)形成一个两输出端相连的环形镜，避免了普通非线性光学环镜的能量损耗。
进一步的，所述四端口耦合器(6)为50:50耦合器，光信号经过50:50的耦合器后，50％的信号光用于输出测量相关光学特性，50％的信号光用于继续留在腔内进行传输。
进一步的，所述90m单模光纤(5)是SMF-28e，并且各部件之间均采用纤芯对齐的方式通过保偏熔接机直接熔接在一起。
进一步的，所述增益光纤(3)的稀土掺杂元素为铥或钬或铥钬共掺。
本发明的优点及有益效果如下：
1、本发明的优点在于实现了多脉冲激光器，单独“9”字形腔作为等效可饱和吸收体难自启动且极易受到环境的干扰，导致锁模不稳定。单独锥形微纳结构真实可饱和吸收体输出的光不具偏振特性，不能用于研究复杂的多脉冲产生机制。方案中采用“9”字形腔和锥形微纳结构真实可饱和吸收体混合锁模的实验装置，解决了单独光纤环境和锥形微纳真实可饱和吸收体单独锁模的弊端，可用来研究复杂的多孤子脉冲的产生机制，还能得到性能更加稳定的锁模脉冲。
2、本发明仅采用了耦合器、偏振控制器、泵浦源、增益光纤以及一些普通单模光纤，实现了全光纤结构，结构十分简单，成本低廉。
3、本发明仅采用了锥形微纳结构的真实可饱和吸收体，可以承受更高的泵浦阈值，防止真实可饱和吸收体被打坏。
3、本发明产生的多脉冲在机械加工、超连续谱产生、光学相干断层扫描、光纤激光器的脉冲动力学等领域都有着广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明提供优选实施例的原理结构示意图；
图中标记：1、激光泵浦源，2、输入耦合器，3、增益光纤，4、挤压式偏振控制器，5、90m单模光纤，6、四端口耦合器，7、三端口耦合器，8、锥形微纳结构真实可饱和吸收体。
图2是根据本发明实施例输出的多脉冲波形图；
图3是根据本发明实施例输出的脉冲光谱图。
图4是根据本发明实施例输出的脉冲频谱图。
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、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：
如图1所示，一种多脉冲光纤激光器，主要包括用于产生激光的激光泵浦源1、用于将泵浦激光耦合到谐振腔中的输入耦合器2、用于产生输出激光的增益光纤3、用于调整腔内偏振态的偏振控制器4、用于累计非线性相移差的单模光纤5、用于对光进行重新分配的四端口耦合器6、用于对功率进行分配的三端口耦合器7及锥形微纳结构真实可饱和吸收体8；其中，
所述泵浦源1的输出端连接用于将泵浦激光耦合到谐振腔中的输入耦合器2 的泵浦输入端b，输入耦合器2的输出端c连接增益光纤3，增益光纤3的另一端连接偏振控制器4的一端，偏振控制器4的另一端连接单模光纤5，单模光纤 5的另一端连接四端口耦合器6的一端，四端口耦合器6的输出端有两路，一路作为多脉冲光纤激光器的输出端f，另一路g与三端口耦合器7的输入端h相连，三端口耦合器7的输出端i与锥形微纳结构真实可饱和吸收体一端相连，锥形微纳真实可饱和吸收体的另一端与三端口耦合器的输出端j相连，其余各部件由单模光纤进行连接。
图1是本发明提供优选实施例的原理结构示意图；
图中标记：1、激光泵浦源，2、输入耦合器，3、增益光纤，4、偏振控制器、5、90m单模光纤，6、四端口耦合器，7、三端口耦合器、8、锥形微纳结构真实可饱和吸收体。
图2是根据本发明实施例输出的多脉冲波形图；如图2所示，根据本发明实施例提供的脉冲生成方法，能够整形并输出稳定的调Q、传统孤子、脉冲束、谐波锁模、多孤子等多脉冲。
图3是根据本发明实施例输出的脉冲光谱图。
图4是根据本发明实施例输出的脉冲频谱图，可以看出信噪比约为41dB，证明输出脉冲稳定。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (8)

1.一种多脉冲光纤激光器的生成装置，包括：激光泵浦源(1)、输入耦合器(2)、增益光纤(3)、偏振控制器(4)、四端口耦合器(6)、三端口耦合器(7)、锥形微纳结构真实可饱和吸收体(8)，其特征在于，还包括用于产生非线性相位差的90m单模光纤(5)、用于分路及合路的三端口耦合器(7)，激光泵浦源(1)、输入耦合器(2)、增益光纤(3)、偏振控制器(4)、单模光纤(5)、四端口耦合器(6)、三端口耦合器(7)形成“9”字形腔作为等效可饱和吸收体，“9”字形腔与锥形微纳结构真实可饱和吸收体(8)组成混合锁模装置，所述单模光纤(5)用于积累腔内的非线性相移差，混合锁模实验装置用于纵模相位的锁定，实现锁模脉冲的输出；增益光纤(3)用于实现激光器在不同的波段运转，偏振控制器(4)用于调节腔内的偏振态，其中，为了产生足够的非线性相移，同时加长腔长有助于实现多脉冲锁模；所述四端口耦合器(6)用于光信号干涉及输出，其中相反方向不同相移的光信号之间进行相互干涉，最终实现脉冲输出；
所述激光泵浦源(1)的输出端连接输入耦合器(2)的泵浦输入端a，输入耦合器(2)的输出端c连接增益光纤(3)的一端，增益光纤(3)的另一端连接偏振控制器(4)的一端，偏振控制器(4)的另一端连接单模光纤(5)的一端，单模光纤(5)的另一端与四端口耦合器(6)的输入端d相连，四端口耦合器(6)的输出端有两路，一路作为多脉冲光纤激光器的输出端f，另一路g与三端口耦合器(7)的输入端h相连，三端口耦合器(7)的输出端i和j相连，其余各部件由单模光纤进行连接；
所述“9”字形腔装置包括：四端口耦合器(6)连接的非线性放大环镜、三端口耦合器(7)连接的环形镜组成“9”字形腔；
所述锥形微纳结构真实可饱和吸收体(8)是锥形结构，锥形光纤是通过拉锥机制备，锥腰直径为10μm，将二维材料覆盖在锥形光纤上层，下层是载玻片，采用紫光胶水固定光纤两端，用于固定光纤。
2.根据权利要求1所述的一种多脉冲光纤激光器的生成装置，其特征在于，
所述真实可饱和吸收体选用石墨烯、过渡金属硫化物在内的二维材料。
3.根据权利要求1所述的一种多脉冲光纤激光器的生成装置，其特征在于，
所述90m单模光纤(5)用于产生足够的非线性相移，同时加长腔长有助于实现多脉冲锁模；所述偏振控制器(4)为挤压式偏振控制器，通过调节其压力及偏转角度调节腔内损耗；所述四端口耦合器(6)用于光信号干涉及输出，其中相反方向不同相移的光信号之间进行相互干涉，最终实现脉冲输出。
4.根据权利要求1所述的一种多脉冲光纤激光器的生成装置，其特征在于，
所述用于分路及合路的三端口耦合器(7)形成一个两输出端相连的环形镜，避免了普通非线性光学环镜的能量损耗。
5.根据权利要求1所述的一种多脉冲光纤激光器的生成装置，其特征在于，所述四端口耦合器(6)为50:50耦合器，光信号经过50:50的耦合器后，50％的信号光用于输出测量相关光学特性，50％的信号光用于继续留在腔内进行传输。
6.根据权利要求1所述的一种多脉冲光纤激光器的生成装置，其特征在于，所述90m单模光纤(5)是SMF-28e，并且各部件之间均采用纤芯对齐的方式通过保偏熔接机直接熔接在一起。
7.根据权利要求1所述的一种多脉冲光纤激光器的生成装置，其特征在于，所述增益光纤(3)的稀土掺杂元素为铥或钬或铥钬共掺。
8.一种基于权利要求1-7任一项生成装置的光纤内多脉冲生成方法，包括如下步骤：输入泵浦激光，激励增益光纤生成初始激光脉冲，将初始化脉冲经过“9”字形腔“作为等效可饱和吸收体和锥形微纳结构真实可饱和吸收体(8)实现混合锁模，最终可实现能自启动和稳定性高的调Q锁模，传统孤子、多孤子、脉冲束、脉冲束谐波在内的多脉冲输出。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2690724A2 (en) * 2012-07-25 2014-01-29 UAB "Ekspla" Saturable absorber for fiber laser mode-locking, fiber Bragg grating with a saturable absorption property and mode-locked fiber laser
CN105720467A (zh) * 2016-05-06 2016-06-29 重庆邮电大学 一种2微米波段全保偏混合锁模超短脉冲光纤激光器
CN110768094A (zh) * 2019-11-27 2020-02-07 中国计量大学 一种基于锥形多模光纤可饱和吸收体的锁模光纤激光器

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105511200A (zh) * 2016-02-23 2016-04-20 江苏西贝电子网络有限公司 石墨烯-微纳光纤复合结构全光调制器
CN108879308A (zh) * 2018-05-30 2018-11-23 重庆邮电大学 2μm纳秒类噪声锁模激光器及类噪声纳秒脉冲生成方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2690724A2 (en) * 2012-07-25 2014-01-29 UAB "Ekspla" Saturable absorber for fiber laser mode-locking, fiber Bragg grating with a saturable absorption property and mode-locked fiber laser
CN105720467A (zh) * 2016-05-06 2016-06-29 重庆邮电大学 一种2微米波段全保偏混合锁模超短脉冲光纤激光器
CN110768094A (zh) * 2019-11-27 2020-02-07 中国计量大学 一种基于锥形多模光纤可饱和吸收体的锁模光纤激光器

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