CN113161864A - 一种基于sms结构的相干多色类噪声孤子锁模光纤激光器 - Google Patents

一种基于sms结构的相干多色类噪声孤子锁模光纤激光器 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于SMS结构的相干多色类噪声孤子锁模光纤激光器，包括依次熔接的光反射镜、泵浦源、偏振无关光隔离器、波分复用器、增益光纤、可饱和吸收组件、单模光纤、偏振控制器、输出耦合器。其中，所述可饱和吸收体组件基于渐变折射率光纤中的非线性多模干涉效应起到可饱和吸收体的作用，由两段单模光纤中间熔接一段渐变折射率多模光纤构成。所述激光器真正实现了锁模激光器全光纤化，并且具有结构简单、损伤阈值高等优点，极大提高了锁模激光器的稳定性及实用性。

Description

一种基于SMS结构的相干多色类噪声孤子锁模光纤激光器
技术领域
本发明涉及光纤激光器技术领域，具体涉及一种基于SMS结构的相干多色类噪声孤子锁模光纤激光器。
背景技术
被动锁模光纤激光器作为一种简单、经济的超快脉冲源以及研究孤子非线性动力学的理想平台，在材料加工、光学测量、精密光谱学以及光纤传感等多种应用的推动下，被广泛研究。相比于主动锁模光纤激光器，具有更为明显的优势，例如：结构简单，且不需要空间光调制器；可饱和吸收体恢复时间短，产生的脉冲宽度更窄。
可饱和吸收体是被动锁模光纤激光器中实现被动锁模的关键器件，其性能好坏对于输出脉冲的特性有着至关重要的影响。常见的应用于被动锁模光纤激光器中的可饱和吸收体主要包括：半导体可饱和吸收镜、碳纳米管以及以石墨烯为代表的新型二维材料等。其中，半导体可饱和吸收镜作为目前应用最为广泛的可饱和吸收体材料，其自身仍然存在一些不足，其特性由制作时的设计参数决定，可调节性差，价格昂贵，且很难产生脉冲宽度比皮秒更短的脉冲。除了石墨烯，其他二维材料包括氧化石墨烯、拓扑绝缘体和过渡金属硫化物等也被观察到具有良好的非线性可饱和吸收效应；目前虽然已经被广泛应用到锁模光纤激光器中，但吸收材料对外界的污染比较敏感，因而导致其容易变质；并且，吸收材料的损伤阈值也极大的限制了激光器的输出功率。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提出一种基于SMS结构的相干多色类噪声孤子锁模光纤激光器。
一种基于SMS结构的相干多色类噪声孤子锁模光纤激光器，包括：光反射镜、泵浦源、偏振无关光隔离器、波分复用器、增益光纤、可饱和吸收组件、单模光纤、偏振控制器、输出耦合器；
所述光反射镜、波分复用器、增益光纤、可饱和吸收组件、单模光纤、偏振控制器、输出耦合器依次连接组成光纤线形腔结构。
所述可饱和吸收组件包括依次连接的单模光纤、渐变折射率多模光纤和单模光纤。
进一步地，如上所述的基于SMS结构的相干多色类噪声孤子锁模光纤激光器，所述泵浦源和泵浦源均为中心波长为980nm的单模输出半导体激光器。
进一步地，如上所述的基于SMS结构的相干多色类噪声孤子锁模光纤激光器，所述增益光纤为单模掺镱光纤。
进一步地，如上所述的基于SMS结构的相干多色类噪声孤子锁模光纤激光器，所述渐变折射率多模光纤的长度为0.4m。
进一步地，如上所述的基于SMS结构的相干多色类噪声孤子锁模光纤激光器，所述单模光纤长度为10m。
进一步地，如上所述的基于SMS结构的相干多色类噪声孤子锁模光纤激光器，所述偏振控制器为手动旋转三桨型偏振控制器。
进一步地，如上所述的基于SMS结构的相干多色类噪声孤子锁模光纤激光器，所述输出耦合器的分光比为60：40，其中60％一端为输出端。
有益效果：
本发明提供的基于渐变折射率多模光纤可饱和吸收体的被动锁模光纤激光器用于稳定锁模脉冲的输出，采用的锁模结构为一个由单模-多模-单模依次熔接得到的光纤结构，本结构为全光纤结构，利用熔接机熔接即可实现，大大地简化了激光器的结构；且本结构具有插入损耗小、损伤阈值高、结构简单紧凑及很强的鲁棒性等优点，提高了本结构在光纤激光器中的实用性。
其锁模机制是利用非线性多模干涉效应，同时通过手动调节三桨型偏振控制器的桨叶改变腔内的非线性及损耗，从而对光强进行调制，实现被动锁模脉冲激光输出。该种可饱和吸收组件中的多模光纤能够激发丰富的非线性光学效应，为激光系统中孤子的研究提供了良好的平台。同时，该种可饱和吸收组件在大功率锁模脉冲输出方向还具有潜在的应用，因此值得进一步的研究于开发。
附图说明
图1是本申请的被动锁模掺镱光纤激光器的结构示意图；
图2是本申请的激光器中可饱和吸收体组件的调制深度曲线图；
图3是本申请的激光器输出的锁模脉冲光谱图；
图4是本申请的激光器输出的锁模脉冲的脉冲序列图；
图5是本申请的激光器输出的锁模脉冲的自相关曲线图；
附图标记：
1-光反射镜，2-泵浦源，3-偏振无关光隔离器，4-波分复用器，5-增益光纤，6-波分复用器，7-泵浦源，8-偏振无关光隔离器，9-可饱和吸收组件，10-单模光纤，11-偏振控制器，12-输出耦合器，13-光反射镜。
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，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。
图1是本申请的被动锁模掺镱光纤激光器的结构示意图，如图1所示，本申请提供的基于SMS结构的相干多色类噪声孤子掺镱锁模光纤激光器，包括依次熔接的光反射镜1、泵浦源2、偏振无关光隔离器3、波分复用器4、增益光纤5、可饱和吸收组件6、单模光纤7、偏振控制器8、输出耦合器9。
所述光反射镜1、波分复用器4、增益光纤5、可饱和吸收组件6、单模光纤7、偏振控制器8、输出耦合器9使用光纤熔接机依次熔接进行连接，且器件之间利用单模光纤进行连接，形成线形腔结构；所述可饱和吸收组件6包括依次连接的单模光纤、渐变折射率多模光纤和单模光纤。
所述光反射镜1在两端用于形成线性谐振腔，提供正反馈；所述泵浦源2作为基础光源为光纤激光器提供双向泵浦光；所述偏振无关光隔离器3用于控制激光单向传输，防止返回光损坏泵浦源；所述波分复用器4用于将两个不同中心波长的光整合进入同根光纤中；所述增益光纤5用于放大光功率；所述可饱和吸收组件6用于实现被动锁模；所述单模光纤7用于增强激光腔内非线性光学效应；所述偏振控制器8为手动控制的三桨型偏振控制器，用于调整激光腔内光的偏振态以及控制腔内双折射；所述输出耦合器9用于将一束光按照60比40的分光比分成两束，其中一束能量占比约为40％的光返回激光腔内继续进行振荡反馈，另一束能量占比约为60％的光输出用于观测。
图2是本申请的被动锁模掺镱光纤激光器中可饱和吸收体组件的调制深度曲线图，如图2所示，随着入射光功率的逐渐增加，可饱和吸收组件的透过率逐渐增加，最终趋于饱和。其测量结果采用简化的饱和吸收模型进行拟合：
Figure BDA0003030806120000031
其中，T(I)为透过率，ΔT为调制深度，Isat为饱和通量以及αns为非饱和吸收损耗。实验测得的所述可饱和吸收体组件的调制深度为23.99％。
图3是本申请的被动锁模掺镱光纤激光器在总泵浦功率为827mW输出的锁模脉冲光谱图，其中心波长分别为1028.8nm和1076.1nm，3dB带宽分别为10nm和7nm。中心波长相距约47.3nm，与受激拉曼散射过程中13.7THz的频率偏移量保持一致，因此，中心波长为1076.1nm处的次峰来源于腔内拉曼转换。
图4是本申请的被动锁模掺镱光纤激光器在总泵浦功率为827mW输出的锁模脉冲的脉冲序列图，其脉冲间隔约为18.63ns，对应于脉冲重复频率为5.3680MHz。
图5是本申请的被动锁模掺镱光纤激光器在总泵浦功率为827mW输出的锁模脉冲的自相关曲线图，其相干峰的脉冲间隔约为77.2fs，脉冲持续时间约为233fs。插图为150ps范围的自相关曲线图，脉冲持续时间约为5ns，由其特征可知其工作于类噪声机制下。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种基于SMS结构的相干多色类噪声孤子锁模光纤激光器，其特征在于：包括光反射镜(1)、泵浦源(2)、偏振无关光隔离器(3)、波分复用器(4)、增益光纤(5)、可饱和吸收组件(6)、单模光纤(7)、偏振控制器(8)、输出耦合器(9)；
所述光反射镜(1)、波分复用器(4)、增益光纤(5)、可饱和吸收组件(6)、单模光纤(7)、偏振控制器(8)、输出耦合器(9)依次连接组成线形腔。
2.根据权利要求1所述的一种基于SMS结构的相干多色类噪声孤子锁模光纤激光器，其特征在于：所述增益光纤(5)为单模掺镱光纤，所述单模光纤(7)的长度为10m，所述偏振控制器(8)为手动旋转三桨型偏振控制器，所述输出耦合器(9)的分光比为60：40，其中60%一端为输出端。
3.根据权利要求1所述的一种基于SMS结构的相干多色类噪声孤子锁模光纤激光器，其特征在于：所述的可饱和吸收组件包括依次连接的单模光纤、渐变折射率多模光纤和单模光纤。
4.根据权利要求3所述的一种基于SMS结构的相干多色类噪声孤子锁模光纤激光器，其特征在于：所述渐变折射率多模光纤的长度为0.4 m。
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