CN113178768A - 一种精确调节和稳定锁模光纤激光器重复频率的方法 - Google Patents

一种精确调节和稳定锁模光纤激光器重复频率的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113178768A
CN113178768A CN202110447231.7A CN202110447231A CN113178768A CN 113178768 A CN113178768 A CN 113178768A CN 202110447231 A CN202110447231 A CN 202110447231A CN 113178768 A CN113178768 A CN 113178768A
Authority
CN
China
Prior art keywords
repetition frequency
optical fiber
mode
locked
fiber laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110447231.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113178768B (zh
Inventor
江天
邓清辉
殷科
张馨
宋登辉
许中杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National University of Defense Technology
Original Assignee
National University of Defense Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National University of Defense Technology filed Critical National University of Defense Technology
Priority to CN202110447231.7A priority Critical patent/CN113178768B/zh
Publication of CN113178768A publication Critical patent/CN113178768A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113178768B publication Critical patent/CN113178768B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
    • H01S3/1106—Mode locking
    • H01S3/1109—Active mode locking
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
    • H01S3/1106—Mode locking
    • H01S3/1112—Passive mode locking

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

一种精确调节和稳定锁模光纤激光器重复频率的方法，通过光纤剪切、光纤拉锥和控制模块控制三者结合，可以将锁模光纤激光器的重复频率精确调节和稳定至目标重复频率。所述方法使得锁模光纤激光器的重复频率精确调节的效率高且适用对象受限度低。

Description

一种精确调节和稳定锁模光纤激光器重复频率的方法
技术领域
本发明属于激光技术领域，尤其涉及一种精确调节和稳定锁模光纤激光器重复频率的方法。
背景技术
光纤激光器是以掺杂稀土元素的光纤作为增益介质的一种激光器。借助于被动锁模技术，在光纤激光器中加入可饱和吸收体，构建的锁模光纤激光器可以获得皮秒、飞秒量级的超短脉冲输出。随着锁模光纤激光器技术越来越成熟，锁模光纤激光器已在诸多领域得到应用。其中在双光梳光谱技术、光分频器、分子跃迁谱线测量等精密计量领域，则对锁模光纤激光器重复频率的精准调节提出了更高的要求。
一种锁模光纤激光器重复频率的调节方法为：采用空间可调延迟线实现重复频率的调节，重复频率能在较大的范围内实现调谐，但仅能实现重复频率的粗调，无法精确调节重复频率。为了实现重复频率的精确调节，另一种方法为：采用光纤剪切、光纤端面研磨和温度调控结合的方式，实现了200MHz重复频率的精准调节，但是，光纤剪切过程需要将目标腔长与检测得到的腔长的差值降到100微米以下，光纤端面的研磨需要超高精度的相干光频域反射计来测量腔长，这些要求极大程度限制了该方法的实施效率以及适用范围，比如，该方法不适用于谐振腔内无光纤连接头或者光纤连接头端面为斜面的锁模光纤激光器。
然而，现有技术中重复频率调节方法较为复杂、效率低下、应用对象受限。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中重复频率调节方法较为复杂、效率低下、应用对象受限的问题，从而提供一种精确调节和稳定锁模光纤激光器重复频率的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种精确调节和稳定锁模光纤激光器重复频率的方法，包括：第一步骤：搭建并启动锁模光纤激光器，所述锁模光纤激光器的谐振腔内具有光纤；第二步骤：检测锁模光纤激光器输出的激光脉冲的重复频率，并判断检测的重复频率与目标重复频率的差值是否在第一预设阈值范围内；第三步骤：若检测的重复频率与目标重复频率的差值超出第一预设阈值范围，则对光纤进行剪切熔接处理，剪切熔接处理包括：剪切掉部分光纤后熔接剪切端，或者，剪切断光纤后熔接附加光纤，直至重复频率与目标重复频率的差值在第一预设阈值范围内；第四步骤：若检测的重复频率与目标重复频率的差值在第一预设阈值范围内，则判断检测的重复频率与目标重复频率的差值是否在第二预设阈值范围内；第五步骤：若检测的重复频率与目标重复频率的差值的绝对值超出第二预设阈值范围内，则对所述谐振腔内的部分光纤进行拉锥处理，直至重复频率与目标重复频率的差值在第二预设阈值范围内，第二预设阈值范围的上限值小于第一预设阈值范围的上限值；第六步骤：若检测的重复频率与目标重复频率的差值在第二阈值范围内，则通过控制模块和反馈执行器件将锁模光纤激光器的重复频率调节到目标重复频率。
可选的，所述第一预设阈值范围为0到Δf1，第一预设阈值范围的上限值Δf1为：谐振腔的腔长变化为光纤拉锥机最大可拉锥长度时对应的重复频率的差值。
可选的，在第三步骤中，当检测的重复频率与目标重复频率的差值大于Δf1时，剪切熔接处理为：剪切断光纤后熔接附加光纤；在第三步骤中，当检测的重复频率小于目标重复频率时，剪切熔接处理包括：剪切掉部分光纤后熔接剪切端。
可选的，第二阈值范围为0到Δf2/2，第二预设阈值范围的上限值为：谐振腔的腔长变化为反馈执行器件能调节的重复频率的最大的一半。
可选的，第二预设阈值范围的上限值为：谐振腔的腔长变化为反馈执行器件能调节的谐振腔的腔长的最大长度时对应的重复频率的差值的一半。
可选的，所述光纤包括芯层和包覆芯层的涂覆层；对所述谐振腔内的部分光纤进行拉锥处理的过程包括：将谐振腔内部分区域的光纤的涂覆层剥除暴露出部分芯层；将暴露出的芯层的两侧的光纤分别固定放置在第一光纤夹具和第二光纤夹具上，并将第一光纤夹具和第二光纤夹具之间的光纤拉直；将暴露出的芯层的两侧的光纤分别固定放置在第一光纤夹具和第二光纤夹具上之后，采用加热器加热第一光纤夹具和第二光纤夹具之间的光纤；在采用加热器加热第一光纤夹具和第二光纤夹具之间的光纤的过程中，驱动第一光纤夹具和第二光纤夹具拉伸光纤。
可选的，在第五步骤中，锁模光纤激光器保持锁模状态，锁模光纤激光器的输出端与第一光电探测器连接，第一光电探测器与监测仪器连接。
可选的，在第六步骤中，锁模光纤激光器的输出端与第二光电探测器连接，第二光电探测器与控制模块的输入端连接，控制模块的输出端与反馈执行器件连接，控制模块将第二光电探测器探测得到的重复频率与目标重复频率的频率差值转化为驱动信号，并将驱动信号输入至反馈执行器件以驱动反馈执行器件，锁模光纤激光器保持锁模状态。
可选的，采用电频率计、频率计数器或者示波器检测锁模光纤激光器输出的重复频率。
可选的，其特征在于，所述反馈执行器件为压电陶瓷、电光调制器、或者热电制冷器。
本发明技术方案具有以下益效果：
1.本发明技术方案提供的精确调节和稳定锁模光纤激光器重复频率的方法中，通过光纤剪切、光纤拉锥和控制模块控制三者结合，可以将锁模光纤激光器的重复频率精确调节和稳定至目标重复频率。具体的，第三步骤：若检测的重复频率与目标重复频率的差值超出第一预设阈值范围，则对光纤进行剪切熔接处理，通过光纤剪切，可快速、大范围地调节重复频率，易于将检测重复频率便捷地调节到接近目标重复频率的附近。第五步骤：若检测的重复频率与目标重复频率的差值的绝对值超出第二预设阈值范围内，则对所述谐振腔内的部分光纤进行拉锥处理，采用光纤拉锥的方法，极大程度提高第一预设阈值范围的上限值所对应的谐振腔腔长度差值，极大降低了光纤剪切过程的难度，采用光纤拉锥的方法可快速、准确地将重复频率与目标重复频率的差值进一步减小，提高了重复频率精确调节的效率；若检测的重复频率与目标重复频率的差值在第二阈值范围内，则通过控制模块和反馈执行器件将锁模光纤激光器的重复频率调节到目标重复频率，采用控制模块和反馈执行器件来实现重复频率的微调。本发明可适用于所有谐振腔内存在光纤的锁模激光器，只要谐振腔内存在光纤，就能采用本发明的方案调节重复频率，因而本发明极大拓展了重复频率精确调节的适用范围。综上，本发明使得锁模光纤激光器的重复频率精确调节的效率高且适用对象受限度低。
其次，采用控制模块和反馈执行器件来实现重复频率的微调，该方案成熟且成本低廉，易于整体方案的实施以及成本的控制。
进一步，采用光纤拉锥的过程中，能够使用常见的实验室设备(如频率计数器、电频率计或者示波器)就可以实时观测重复频率的变化，易于拉锥过程和成本的控制。
附图说明
图1是本发明的精确调节和稳定锁模光纤激光器重复频率的方法的流程图；
图2是本发明实施例中对所述谐振腔内的部分光纤进行拉锥处理的结构示意图；
图3是本发明实施例中第六步骤中微调重复频率的结构示意图；
图4是本发明实施例中锁模光纤激光器进行重复频率精确调节前的频谱图；
图5是本发明实施例中锁模光纤激光器进行重复频率精确调节后的频谱图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种精确调节和稳定锁模光纤激光器重复频率的方法，请参考图1，包括以下步骤：
S1:第一步骤：搭建并启动锁模光纤激光器，所述锁模光纤激光器的谐振腔内具有光纤；
S2:第二步骤：检测锁模光纤激光器输出的激光脉冲的重复频率，并判断检测的重复频率与目标重复频率的差值是否在第一预设阈值范围内；
S3:第三步骤：若检测的重复频率与目标重复频率的差值超出第一预设阈值范围，则对光纤进行剪切熔接处理，剪切熔接处理包括：剪切掉部分光纤后熔接剪切端，或者，剪切断光纤后熔接附加光纤，直至重复频率与目标重复频率的差值在第一预设阈值范围内；
S4:第四步骤：若检测的重复频率与目标重复频率的差值在第一预设阈值范围内，则判断检测的重复频率与目标重复频率的差值是否在第二预设阈值范围内；
S5:第五步骤：若检测的重复频率与目标重复频率的差值的绝对值超出第二预设阈值范围内，则对所述谐振腔内的部分光纤进行拉锥处理，直至重复频率与目标重复频率的差值在第二预设阈值范围内，第二预设阈值范围的上限值小于第一预设阈值范围的上限值；
S6:第六步骤：若检测的重复频率与目标重复频率的差值在第二阈值范围内，则通过控制模块和反馈执行器件将锁模光纤激光器的重复频率调节到目标重复频率。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明内容。
本实施例中，锁模光纤激光器为被动锁模光纤激光器。在其他实施例中，锁模光纤激光器为主动锁模光纤激光器。具体的，本实施例中，以锁模光纤激光器为掺铒锁模光纤激光器为示例。
所述锁模光纤激光器的谐振腔内具有光纤。本实施例可适用于所有谐振腔内存在光纤的锁模激光器，只要谐振腔内存在光纤，就能采用本发明的方案调节重复频率，因而本发明极大拓展了重复频率精确调节的适用范围。
本实施例中，锁模光纤激光器的目标重复频率f0＝125.000000MHz为示例进行说明。在其他实施例中，当锁模光纤激光器选择其他的锁模光纤激光器时，也能设置其他数值的目标重复频率。
在第二步骤中，检测锁模光纤激光器输出的激光脉冲的重复频率，具体的，能采用频率计数器、电频率计或者示波器测量掺铒锁模光纤激光器当前的重复频率。如图4，锁模光纤激光器调节前的重复频率为f1＝128.625080MHz，作为示例。图4中的横轴为频率(Frequency),单位为MHz,纵轴为光强(Intensity),单位为dBm。图4中的测试频谱的频谱分析仪的RBW为30Hz,RBW(Resolution Bandwidth)代表两个不同频率的信号能够被清楚的分辨出来的最低频宽差异。
需要说明的是，本实施例中，锁模光纤激光器调节前的重复频率还可以为其他数值。
在第二步骤中，第一预设阈值范围为0到Δf1，Δf1为第一预设阈值范围的上限值。
第一预设阈值范围的上限值Δf1由第五步骤中的拉锥处理所采用的光纤拉锥机最大可拉锥长度和和谐振腔的腔长共同决定。在一个具体的实施例中，第五步骤中的拉锥处理所采用的光纤拉锥机最大可拉锥长度为20mm。
重复频率与谐振腔的腔长的关系为：
Figure BDA0003032035090000081
为了方便说明，将
Figure BDA0003032035090000082
称为公式(1)，其中，c为光速，c为3*108m/s，n为谐振腔内介质的折射率，L为锁模光纤激光器的谐振腔的腔长。在一个具体的实施例中，n为1.455。由公式(1)可知，两个具有不同的腔长的谐振腔所对应的重复频率的差值为：
Figure BDA0003032035090000083
为了方便说明将该公式称为公式(2)，L1和L2分别为不同的两个腔长，ΔL＝L2-L1。当ΔL的取值为光纤拉锥机最大可拉锥长度时得到的重复频率的差值作为第一预设阈值范围的上限值。也就是说，第一预设阈值范围的上限值为：谐振腔的腔长变化为光纤拉锥机最大可拉锥长度时对应的重复频率的差值。由于公式(2)中L2约等于L1L2，为了方便计算，可以采用L＝L1或者L＝L2获取公式(2)中L2的数值。在其他实施例中，也可以精确计算出第一预设阈值范围的上限值。
本实施例中，作为示例，光纤拉锥机最大可拉锥长度为20mm、c为3*108m/s、n为1.455时，第一预设阈值范围的上限值
Figure BDA0003032035090000084
在第三步骤中，当前检测的重复频率f1与目标重复频率f0的差值不在第一预设阈值范围内，且当前检测的重复频率f1与目标重复频率f0的差值大于第一预设阈值范围的上限值，因此对光纤进行剪切熔接处理的步骤为：剪断光纤后熔接附加光纤。增加的附加光纤的长度能采用公式(1)计算获得，具体的，本实施例中，采用公式(1)，分别计算重复频率f0＝125.000000MHz和f1＝128.625080MHz所对应的谐振腔腔长，相减之后获得两者之间相差约46.4mm，此值为增加的附加光纤的最大长度。考虑光纤拉锥机最大可拉锥长度为20mm，则增加的附加光纤的长度在46.4mm的基础上可以减少20mm，也就是附加光纤可以为26.4mm，此值为增加的附加光纤的最小长度。故本实施例中，增加的附加光纤的长度在26.4毫米～46.4毫米之间任意值。增加附加光纤之后将附加光纤与光纤的剪切端熔接在一起，构成完成的谐振腔。
在第三步骤中，当对光纤进行剪切熔接处理的步骤为：剪切断光纤后熔接附加光纤时，能够进行多次剪切的过程，例如在第三步骤中进行两次剪切，包括第一次剪切和第二次剪切，第一次剪切将光纤去除一段之后，增加一段附加光纤，将附加光纤与第一次剪切后的光纤的剪切端熔接在一起，之后检测重复频率与目标重复频率f0的差值，若检测的重复频率与目标重复频率f0的差值还不在第一预设阈值范围内且当前检测的重复频率与目标重复频率f0的差值大于第一预设阈值范围的上限值，对光纤进行第二次剪切，第二次剪切将光纤去除一段之后，再增加一段附加光纤，将附加光纤与第二次剪切后的光纤的剪切端熔接在一起，直至检测的重复频率与目标重复频率f0的差值在第一预设阈值范围内。
需要说明的是，在其他实施例中，在第三步骤中，当前检测的重复频率与目标重复频率f0的差值不在第一预设阈值范围内，且当前检测的重复频率f1与目标重复频率f0的差值小于第一预设阈值范围的下限值时，对光纤进行剪切熔接处理的步骤为：剪切掉部分光纤后熔接剪切端。剪切掉的光纤的长度能采用公式(1)计算获得。在第三步骤中，当对光纤进行剪切熔接处理的步骤为：剪切掉部分光纤后熔接剪切端时，能够进行多次剪切的过程，例如在第三步骤中进行两次剪切，包括第一次剪切和第二次剪切，第一次剪切将光纤去除一段之后，将第一次剪切后的光纤的剪切端熔接在一起，之后检测重复频率与目标重复频率f0的差值，若检测的重复频率与目标重复频率f0的差值还不在第一预设阈值范围内且当前检测的重复频率与目标重复频率f0的差值小于第一预设阈值范围的下限值，对光纤进行第二次剪切，将第二次剪切后的光纤的剪切端熔接在一起，直至检测的重复频率与目标重复频率f0的差值在第一预设阈值范围内。
本实施例中，作为示例，进行剪切熔接处理之后，检测的重复频率f2＝126.434MHz，重复频率f2与目标重复频率f0的差值大于零且小于第一预设阈值范围的上限值，也就是说，进行剪切熔接处理之后重复频率f2与目标重复频率f0的差值在第一预设阈值范围内。
在第四步骤中，若检测的重复频率与目标重复频率的差值在第一预设阈值范围内，则判断检测的重复频率与目标重复频率的差值是否在第二预设阈值范围内，以决定是否需要对光纤进行拉锥处理。
第二预设阈值范围为0到Δf2/2，第二预设阈值范围的上限值为Δf2/2。第二预设阈值范围的上限值由反馈执行器件能调节的重复频率的最大调节范围决定，第二预设阈值范围的上限值为：谐振腔的腔长变化为反馈执行器件能调节的重复频率的最大的一半。在一个具体的实施例中，本实施例中，所述反馈执行器件为压电陶瓷，反馈执行器件调节谐振腔的腔长，所述第二预设阈值范围的上限值由反馈执行器件能调节的谐振腔的腔长的最大范围决定。第二预设阈值范围的上限值为：谐振腔的腔长变化为反馈执行器件能调节的谐振腔的腔长的最大长度时对应的重复频率的差值的一半。
在一个具体的实施例中。所述反馈执行器件能调节的谐振腔的腔长的最大长度为20um。根据公式(2),计算出第二预设阈值范围的上限值Δf2/2≈0.75kHz。
在第五步骤中，由于重复频率f2与目标重复频率f0的差值大于第二预设阈值范围的上限值，则需要对谐振腔内的部分光纤进行拉锥处理。
所述光纤包括芯层和包覆芯层的涂覆层。
对所述谐振腔内的部分光纤进行拉锥处理的过程包括：将谐振腔内部分区域的光纤的涂覆层剥除暴露出部分芯层；将暴露出的芯层的两侧的光纤分别固定放置在第一光纤夹具和第二光纤夹具上，并将第一光纤夹具和第二光纤夹具之间的光纤拉直；将暴露出的芯层的两侧的光纤分别固定放置在第一光纤夹具和第二光纤夹具上之后，采用加热器加热第一光纤夹具和第二光纤夹具之间的光纤；在采用加热器加热第一光纤夹具和第二光纤夹具之间的光纤的过程中，驱动第一光纤夹具和第二光纤夹具拉伸光纤。
本发明实施例对所述谐振腔内的部分光纤进行拉锥处理的结构示意图如图2所示。拉锥处理采用锁模光纤激光器201、第一光电探测器202、监测仪器203、加热器204、第一光纤夹具205、第二光纤夹具206。锁模光纤激光器201的谐振腔内的一段光纤剥除涂覆层后，将暴露出的芯层的两侧的光纤分别固定放置在第一光纤夹具205和第二光纤夹具206上，并将第一光纤夹具205和第二光纤夹具206之间的光纤拉直。在光纤拉锥过程中，由加热器204加热光纤、第一光纤夹具205和第二光纤夹具206在马达的带动下缓慢移动拉伸光纤。第一光纤夹具205和第二光纤夹具206可同时向两边移动拉伸光纤，也可只有第一光纤夹具205(或者第二光纤夹具206)向一边移动拉伸光纤。
在光纤拉锥过程中，锁模光纤激光器201保持锁模状态，锁模光纤激光器201的输出端与第一光电探测器202连接，第一光电探测器202与监测仪器203连接，实现重复频率的实时监测。本实施例中，锁模光纤激光器201为掺铒锁模光纤激光器，监测仪器203为频率计数器、电频率计或者示波器。
当重复频率与目标重复频率f0的差值在第二预设阈值范围内时，停止对光纤的拉锥。本实施例中，光纤拉锥完成后，检测到的重复频率f3＝125.000527MHz，重复频率f3与目标重复频率f0的差值为0.527KHz。
在第六步骤中，若检测的重复频率与目标重复频率f0的差值在第二阈值范围内，则通过控制模块和反馈执行器件将锁模光纤激光器的重复频率调节到目标重复频率f0。通过控制模块和反馈执行器件，将锁模光纤激光器的重复频率精确调节到目标的频率值f0。本实施例中，第六步骤中，重复频率微调的结构示意图如图3所示，具体的，重复频率微调系统包括：锁模光纤激光器301、第二光电探测器302、控制模块303和反馈执行器件304。锁模光纤激光器301保持锁模状态，锁模光纤激光器301的输出端与第二光电探测器302连接，第二光电探测器302与控制模块303的输入端连接，控制模块303的输出端与反馈执行器件304连接。其中，控制模块303将第二光电探测器302探测得到的重复频率与目标重复频率的频率差值转化为驱动信号，并将驱动信号输入至反馈执行器件304以驱动反馈执行器件304，用于调节和稳定重复频率。
本实施例中，反馈执行器件304为压电陶瓷，所述反馈执行器件能调节的谐振腔的腔长的最大长度为20um。在其他实施例中，反馈执行器件还可以为电光调制器、或者热电制冷器。
当反馈执行器件304为压电陶瓷时，反馈执行器件304调节谐振腔的腔长。
当反馈执行器件304为电光调制器时，反馈执行器件304调节谐振腔的腔内色散，反馈执行器件304通过改变谐振腔的腔内色散程度来改变锁模光纤激光器301的输出的重复频率。
当反馈执行器件304为电光调制器时，反馈执行器件304调节谐振腔的腔内温度，反馈执行器件304通过改变谐振腔的腔内温度来改变锁模光纤激光器301的输出的重复频率。
本实施例中，还包括：在第六步骤之后，检测锁模光纤激光器301的重复频率，检测到的锁模光纤激光器301的重复频率等于目标重复频率f0。如图5为重复频率精确调节和稳定后的频谱图，检测到的锁模光纤激光器301的重复频率＝125.000000MHz。图5中的横轴为频率(Frequency),单位为MHz,纵轴为光强(Intensity),单位为dBm。图5中的测试频谱的频谱分析仪的RBW为20Hz。
本实施例中，采用电频率计、频率计数器或者示波器检测锁模光纤激光器输出的重复频率。
本实施例提供的精确调节和稳定锁模光纤激光器重复频率的方法中，通过光纤剪切、光纤拉锥和控制模块控制三者结合，可以将锁模光纤激光器的重复频率精确调节和稳定至目标重复频率。具体的，第三步骤：若检测的重复频率与目标重复频率的差值超出第一预设阈值范围，则对光纤进行剪切熔接处理，通过光纤剪切，可快速、大范围地调节重复频率，易于将检测重复频率便捷地调节到接近目标重复频率的附近。第五步骤：若检测的重复频率与目标重复频率的差值的绝对值超出第二预设阈值范围内，则对所述谐振腔内的部分光纤进行拉锥处理，采用光纤拉锥的方法，极大程度提高第一预设阈值范围的上限值所对应的谐振腔腔长度差值，极大降低了光纤剪切过程的难度，采用光纤拉锥的方法可快速、准确地将重复频率与目标重复频率的差值进一步减小，提高了重复频率精确调节的效率；若检测的重复频率与目标重复频率的差值在第二阈值范围内，则通过控制模块和反馈执行器件将锁模光纤激光器的重复频率调节到目标重复频率，采用控制模块和反馈执行器件来实现重复频率的微调。本发明可适用于所有谐振腔内存在光纤的锁模激光器，只要谐振腔内存在光纤，就能采用本发明的方案调节重复频率，因而本发明极大拓展了重复频率精确调节的适用范围。综上，本发明使得锁模光纤激光器的重复频率精确调节的效率高且适用对象受限度低。
其次，采用控制模块和反馈执行器件来实现重复频率的微调，该方案成熟且成本低廉，易于整体方案的实施以及成本的控制。
以上所述仅为本发明的一个实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种精确调节和稳定锁模光纤激光器重复频率的方法，其特征在于，包括：
第一步骤：搭建并启动锁模光纤激光器，所述锁模光纤激光器的谐振腔内具有光纤；
第二步骤：检测锁模光纤激光器输出的激光脉冲的重复频率，并判断检测的重复频率与目标重复频率的差值是否在第一预设阈值范围内；
第三步骤：若检测的重复频率与目标重复频率的差值超出第一预设阈值范围，则对光纤进行剪切熔接处理，剪切熔接处理包括：剪切掉部分光纤后熔接剪切端，或者，剪切断光纤后熔接附加光纤，直至重复频率与目标重复频率的差值在第一预设阈值范围内；
第四步骤：若检测的重复频率与目标重复频率的差值在第一预设阈值范围内，则判断检测的重复频率与目标重复频率的差值是否在第二预设阈值范围内；
第五步骤：若检测的重复频率与目标重复频率的差值的绝对值超出第二预设阈值范围内，则对所述谐振腔内的部分光纤进行拉锥处理，直至重复频率与目标重复频率的差值在第二预设阈值范围内，第二预设阈值范围的上限值小于第一预设阈值范围的上限值；
第六步骤：若检测的重复频率与目标重复频率的差值在第二阈值范围内，则通过控制模块和反馈执行器件将锁模光纤激光器的重复频率调节到目标重复频率。
2.根据权利要求1所述的精确调节和稳定锁模光纤激光器重复频率的方法，其特征在于，所述第一预设阈值范围为0到Δf1，第一预设阈值范围的上限值Δf1为：谐振腔的腔长变化为光纤拉锥机最大可拉锥长度时对应的重复频率的差值。
3.根据权利要求2所述的精确调节和稳定锁模光纤激光器重复频率的方法，其特征在于，在第三步骤中，当检测的重复频率与目标重复频率的差值大于Δf1时，剪切熔接处理为：剪切断光纤后熔接附加光纤；
在第三步骤中，当检测的重复频率小于目标重复频率时，剪切熔接处理包括：剪切掉部分光纤后熔接剪切端。
4.根据权利要求1所述的精确调节和稳定锁模光纤激光器重复频率的方法，其特征在于，第二阈值范围为0到Δf2/2，第二预设阈值范围的上限值为：谐振腔的腔长变化为反馈执行器件能调节的重复频率的最大的一半。
5.根据权利要求4所述的精确调节和稳定锁模光纤激光器重复频率的方法，其特征在于，第二预设阈值范围的上限值为：谐振腔的腔长变化为反馈执行器件能调节的谐振腔的腔长的最大长度时对应的重复频率的差值的一半。
6.根据权利要求1所述的精确调节和稳定锁模光纤激光器重复频率的方法，其特征在于，所述光纤包括芯层和包覆芯层的涂覆层；
对所述谐振腔内的部分光纤进行拉锥处理的过程包括：将谐振腔内部分区域的光纤的涂覆层剥除暴露出部分芯层；将暴露出的芯层的两侧的光纤分别固定放置在第一光纤夹具和第二光纤夹具上，并将第一光纤夹具和第二光纤夹具之间的光纤拉直；将暴露出的芯层的两侧的光纤分别固定放置在第一光纤夹具和第二光纤夹具上之后，采用加热器加热第一光纤夹具和第二光纤夹具之间的光纤；在采用加热器加热第一光纤夹具和第二光纤夹具之间的光纤的过程中，驱动第一光纤夹具和第二光纤夹具拉伸光纤。
7.根据权利要求1或6所述的精确调节和稳定锁模光纤激光器重复频率的方法，其特征在于，在第五步骤中，锁模光纤激光器保持锁模状态，锁模光纤激光器的输出端与第一光电探测器连接，第一光电探测器与监测仪器连接。
8.根据权利要求1所述的精确调节和稳定锁模光纤激光器重复频率的方法，其特征在于，在第六步骤中，锁模光纤激光器的输出端与第二光电探测器连接，第二光电探测器与控制模块的输入端连接，控制模块的输出端与反馈执行器件连接，控制模块将第二光电探测器探测得到的重复频率与目标重复频率的频率差值转化为驱动信号，并将驱动信号输入至反馈执行器件以驱动反馈执行器件，锁模光纤激光器保持锁模状态。
9.根据权利要求1所述的精确调节和稳定锁模光纤激光器重复频率的方法，其特征在于，采用电频率计、频率计数器或者示波器检测锁模光纤激光器输出的重复频率。
10.根据权利要求1所述的精确调节和稳定锁模光纤激光器重复频率的方法，其特征在于，所述反馈执行器件为压电陶瓷、电光调制器、或者热电制冷器。
CN202110447231.7A 2021-04-21 2021-04-21 一种精确调节和稳定锁模光纤激光器重复频率的方法 Active CN113178768B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110447231.7A CN113178768B (zh) 2021-04-21 2021-04-21 一种精确调节和稳定锁模光纤激光器重复频率的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110447231.7A CN113178768B (zh) 2021-04-21 2021-04-21 一种精确调节和稳定锁模光纤激光器重复频率的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113178768A true CN113178768A (zh) 2021-07-27
CN113178768B CN113178768B (zh) 2022-04-19

Family

ID=76925129

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110447231.7A Active CN113178768B (zh) 2021-04-21 2021-04-21 一种精确调节和稳定锁模光纤激光器重复频率的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113178768B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117526075A (zh) * 2023-11-23 2024-02-06 无锡卓海科技股份有限公司 一种固体激光器及其锁模自优化方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050018723A1 (en) * 2003-05-14 2005-01-27 Masayuki Morita Method of stabilizing laser beam, and laser beam generation system
CN104466635A (zh) * 2014-11-30 2015-03-25 华南理工大学 一种高频率稳定性单频光纤激光器
CN104638501A (zh) * 2015-01-28 2015-05-20 清华大学 一种具有宽重复频率调谐范围的小型化光纤飞秒激光器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050018723A1 (en) * 2003-05-14 2005-01-27 Masayuki Morita Method of stabilizing laser beam, and laser beam generation system
CN104466635A (zh) * 2014-11-30 2015-03-25 华南理工大学 一种高频率稳定性单频光纤激光器
CN104638501A (zh) * 2015-01-28 2015-05-20 清华大学 一种具有宽重复频率调谐范围的小型化光纤飞秒激光器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117526075A (zh) * 2023-11-23 2024-02-06 无锡卓海科技股份有限公司 一种固体激光器及其锁模自优化方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113178768B (zh) 2022-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69632652T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Stabilisierung eines modengekoppelten Lasers
JP6849616B2 (ja) モード同期の超短パルスファイバレーザによる光パワーおよび放射スペクトル線の安定化のための方法およびデバイス
CN109313344B (zh) 艾里光束光学扫频源
US20160011489A1 (en) Generating optical pulses via a soliton state of an optical microresonator
CN104849257A (zh) 基于小型紫外扫频激光的共振拉曼光谱探测系统及方法
CN111712761B (zh) 具有可快速调节的中心波长的超短脉冲激光系统
CN110797737B (zh) 一种短直腔单偏振单纵模光纤激光器及其制备方法
KR102478187B1 (ko) 레이저 디바이스
CN113178768B (zh) 一种精确调节和稳定锁模光纤激光器重复频率的方法
CN109342027B (zh) 一种光纤的损耗吸收测量系统及方法
Dong et al. Long-range and high-spatial-resolution distributed birefringence measurement of a polarization-maintaining fiber based on Brillouin dynamic grating
CN103227406A (zh) 被动锁模光纤激光器
CN107946893A (zh) 基于单模‑内置微腔的渐变多模‑单模结构的可饱和吸收体器件
CN105301758B (zh) 基于法布里‑玻罗干涉器的皮秒中红外脉冲转换装置
CN111048973A (zh) 一种等离激元混合结构锁模光纤激光器及其构建方法
Niu et al. S fiber taper-based fiber loop ring-down refractometer
Fang et al. Evolution of a super-broadened spectrum in a filament generated by an ultrashort intense laser pulse in fused silica
CN103234643B (zh) 周期量级飞秒激光脉冲的载波-包络相位的测量方法
Chen et al. A self-phase modulation effect temperature sensor based on tapered single-mode optical fiber
CN107567670A (zh) 使光频梳稳定
CN101799419A (zh) 固体材料拉曼增益系数测量系统及方法
CN103399447A (zh) 一种双光谱飞秒激光频率梳的发生方法及装置
Liu et al. Fabrication of surface nanoscale axial photonics structures with electric arc discharge
CN108683066A (zh) 一种基于阵列波导光栅的被动锁模光纤激光锁定装置
CN208797349U (zh) 一种基于阵列波导光栅的被动锁模光纤激光锁定装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant