CN113206425A - 基于混合锁模的耗散孤子共振光纤激光器 - Google Patents

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胡烽
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    • H01S3/1106—Mode locking

Abstract

本发明是基于混合锁模的耗散孤子共振光纤激光器，其包括泵浦源、波分复用器、增益光纤、高非线性光纤、第一偏振控制器、保偏隔离器、第二偏振控制器、光环形器、半导体可饱和吸收镜、单模光纤、光纤耦合器。本发明为全光纤结构，具有结构简单，稳定性好的优点，通过调节偏振控制器的偏振状态和泵浦功率的大小，可以实现脉冲宽度可调的高能量矩形脉冲输出。

Description

基于混合锁模的耗散孤子共振光纤激光器
技术领域
本发明涉及光纤激光器技术领域，尤其涉及一种基于混合锁模的耗散孤子共振光纤激光器。
背景技术
近年来，被动锁模光纤激光器由于可以输出高峰值功率和超短脉冲，在激光通信、材料加工和医学诊断等领域具有广阔的发展前景。通常情况下，根据腔内色散参数的不同，被动锁模光纤激光器可以输出传统孤子、色散管理孤子和耗散孤子，但这些孤子随着脉冲能量的增加，都会出现脉冲分裂的现象，因此很难实现高脉冲能量的激光输出。
耗散孤子共振锁模脉冲自2008年发现以来，凭借其独特的脉冲性质和超高的脉冲能量，获得了光纤激光器技术领域的广泛关注。在光纤激光器谐振腔内色散、非线性、增益、损耗、非线性增益饱和和增益色散的共同作用下，耗散孤子共振脉冲呈现出矩形的脉冲形状，脉冲宽度随泵浦功率的增加而增加，峰值功率保持为一定值，没有脉冲分裂的现象产生。然而，目前一般利用非线性偏振旋转(NPR)或非线性放大环形镜(NALM)等非线性效应等效饱和吸收体来实现耗散孤子共振脉冲的输出，其脉冲稳定性较差，还有进一步改善的空间。
发明内容
本发明为了解决现有的耗散孤子共振锁模光纤激光器稳定性差的问题，提出了一种基于混合锁模的耗散孤子共振光纤激光器，通过将半导体可饱和吸收镜(SESAM)和非线性偏振旋转(NPR)结合在一起，采用一段高非线性光纤来增强腔内的非线性效应，可以输出稳定的耗散孤子共振脉冲。
本发明采取的技术方案：
基于混合锁模的耗散孤子共振光纤激光器，其特征在于：泵浦源、波分复用器、增益光纤、高非线性光纤、第一偏振控制器、保偏隔离器、第二偏振控制器、光环形器、半导体可饱和吸收镜、单模光纤、光纤耦合器。
泵浦源与波分复用器的a端口通过光纤连接，波分复用器的b端口、增益光纤、高非线性光纤、第一偏振控制器、保偏隔离器、第二偏振控制器和光环形器的d端口依次通过光纤连接，光环形器的e端口与半导体可饱和吸收镜通过光纤连接，光环形器的f端口、单模光纤和光纤耦合器的g端口依次通过光纤连接，光纤耦合器的i端口与波分复用器的c端口通过光纤连接构成环形腔。
所述泵浦源为1559nm波段的激光器。
所述波分复用器的工作波长为1570/2000nm。
所述增益光纤为高掺铥光纤。
所述高非线性光纤为高掺锗光纤，用于增强腔内的非线性效应，促进耗散孤子共振脉冲的产生。
所述第一偏振控制器和第二偏振控制器为三环偏振控制器。
所述半导体可饱和吸收镜的工作波长为1950nm，调制深度为30％，弛豫时间为10ps。
所述光纤耦合器的输出比为10:90，其中10％为输出端。
与现有技术相比，本发明有益效果:
1)本发明采用全光纤结构，结构紧凑，光束质量好，易于集成小型化。
2)本发明采用高掺锗光纤来增强腔内的非线性效应，既可以补偿腔内的色散，又能促进耗散孤子共振脉冲的产生。
3)本发明提出的基于混合锁模的耗散孤子共振光纤激光器可以实现自启动，输出脉冲宽度随泵浦功率的增加而增加，无脉冲分裂现象产生，锁模稳定性良好。
4)本发明输出的耗散孤子共振纳秒脉冲可以作为高能量脉冲放大器的种子源。
附图说明
图1：基于混合锁模的耗散孤子共振光纤激光器的光路示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明基于混合锁模的耗散孤子共振光纤激光器，包括泵浦源1、波分复用器2、增益光纤3、高非线性光纤4、第一偏振控制器5、保偏隔离器6、第二偏振控制器7、光环形器8、半导体可饱和吸收镜9、单模光纤10、光纤耦合器11。
泵浦源1与波分复用器2的a端口通过光纤连接，波分复用器2的b端口、增益光纤3、高非线性光纤4、第一偏振控制器5、保偏隔离器6、第二偏振控制器7和环形器8的d端口依次通过光纤连接，光环形器8的e端口与半导体可饱和吸收镜9通过光纤连接，环形器8的f端口、单模光纤10和光纤耦合器11的g端口依次光纤连接，光纤耦合器11的i端口与波分复用器2的c端口通过光纤连接构成环形腔。
所述泵浦源1为铒镱共掺光纤激光器；所述波分复用器2的工作波长为1570/2000nm；所述增益光纤3为高掺铥光纤；所述高非线性光纤4为高掺锗光纤；所述第一偏振控制器5和第二偏振控制器7为三环偏振控制器；所述保偏隔离器6的工作波长为2050nm；所述光环形器8为三端环形器；所述半导体可饱和吸收镜9的工作波长为1950nm；所述单模光纤10用于增强腔内的非线性效应；所述光纤耦合器11的输出耦合比为10:90。
本发明基于混合锁模的耗散孤子共振光纤激光器的工作过程如下：
泵浦源1发出1559nm的泵浦光，经波分复用器2耦合进增益光纤3中，增益光纤3中的铥离子受激激发，产生2μm波段激光，2μm波段激光经高非线性光纤4进入第一偏振控制器5，第一偏振控制器5用于改变激光的偏振态，由第一偏振控制器5输出的激光依次经过保偏隔离器6、第二偏振控制器7和光环形器8的d端口，保偏隔离器6兼具起偏器和隔离器的作用，经光环形器8的d端口输入的激光先经过光环形器8的e端口进入半导体可饱和吸收镜9中，通过半导体可饱和吸收镜9对输入激光进行窄化处理，再依次经过光环形器8的e端口和光环形器8的f端口输出。由光环形器8的f端口输出的激光经过一段单模光纤10进入光纤耦合器11的g端，10％的激光从光纤耦合器11的h端输出用于检测光谱和脉冲，90％的激光从光纤耦合器11的i端口输出进入到波分复用器2的c端口返回腔内，形成一个闭合回路的环形腔，最终获得了重复频率为4.96MHz、脉冲宽度为9.67ns和平均功率为2.19mW的耗散孤子共振脉冲，其信噪比高达62.22dB。

Claims (8)

1.基于混合锁模的耗散孤子共振光纤激光器，其特征在于：包括泵浦源(1)、波分复用器(2)、增益光纤(3)、高非线性光纤(4)、第一偏振控制器(5)、保偏隔离器(6)、第二偏振控制器(7)、光环形器(8)、半导体可饱和吸收镜(9)、单模光纤(10)和光纤耦合器(11)；所述的泵浦源(1)与波分复用器(2)的a端口通过光纤连接，波分复用器(2)的b端口、掺铥光纤(3)、高非线性光纤(4)、第一偏振控制器(5)、保偏隔离器(6)、第二偏振控制器(7)和光环形器(8)的d端口依次通过光纤连接，光环形器(8)的e端口与半导体可饱和吸收镜(9)通过光纤连接，环形器(8)的f端口、单模光纤(10)和光纤耦合器(11)的g端口依次经光纤连接，光纤耦合器(11)的i端口与波分复用器(2)的c端口通过光纤连接，构成环形腔。
2.根据权利要求1所述的基于混合锁模的耗散孤子共振光纤激光器，其特征在于，所述泵浦源(1)为1559nm波段的激光器。
3.根据权利要求1所述的基于混合锁模的耗散孤子共振光纤激光器，其特征在于，所述波分复用器(2)的工作波长为1570/2000nm。
4.根据权利要求1所述的基于混合锁模的耗散孤子共振光纤激光器，其特征在于，所述增益光纤(3)为高掺铥光纤。
5.根据权利要求1所述的基于混合锁模的耗散孤子共振光纤激光器，其特征在于，所述高非线性光纤(4)为高掺锗光纤，用于增强腔内的非线性效应，促进耗散孤子共振脉冲的产生。
6.根据权利要求1所述的基于混合锁模的耗散孤子共振光纤激光器，其特征在于，所述第一偏振控制器(5)和第二偏振控制器(7)为三环偏振控制器。
7.根据权利要求1所述的基于混合锁模的耗散孤子共振光纤激光器，其特征在于，所述半导体可饱和吸收镜(9)的工作波长为1950nm，调制深度为30％，弛豫时间为10ps。
8.根据权利要求1所述的基于混合锁模的耗散孤子共振光纤激光器，其特征在于，所述光纤耦合器(11)的输出比为10:90，其中10％为输出端。
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