CN113206426A - 一种紧凑型高重复频率全保偏光纤锁模激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种紧凑型高重复频率全保偏光纤锁模激光器，其基于非线性放大环形镜锁模方法，具有锁模点固定、能长时间稳定运行等特点。移相器单元和波分复用保偏光纤准直器的使用降低了对泵浦功率的要求，从而减少长时间运行对光学器件的损伤。相对同类型短腔长高重复频率保偏光纤激光器，能在更高重复频率下实现自启动锁模。单个复合保偏光纤准直器结构解决了使用多个准直器时导致加工制作困难和调节器件成本较高的问题，提高了整体激光器系统的可靠性及工业化批量生产的良品率。激光器腔内或腔外光学带通滤波器能有效压缩输出脉冲的相对强度噪声。复合保偏光纤准直器内分束器的使用使输出脉冲具有诸如噪声、功率、谱宽及对比度等更多可选特征。

Description

一种紧凑型高重复频率全保偏光纤锁模激光器
技术领域
本发明涉及超短脉冲激光领域，具体涉及高重复频率保偏光纤锁模激光器。
背景技术
过去的二三十年里，锁模激光器的理论和实验都得到了很大的发展。锁模激光器产生的脉冲被应用到越来越多的场景中，比如超精细激光光谱学、定时与同步、双光子光谱、太赫兹辐射的产生，阿秒动力学的研究、纯净微波的产生、材料超精密加工等。飞秒脉冲的早期应用仅限于良好控制的实验室环境，但是现在越来越多的应用需要锁模激光器在不太稳定甚至苛刻的条件下工作，例如在工业制造车间、车辆、飞机、火箭甚至卫星中。保偏光纤锁模激光器在很大程度上自然地保护光束路径免受环境影响，并且具有结构简单紧凑、易封装、成本低和鲁棒性等优点。因此它可以为这些应用提供可靠的飞秒光源，是十分有前景的技术。
目前，保偏光纤锁模激光器有三类锁模类型。第一种是利用半导体可饱和吸收镜(SESAM)、碳纳米管和石墨烯等可饱和吸收材料来实现锁模。虽然这种锁模激光器能实现很高的重复频率，但是材料的低损伤阈值和随时间推移的潜在退化现象使激光器不能很好地长期稳定运行。第二种是利用合适的光轴角度熔接保偏光纤的方法来实现光在光纤中非线性偏振旋转(NPR)。这种锁模方式需要很长的保偏光纤来积累非线性相移，会造成激光器的重复频率很低。因此，现在还处于研究阶段，无法满足实际应用需求。第三种就是非线性放大环形镜(NALM)方案，其原理是在保偏光纤环路中产生相向传输的两束光，并在分束器干涉，利用两束光的非线性相移来控制对不同强度光的透射率进而实现可饱和吸收特性。因为是全光纤方案，所以避免了第一种材料锁模方案遇到的问题。但是这种保偏光纤NALM锁模方案很难实现超过250MHz的高重复频率，而且这种高重复频率的激光器面临加工制作困难、制作成本高、泵浦功耗需求高、不易锁模和重复频率很难提高等问题。
因此，如何克服上述NALM锁模存在的缺陷，已成为本领域技术人员亟待解决的重要课题。
发明内容
针对上述技术的不足，本发明提供一种紧凑型高重复频率全保偏光纤锁模激光器。
本发明为实现上述目的，采用了下列技术方案：
一种紧凑型高重复频率全保偏光纤锁模激光器，包括第一保偏单模光纤1、保偏增益光纤13、第二保偏单模光纤14、泵浦源15、第一复合保偏光纤准直器2、第一移相器单元6、第一偏振分束器9、第一1/4波片10、第二光学带通滤波器11、电光调制器23、光栅对24、反射镜25和压电陶瓷26；所述第一保偏单模光纤1与保偏增益光纤13通过光纤熔接点12连接，在第一保偏单模光纤1和保偏增益光纤13之间能够添加多段保偏单模光纤和保偏增益光纤，第一保偏单模光纤1和保偏增益光纤13构成的环路能够替换为全保偏增益光纤环路；第一保偏单模光纤1和保偏增益光纤13构成的环路上添加压电陶瓷；所述泵浦源15通过第二保偏单模光纤14与第一复合保偏光纤准直器2连接；所述第一复合保偏光纤准直器2输出的光经过第一输出窗口4和第二输出窗口16后分别经过第一隔离器3和第三隔离器17向外输出脉冲激光；所述第一复合保偏光纤准直器2的第三输出窗口18的输出光依次经过第一移相器单元6、第一偏振分束器9、第一1/4波片10、第二光学带通滤波器11、电光调制器23、光栅对24和反射镜25；所述压电陶瓷26与反射镜25固定在一起来调节反射镜25的位置；所述第一偏振分束器9有两个输出方向，一个方向的光经过第三光学带通滤波器21和第四隔离器22，另一个方向的光经过第一光学带通滤波器8和第二隔离器7；所述第一偏振分束器9为偏振分束立方；所述光栅对24能够用棱镜对等色散补偿光学器件代替，光路中无需色散补偿时可移除；所述电光调制器23可在光学腔任何位置；所述第二光学带通滤波器11可在光学腔任何位置；所述的第二输出窗口16和第三隔离器17之间，第一隔离器3和第一输出窗口4之间能添加光学带通滤波器；反射镜25为全反射镜或者部分反射镜，部分反射镜的透射端为另一个脉冲输出端口，输出口后能够加入隔离器和光学带通滤波器。
进一步地，所述第一复合保偏光纤准直器2由第一保偏单模光纤1、保偏增益光纤13、第二保偏单模光纤14、波分复用保偏光纤准直器27、保偏光纤准直器28、分束器29和第二偏振分束器30构成；第二偏振分束器30的两个分束光的偏振方向同时对准波分复用保偏光纤准直器27和保偏光纤准直器28的慢轴或快轴；所述保偏光纤准直器28输出的线偏振光在分束器29上分成两束，一束经过第二输出窗口16输出，另一束经过第二偏振分束器30后与波分复用保偏光纤准直器27输出的线偏振光合束通过第三输出窗口18，相反地，从第三输出窗口18输入的光经第二偏振分束器30分成两束，一束输入波分复用保偏光纤准直器27，另一束在分束器29上分束后分别入射到保偏光纤准直器28和第一输出窗口4；所述第二偏振分束器30是Wollaston棱镜、Rochon棱镜或偏振分束立方等偏振分束器；所述分束器29可在保偏光纤准直器28和第二偏振分束器30之间，也可在波分复用保偏光纤准直器27和第二偏振分束器30之间；所述保偏增益光纤13与第一保偏单模光纤1构成的光纤环路中能引入光纤耦合器；所述波分复用保偏光纤准直器27是通过把商用的保偏光纤波分复用器的透射端改成准直器结构，波分复用器公共端的单模保偏光纤换成保偏增益光纤制作而成；所述波分复用保偏光纤准直器27的替换结构为：商用的保偏光纤波分复用器的透射端或反射端尾纤与保偏光纤准直器尾纤相接，其公共端的单模保偏光纤换成保偏增益光纤；所述保偏光纤准直器28能够替换为波分复用保偏光纤准直器。
进一步地，所述第一移相器单元6由第一法拉第旋转器5、第二1/4波片19和第一半波片20依次排列构成，能为第一复合保偏光纤准直器2输出的偏振方向相互垂直的两束线偏振光添加固定相位差；所述第二1/4波片19和第一半波片20位置能够互换；所述第一移相器单元6可被波片与法拉第旋转器组合的多种不同结构代替，第一移相器单元6还可替换为反射式移相器单元。
进一步地，所述第一复合保偏光纤准直器2和第一移相器单元6替换为第二复合保偏光纤准直器31，并且第二复合保偏光纤准直器31和第一偏振分束器9之间添加第二半波片36；所述第二复合保偏光纤准直器31是在第一复合保偏光纤准直器2结构的基础上添加第二移相器单元35；第二移相器单元35和分束器29可以在保偏光纤准直器28和第二偏振分束器30之间，也可以在波分复用保偏光纤准直器27和第二偏振分束器30之间；第二移相器单元35由第二法拉第旋转器32、第三1/4波片33和第三法拉第旋转器34依次排列构成，能为正向和反向经过的线偏振光添加固定相位差，第二移相器单元35可被波片与法拉第旋转器组合的多种不同结构代替，第二移相器单元35还可替换为反射式移相器单元；所述第二半波片36可由直接旋转第二复合保偏光纤准直器31或第一偏振分束器9代替，也可替换为其他类型波片组合结构或者法拉第旋转器与波片的组合结构；第二偏振分束器30可以替换成不按偏振方向分束的分束器，同时波分复用保偏光纤准直器27和保偏光纤准直器28输出光的偏振方向相应地调整为同向,且第二复合保偏光纤准直器31经第三输出窗口18输出的光依次经过的器件调整为第二光学带通滤波器11、电光调制器23、光栅对24和反射镜25。
进一步地，所述反射镜25可替换为可饱和吸收镜或者可饱和吸收材料与反射镜构成的结构；所述第二光学带通滤波器11能够替换为色散棱镜与光阑构成的结构来调谐波长范围；所述第一保偏单模光纤1、保偏增益光纤13、第一复合保偏光纤准直器2和第二复合保偏光纤准直器31都固定在控温器件上，通过控温来实现重复频率或载波包络频率偏差的精确调节和稳定。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
一、本发明保偏光纤激光器是基于非线性放大环形镜锁模，相对于传统的可饱和吸收材料和非线性偏振旋转锁模方法，具有锁模点稳定、能长时间稳定运行和抗环境干扰能力强等特点。所述的波分复用保偏光纤准直器的使用最大化地提高了环路的非对称性，相对一般同类型短腔长高重复频率保偏光纤激光器，能实现更高重复频率下的自启动锁模。同时，相对于同类型相同重复频率的保偏光纤激光器，本发明保偏光纤激光器所需泵浦功率更低，减少了高泵浦功率对光学器件的损伤，增加了光学器件的使用寿命，且具有节能和低功耗的特点。另，本发明光纤锁模激光器的光纤都是采用的保偏光纤，能更好地维持光纤中传输光的偏振态，更好地抵抗因外界环境的变化而引起的不稳定性。
二、所述波分复用保偏光纤准直器因极大地提高光纤环路的非对称性，相对同类型保偏光纤NALM锁模激光器，在有效缩短激光器的腔长的同时，解决了使用多个准直器时导致加工制作困难和成本较高的问题，并提高了整体激光器系统的可靠性。单个复合保偏光纤准直器结构能大大降低准直器与反射镜之间的耦合难度和稳定性，而且利用压电陶瓷移动反射镜时对耦合效率的影响会大大减小，提高工业化批量生产的良品率。
三、所述光学带通滤波器能有效压缩输出脉冲的相对强度噪声。所述分束器能使本发明光纤激光器输出环路内噪声最低、功率较大、谱宽最宽且对比度较高的脉冲。
附图说明
图1是本发明实施例一的激光器结构示意图；
图2是本发明实施例一的复合保偏光纤准直器结构示意图；
图3是本发明实施例二的激光器结构示意图；
图4是本发明实施例二的复合保偏光纤准直器结构示意图。
附图标号说明：
1-第一保偏单模光纤，2-第一复合保偏光纤准直器，3-第一隔离器，4-第一输出窗口，5-第一法拉第旋转器，6-第一移相器单元，7-第二隔离器，8-第一光学带通滤波器，9-第一偏振分束器，10-第一1/4波片，11-第二光学带通滤波器，12-光纤熔接点，13-保偏增益光纤，14-第二保偏单模光纤，15-泵浦源，16-第二输出窗口，17-第三隔离器，18-第三输出窗口，19-第二1/4波片，20-第一半波片，21-第三光学带通滤波器，22-第四隔离器，23-电光调制器，24-光栅对，25-反射镜，26-压电陶瓷，27-波分复用保偏光纤准直器，28-保偏光纤准直器，29-分束器，30-第二偏振分束器，31-第二复合保偏光纤准直器，32-第二法拉第旋转器，33-第三1/4波片，34-第三法拉第旋转器，35-第二移相器单元，36-第二半波片。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
实施例一
图1是实施例一提供的激光器结构示意图，如图1所示，一种紧凑型高重复频率全保偏光纤锁模激光器，包括第一保偏单模光纤1、保偏增益光纤13、第二保偏单模光纤14、泵浦源15、第一复合保偏光纤准直器2、第一移相器单元6、第一偏振分束器9、第一1/4波片10、第二光学带通滤波器11、电光调制器23、光栅对24、反射镜25和压电陶瓷26；所述第一保偏单模光纤1与保偏增益光纤13通过光纤熔接点12连接，在第一保偏单模光纤1和保偏增益光纤13之间能够添加多段保偏单模光纤和保偏增益光纤，第一保偏单模光纤1和保偏增益光纤13构成的环路能够替换为全保偏增益光纤环路；第一保偏单模光纤1和保偏增益光纤13构成的环路上添加压电陶瓷；所述泵浦源15通过第二保偏单模光纤14与第一复合保偏光纤准直器2连接；所述第一复合保偏光纤准直器2输出的光经过第一输出窗口4和第二输出窗口16后分别经过第一隔离器3和第三隔离器17向外输出脉冲激光；所述第一复合保偏光纤准直器2的第三输出窗口18的输出光依次经过第一移相器单元6、第一偏振分束器9、第一1/4波片10、第二光学带通滤波器11、电光调制器23、光栅对24和反射镜25；所述压电陶瓷26与反射镜25固定在一起来调节反射镜25的位置；所述第一偏振分束器9有两个输出方向，一个方向的光经过第三光学带通滤波器21和第四隔离器22，另一个方向的光经过第一光学带通滤波器8和第二隔离器7；所述第一偏振分束器9为偏振分束立方；所述光栅对24能够用棱镜对等色散补偿光学器件代替，光路中无需色散补偿时可移除；所述电光调制器23可在光学腔任何位置；所述第二光学带通滤波器11可在光学腔任何位置；所述的第二输出窗口16和第三隔离器17之间，第一隔离器3和第一输出窗口4之间能添加光学带通滤波器；反射镜25为全反射镜或者部分反射镜，部分反射镜的透射端为另一个脉冲输出端口，输出口后能够加入隔离器和光学带通滤波器；所述第一移相器单元6由第一法拉第旋转器5、第二1/4波片19和第一半波片20依次排列构成，能为第一复合保偏光纤准直器2输出的偏振方向相互垂直的两束线偏振光添加固定相位差；所述第二1/4波片19和第一半波片20位置能够互换；所述第一移相器单元6可被波片与法拉第旋转器组合的多种不同结构代替，第一移相器单元6还可替换为反射式移相器单元。
如上所述，实施例一的工作原理如下：
工作时，所述泵浦源15通过第一复合保偏光纤准直器2将泵浦光耦合到腔内，通过提高泵浦功率到光纤激光器的阈值之上，使激光器发生振荡；同时在保偏光纤慢轴或快轴相向传输的两束光经过第一复合保偏光纤准直器2后合束，偏振正交的两束光经过第一移相器单元6，获得一个固定相位偏置且偏振方向发生一定角度的偏转。偏振方向的偏转使偏振正交的两束光都能在第一偏振分束器9上分束，它们相同偏振分量的分束光发生干涉，这个过程构成一个非线性放大环形镜。由于光纤的非线性作用，干涉输出的光受到两束光积累的非线性相移差控制的强度调制，导致强光透射率高，弱光透射率低，即可饱和吸收特性。往返传输的光反复经过这种可饱和吸收作用后，形成稳定的脉冲。
图2是实施例一的第一复合保偏光纤准直器结构示意图，如图2所示，所述第一复合保偏光纤准直器2由第一保偏单模光纤1、保偏增益光纤13、第二保偏单模光纤14、波分复用保偏光纤准直器27、保偏光纤准直器28、分束器29和第二偏振分束器30构成；第二偏振分束器30的两个分束光的偏振方向同时对准波分复用保偏光纤准直器27和保偏光纤准直器28的慢轴或快轴；所述保偏光纤准直器28输出的线偏振光在分束器29上分成两束，一束经过第二输出窗口16输出，另一束经过第二偏振分束器30后与波分复用保偏光纤准直器27输出的线偏振光合束通过第三输出窗口18，相反地，从第三输出窗口18输入的光经第二偏振分束器30分成两束，一束输入波分复用保偏光纤准直器27，另一束在分束器29上分束后分别入射到保偏光纤准直器28和第一输出窗口4；所述第二偏振分束器30是Wollaston棱镜，可替换为Rochon棱镜或偏振分束立方等偏振分束器；所述分束器29可在保偏光纤准直器28和第二偏振分束器30之间，也可在波分复用保偏光纤准直器27和第二偏振分束器30之间；所述保偏增益光纤13与第一保偏单模光纤1构成的光纤环路中能引入光纤耦合器；所述波分复用保偏光纤准直器27是通过把商用的保偏光纤波分复用器的透射端改成准直器结构，波分复用器公共端的单模保偏光纤换成保偏增益光纤制作而成；所述波分复用保偏光纤准直器27的替换结构为：商用的保偏光纤波分复用器的透射端或反射端尾纤与保偏光纤准直器尾纤相接，其公共端的单模保偏光纤换成保偏增益光纤；所述保偏光纤准直器28能够替换为波分复用保偏光纤准直器。
激光器的高重复频率可以通过缩短环路光纤的长度或自由空间部分的长度来实现；所述的电光调制器23和压电陶瓷26分别用于微调和粗调光程来精确改变脉冲重复频率；第一保偏单模光纤1和保偏增益光纤13构成的环路上添加压电陶瓷，用于调节光纤长度；所述第一保偏单模光纤1、保偏增益光纤13和第一复合保偏光纤准直器2都固定在控温器件上，通过控温来实现重复频率或载波包络频率偏差的高精度调节和稳定。
所述第一1/4波片10通过改变线偏振光的偏振态，调节第一偏振分束器9到第三光学带通滤波器21方向的脉冲输出，起到控制腔内损耗的作用，进而也调节第一偏振分束器9到第一光学带通滤波器8方向的、第一输出窗口4和第二输出窗口16的脉冲输出；腔内和腔外的带通滤波器，例如第一光学带通滤波器8、第二光学带通滤波器11和第三光学带通滤波器21，起到压缩脉冲相对强度噪声的作用。
所述光栅对24作用是补偿腔内色散，例如第一保偏单模光纤1、保偏增益光纤13和其他光学器件使腔内色散为较大的正值，可通过在腔内加入光栅对24补偿负色散。
所述反射镜25可替换为可饱和吸收镜或者可饱和吸收材料与反射镜构成的结构，替换的结构用于辅助所述紧凑型高重复频率全保偏光纤锁模激光器自启动锁模。
所述第二光学带通滤波器11能够替换为色散棱镜与光阑构成的结构来调谐波长范围。
实施例二
相对于实施例一，所述第一复合保偏光纤准直器2和第一移相器单元6替换为第二复合保偏光纤准直器31，并且第二复合保偏光纤准直器31和第一偏振分束器9之间添加第二半波片36；所述第二复合保偏光纤准直器31是在第一复合保偏光纤准直器2结构的基础上添加第二移相器单元35；第二移相器单元35和分束器29可以在保偏光纤准直器28和第二偏振分束器30之间，也可以在波分复用保偏光纤准直器27和第二偏振分束器30之间；所述第二半波片36可由直接旋转第二复合保偏光纤准直器31或第一偏振分束器9代替，也可替换为其他类型波片组合结构或者法拉第旋转器与波片的组合结构。
图3是实施例二提供的激光器结构示意图，如图3所示，一种紧凑型高重复频率全保偏光纤锁模激光器，包括第一保偏单模光纤1、保偏增益光纤13、第二保偏单模光纤14、泵浦源15、第二复合保偏光纤准直器31、第二半波片36、第一偏振分束器9、第一1/4波片10、第二光学带通滤波器11、电光调制器23、光栅对24、反射镜25和压电陶瓷26；所述第一保偏单模光纤1与保偏增益光纤13通过光纤熔接点12连接，在第一保偏单模光纤1和保偏增益光纤13之间能够添加多段保偏单模光纤和保偏增益光纤，第一保偏单模光纤1和保偏增益光纤13构成的环路能够替换为全保偏增益光纤环路；所述泵浦源15通过第二保偏单模光纤14与第二复合保偏光纤准直器31连接；所述第二复合保偏光纤准直器31输出的光经过第一输出窗口4和第二输出窗口16后分别经过第一隔离器3和第三隔离器17向外输出脉冲激光；所述第二复合保偏光纤准直器31的第三输出窗口18的输出光依次经过第二半波片36、第一偏振分束器9、第一1/4波片10、第二光学带通滤波器11、电光调制器23、光栅对24和反射镜25；所述压电陶瓷26与反射镜25固定在一起来调节反射镜25的位置；所述第一偏振分束器9有两个输出方向，一个方向的光经过第三光学带通滤波器21和第四隔离器22，另一个方向的光经过第一光学带通滤波器8和第二隔离器7；所述第一偏振分束器9为偏振分束立方；所述光栅对24能够用棱镜对等色散补偿光学器件代替，光路中无需色散补偿时可移除；所述电光调制器23可在光学腔任何位置；所述第二光学带通滤波器11可在光学腔任何位置；所述的第二输出窗口16和第三隔离器17之间，第一隔离器3和第一输出窗口4之间能添加光学带通滤波器；反射镜25为全反射镜或者部分反射镜，部分反射镜的透射端为另一个脉冲输出端口，输出口后能够加入隔离器和光学带通滤波器。
如上所述，实施例二的工作原理如下：
工作时，所述泵浦源15通过第二复合保偏光纤准直器31将泵浦光耦合到腔内，通过提高泵浦功率到光纤激光器的阈值之上，使激光器发生振荡；同时在保偏光纤慢轴或快轴相向传输的两束光经过第二复合保偏光纤准直器31后合束，偏振正交的两束光获得一个固定相位偏置。然后经过第二半波片36，使偏振正交的两束光的偏振方向都偏转一定角度，使它们都能在第一偏振分束器9上分束，它们相同偏振分量的分束光发生干涉，这个过程构成一个非线性放大环形镜。由于光纤的非线性作用，干涉输出的光受到两束光积累的非线性相移差控制的强度调制，导致强光透射率高，弱光透射率低，即可饱和吸收特性。往返传输的光反复经过这种可饱和吸收作用后，形成稳定的脉冲。
图4是实施例二的第二复合保偏光纤准直器结构示意图，如图4所示，所述第二复合保偏光纤准直器31由第一保偏单模光纤1、保偏增益光纤13、第二保偏单模光纤14、波分复用保偏光纤准直器27、保偏光纤准直器28、第二移相器单元35、分束器29和第二偏振分束器30构成；第二偏振分束器30的两个分束光的偏振方向同时对准波分复用保偏光纤准直器27和保偏光纤准直器28的慢轴或快轴；所述保偏光纤准直器28输出的线偏振光经第二移相器单元35在分束器29上分成两束，一束经过第二输出窗口16输出，另一束经过第二偏振分束器30后与波分复用保偏光纤准直器27输出的线偏振光合束通过第三输出窗口18，相反地，从第三输出窗口18输入的光经第二偏振分束器30分成两束，一束输入波分复用保偏光纤准直器27，另一束在分束器29上分束后分别入射到保偏光纤准直器28(经第二移相器单元35)和第一输出窗口4。第二移相器单元35由第二法拉第旋转器32、第三1/4波片33和第三法拉第旋转器34依次排列构成，能为正向和反向经过的线偏振光添加固定相位差，第二移相器单元35可被波片与法拉第旋转器组合的多种不同结构代替，第二移相器单元35还可替换为反射式移相器单元。所述保偏增益光纤13与第一保偏单模光纤1构成的光纤环路中能引入光纤耦合器；所述波分复用保偏光纤准直器27是通过把商用的保偏光纤波分复用器的透射端改成准直器结构，波分复用器公共端的单模保偏光纤换成保偏增益光纤制作而成；所述波分复用保偏光纤准直器27的替换结构为：商用的保偏光纤波分复用器的透射端或反射端尾纤与保偏光纤准直器尾纤相接，其公共端的单模保偏光纤换成保偏增益光纤；所述保偏光纤准直器28可替换为波分复用保偏光纤准直器；第二偏振分束器30可替换成不按偏振方向分束的分束器，同时波分复用保偏光纤准直器27和保偏光纤准直器28输出光的偏振方向相应地调整为同向,且第二复合保偏光纤准直器31经第三输出窗口18输出的光依次经过的器件调整为第二光学带通滤波器11、电光调制器23、光栅对24和反射镜25。
激光器的高重复频率可以通过缩短环路光纤的长度或自由空间部分的长度来实现；所述的电光调制器23和压电陶瓷26分别用于微调和粗调光程来精确改变脉冲重复频率；第一保偏单模光纤1和保偏增益光纤13构成的环路上添加压电陶瓷，用于调节光纤长度；所述第一保偏单模光纤1、保偏增益光纤13和第二复合保偏光纤准直器31都固定在控温器件上，通过控温来实现重复频率或载波包络频率偏差的高精度调节和稳定。
所述第一1/4波片10通过改变线偏振光的偏振态，调节第一偏振分束器9到第三光学带通滤波器21方向的脉冲输出，起到控制腔内损耗的作用，进而也调节第一偏振分束器9到第一光学带通滤波器8方向的、第一输出窗口4和第二输出窗口16的脉冲输出；所述第一输出窗口4和第二输出窗口16分别向第一隔离器3和第三隔离器17方向输出的脉冲功率，以及第一偏振分束器9向第三光学带通滤波器21和第一光学带通滤波器8的输出脉冲功率，都可通过旋转第二半波片36或第一偏振分束立方9或第二复合保偏光纤准直器31调节。腔内和腔外的带通滤波器，例如第一光学带通滤波器8、第二光学带通滤波器11和第三光学带通滤波器21，起到压缩脉冲相对强度噪声的作用。
所述光栅对24作用是补偿腔内色散，例如第一保偏单模光纤1、保偏增益光纤13和其他光学器件使腔内色散为较大的正值，可通过在腔内加入光栅对24补偿负色散。
所述反射镜25可替换为可饱和吸收镜或者可饱和吸收材料与反射镜构成的结构，替换的结构用于辅助所述紧凑型高重复频率全保偏光纤锁模激光器自启动锁模。
所述第二光学带通滤波器11能够替换为色散棱镜与光阑构成的结构来调谐波长范围。

Claims (5)

1.一种紧凑型高重复频率全保偏光纤锁模激光器，其特征在于，包括第一保偏单模光纤(1)、保偏增益光纤(13)、第二保偏单模光纤(14)、泵浦源(15)、第一复合保偏光纤准直器(2)、第一移相器单元(6)、第一偏振分束器(9)、第一1/4波片(10)、第二光学带通滤波器(11)、电光调制器(23)、光栅对(24)、反射镜(25)和压电陶瓷(26)；所述第一保偏单模光纤(1)与保偏增益光纤(13)通过光纤熔接点(12)连接，在第一保偏单模光纤(1)和保偏增益光纤(13)之间能够添加多段保偏单模光纤和保偏增益光纤，第一保偏单模光纤(1)和保偏增益光纤(13)构成的环路能够替换为全保偏增益光纤环路；第一保偏单模光纤(1)和保偏增益光纤(13)构成的环路上添加压电陶瓷；所述泵浦源(15)通过第二保偏单模光纤(14)与第一复合保偏光纤准直器(2)连接；所述第一复合保偏光纤准直器(2)输出的光经过第一输出窗口(4)和第二输出窗口(16)后分别经过第一隔离器(3)和第三隔离器(17)向外输出脉冲激光；所述第一复合保偏光纤准直器(2)的第三输出窗口(18)的输出光依次经过第一移相器单元(6)、第一偏振分束器(9)、第一1/4波片(10)、第二光学带通滤波器(11)、电光调制器(23)、光栅对(24)和反射镜(25)；所述压电陶瓷(26)与反射镜(25)固定在一起来调节反射镜(25)的位置；所述第一偏振分束器(9)有两个输出方向，一个方向的光经过第三光学带通滤波器(21)和第四隔离器(22)，另一个方向的光经过第一光学带通滤波器(8)和第二隔离器(7)；所述第一偏振分束器(9)为偏振分束立方；所述光栅对(24)能够用棱镜对等色散补偿光学器件代替，光路中无需色散补偿时可移除；所述电光调制器(23)可在光学腔任何位置；所述第二光学带通滤波器(11)可在光学腔任何位置；所述的第二输出窗口(16)和第三隔离器(17)之间，第一隔离器(3)和第一输出窗口(4)之间能添加光学带通滤波器；反射镜(25)为全反射镜或者部分反射镜，部分反射镜的透射端为另一个脉冲输出端口，输出口后能够加入隔离器和光学带通滤波器。
2.根据权利要求1所述的一种紧凑型高重复频率全保偏光纤锁模激光器，其特征在于，所述第一复合保偏光纤准直器(2)由第一保偏单模光纤(1)、保偏增益光纤(13)、第二保偏单模光纤(14)、波分复用保偏光纤准直器(27)、保偏光纤准直器(28)、分束器(29)和第二偏振分束器(30)构成；第二偏振分束器(30)的两个分束光的偏振方向同时对准波分复用保偏光纤准直器(27)和保偏光纤准直器(28)的慢轴或快轴；所述保偏光纤准直器(28)输出的线偏振光在分束器(29)上分成两束，一束经过第二输出窗口(16)输出，另一束经过第二偏振分束器(30)后与波分复用保偏光纤准直器(27)输出的线偏振光合束通过第三输出窗口(18)，相反地，从第三输出窗口(18)输入的光经第二偏振分束器(30)分成两束，一束输入波分复用保偏光纤准直器(27)，另一束在分束器(29)上分束后分别入射到保偏光纤准直器(28)和第一输出窗口(4)；所述第二偏振分束器(30)是Wollaston棱镜、Rochon棱镜或偏振分束立方等偏振分束器；所述分束器(29)可在保偏光纤准直器(28)和第二偏振分束器(30)之间，也可在波分复用保偏光纤准直器(27)和第二偏振分束器(30)之间；所述保偏增益光纤(13)与第一保偏单模光纤(1)构成的光纤环路中能引入光纤耦合器；所述波分复用保偏光纤准直器(27)是通过把商用的保偏光纤波分复用器的透射端改成准直器结构，波分复用器公共端的单模保偏光纤换成保偏增益光纤制作而成；所述波分复用保偏光纤准直器(27)的替换结构为：商用的保偏光纤波分复用器的透射端或反射端尾纤与保偏光纤准直器尾纤相接，其公共端的单模保偏光纤换成保偏增益光纤；所述保偏光纤准直器(28)能够替换为波分复用保偏光纤准直器。
3.根据权利要求1所述的一种紧凑型高重复频率全保偏光纤锁模激光器，其特征在于，所述第一移相器单元(6)由第一法拉第旋转器(5)、第二1/4波片(19)和第一半波片(20)依次排列构成，能为第一复合保偏光纤准直器(2)输出的偏振方向相互垂直的两束线偏振光添加固定相位差；所述第二1/4波片(19)和第一半波片(20)位置能够互换；所述第一移相器单元(6)可被波片与法拉第旋转器组合的多种不同结构代替，第一移相器单元(6)还可替换为反射式移相器单元。
4.根据权利要求1所述的一种紧凑型高重复频率全保偏光纤锁模激光器，其特征在于，所述第一复合保偏光纤准直器(2)和第一移相器单元(6)替换为第二复合保偏光纤准直器(31)，并且第二复合保偏光纤准直器(31)和第一偏振分束器(9)之间添加第二半波片(36)；所述第二复合保偏光纤准直器(31)是在第一复合保偏光纤准直器(2)结构的基础上添加第二移相器单元(35)；第二移相器单元(35)和分束器(29)可以在保偏光纤准直器(28)和第二偏振分束器(30)之间，也可以在波分复用保偏光纤准直器(27)和第二偏振分束器(30)之间；第二移相器单元(35)由第二法拉第旋转器(32)、第三1/4波片(33)和第三法拉第旋转器(34)依次排列构成，能为正向和反向经过的线偏振光添加固定相位差，第二移相器单元(35)可被波片与法拉第旋转器组合的多种不同结构代替，第二移相器单元(35)还可替换为反射式移相器单元；所述第二半波片(36)可由直接旋转第二复合保偏光纤准直器(31)或第一偏振分束器(9)代替，也可替换为其他类型波片组合结构或者法拉第旋转器与波片的组合结构；第二偏振分束器(30)可以替换成不按偏振方向分束的分束器，同时波分复用保偏光纤准直器(27)和保偏光纤准直器(28)输出光的偏振方向相应地调整为同向,且第二复合保偏光纤准直器(31)经第三输出窗口(18)输出的光依次经过的器件调整为第二光学带通滤波器(11)、电光调制器(23)、光栅对(24)和反射镜(25)。
5.根据权利要求1或4所述的一种紧凑型高重复频率全保偏光纤锁模激光器，其特征在于，所述反射镜(25)可替换为可饱和吸收镜或者可饱和吸收材料与反射镜构成的结构；所述第二光学带通滤波器(11)能够替换为色散棱镜与光阑构成的结构来调谐波长范围；所述第一保偏单模光纤(1)、保偏增益光纤(13)、第一复合保偏光纤准直器(2)和第二复合保偏光纤准直器(31)都固定在控温器件上，通过控温来实现重复频率或载波包络频率偏差的精确调节和稳定。
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