CN113690725B - 一种双向级联泵浦掺钬保偏光纤飞秒激光器 - Google Patents

Abstract

一种双向级联泵浦掺钬保偏光纤飞秒激光器，它属于光纤激光器技术领域。解决现有非保偏掺钬光纤飞秒激光器的泵浦源昂贵以及环境稳定性差的问题。一种双向级联泵浦掺钬保偏光纤飞秒激光器，它包括半导体激光器、(1+1)×1泵浦合束器、第一增益光纤、包层功率剥离器、第二增益光纤、第三增益光纤、输出耦合器、色散补偿光纤、保偏双纤准直器、非互易相移器、偏振分束器和平面端镜。本发明用于双向级联泵浦掺钬保偏光纤飞秒激光器。

Description

一种双向级联泵浦掺钬保偏光纤飞秒激光器

技术领域

本发明属于光纤激光器技术领域。

背景技术

掺钬光纤锁模激光器能够直接输出2.05～2.15μm波段的超快脉冲，位于重要的大气透明窗口和多种分子的特征指纹光谱区，在极端非线性光学、精密测量、材料加工、大气遥感以及中远红外产生等领域具有得天独厚的优势。掺铥光纤锁模激光器一般较难得到2.05～2.15μm波段的超快脉冲，掺钬光纤激光器在该波段是更优选择。稳定可靠的2.05μm或2.09μm的掺钬光纤飞秒振荡器是Ho:YLF或Ho:YAG啁啾脉冲放大器和中远红外超快激光器的理想种子源之一，通过固体激光介质高效地放大脉冲能量至mJ级，同时可以避免磷锗锌等非线性晶体的双光子吸收效应。

多方面的因素导致了掺钬光纤锁模激光器发展缓慢，且目前尚无可满足实际应用需求的廉价、长期稳定的掺钬光纤飞秒振荡器。其中一种重要原因是1150nm和1950nm的商业化半导体激光器功率水平太低无法满足泵浦要求，因而掺钬光纤锁模激光器主要采用成本更高的高功率1940nm或者1950nm掺铥光纤连续激光器进行带内泵浦，这一定程度上增加了掺钬光纤锁模激光器系统的成本和复杂性。另一方面，为了采用成熟的半导体激光器进行泵浦，还通常用铥、镱等敏化离子共掺方法来拓展掺钬光纤的吸收带及建立敏化离子与钬离子间的能量转移过程，比如铥钬共掺光纤，可以使用廉价的785～795nm波段的光纤耦合半导体激光器直接泵浦，较高的铥钬离子掺杂浓度比有助于提高铥离子的交叉弛豫效应及铥钬离子间能量传递效率来激发钬离子发射长波长激光。这一技术尽管能够利用铥离子的泵浦源廉价成熟的优势，且吸收带和增益带更丰富，仍然具有明显的缺陷：高掺杂浓度的铥钬共掺光纤的设计较难，铥钬离子掺杂浓度比范围有限，过高配比和低配比都不利于提高钬离子的发射效率，较强的激发态上转换效应和复杂的能量传递过程造成实际泵浦利用率低，通常需要用较长的增益光纤来实现长波长输出。

此外，最常用的三种光纤激光器被动锁模技术包括：新型可饱和吸收材料锁模、非线性偏振演化锁模和非线性环形镜锁模。其中，基于石墨烯和黑磷等的新型可饱和吸收材料锁模自启动性出色、兼容光纤结构，但抗损伤阈值普遍较低，材料理化性质随时间推移退化，寿命难以保证。非线性偏振演化锁模技术对环境依赖性强，环境微扰引起的偏振态变化易导致脉冲失锁，在户外环境中故障率高，对集成封装和主动控制提出更高要求。选择保偏化设计及合适的被动锁模技术可以提升锁模激光器的关键参数和环境适应性。近年来提出的保偏非线性偏振演化锁模与保偏光纤的兼容性稍差，在提升环境稳定性同时，牺牲了调节自由度，引入了群速度失配问题。对光纤长度和角度的控制精度要求高，低调制深度限制高质量的飞秒脉冲的产生。非线性环形镜锁模技术通常有8字腔和9字腔两种结构设计，8字腔锁模技术响应时间快、损伤阈值高和环境稳定性好，且不依赖偏振演化，但锁模阈值高，自启动困难。在较高泵浦条件下引起峰值功率钳制效应只能得到耗散孤子共振和类噪声脉冲锁模掺钬光纤激光器。而改进的保偏9字腔非线性放大环形镜锁模通过引入非互易相移器，实现了腔长缩短和锁模阈值降低，已在掺铒和掺镱光纤激光器中广泛验证可产生自启动的高重频、窄脉宽和低噪声的飞秒脉冲，可满足极端环境下的精密测量要求，在高端超快激光器领域具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明目的是为了解决现有非保偏掺钬光纤飞秒激光器的泵浦源昂贵以及环境稳定性差的问题，提供了一种双向级联泵浦掺钬保偏光纤飞秒激光器。

一种双向级联泵浦掺钬保偏光纤飞秒激光器，它包括半导体激光器、(1+1)×1泵浦合束器、第一增益光纤、包层功率剥离器、第二增益光纤、第三增益光纤、输出耦合器、色散补偿光纤、保偏双纤准直器、非互易相移器、偏振分束器和平面端镜；

所述的半导体激光器、(1+1)×1泵浦合束器、第一增益光纤、包层功率剥离器、第二增益光纤、第三增益光纤、输出耦合器、色散补偿光纤和保偏双纤准直器构成全保偏非线性放大光纤环路；

所述的非互易相移器、偏振分束器和平面端镜构成空间反射臂；所述的非互易相移器由45°法拉第旋转器和相位延迟片依次排列构成；

半导体激光器输出一级泵浦光，经(1+1)×1泵浦合束器耦合进入第一增益光纤，产生沿光纤环路逆时针和顺时针双向传输的1.94μm～1.95μm波段作为双向传输的二级泵浦源，逆时针传输的二级泵浦源与剩余一级泵浦光入射至包层功率剥离器，剩余一级泵浦光经包层功率剥离器剥除；

双向传输的二级泵浦源分别泵浦第二增益光纤和第三增益光纤共同激发产生2.05μm～2.15μm波段的双向信号光；逆时针传输的2.05μm～2.15μm波段信号光经过输出耦合器分束，一部分逆时针传输信号光输出腔外，另一部分逆时针传输信号经过色散补偿光纤，与顺时针传输的2.05μm～2.15μm信号光在保偏双纤准直器合束准直进入空间反射臂；

合束后的信号光依次经过非互易相移器和偏振分束器，竖直偏振分量在偏振分束器反射输出，经偏振分束器透射的水平偏振分量经平面端镜反射回原路，然后经保偏双纤准直器分束重新返回全保偏非线性放大光纤环路，经第一增益光纤、第二增益光纤及第三增益光纤的非平衡放大和色散补偿光纤的色散管理，多次往复实现稳定锁模。

本发明的优点：

1、本发明涉及的双向级联泵浦掺钬保偏光纤飞秒激光器具有结构紧凑、成本低和简单易行的特点。选择相位偏置的非线性放大环镜锁模技术，成功实现了稳定的单脉冲能量大于0.5nJ的飞秒脉冲输出，验证了双向级联泵浦方案的可行性，使得掺钬光纤激光器可以直接使用廉价的785～795nm波段半导体激光器进行泵浦，与敏化离子共掺方法相比，上转换损耗更小，带内泵浦的量子效率比铥钬离子间能量传递效率更高，热效应更弱。该双向级联泵浦方式具有双向性、非平衡性、高效性的特点，为掺钬光纤激光器和放大器的增益管理设计提供了新的思路。

2、本发明中的光纤环路采用全保偏结构，且空间光路长度压缩至4cm，腔型设计紧凑简洁，长期稳定性可靠，有进一步集成化小型化的潜力。

3、本发明可以实现稳定单一锁模状态，在给定合适泵浦功率下，激光器的锁模状态仅决定于相位延迟片角度，锁模状态唯一。即使失锁，通过旋转相位延迟片可以快速恢复初始状态，在泵浦功率高于锁模阈值功率点时，旋转波片和自由度就可以实现锁模自起振。锁模状态只会在特定波片角度设置时候实现锁模，记住波片角度值，在失锁以后，后期维护在这个角度附近微调就可以恢复锁模状态，维护成本低。

4、本发明中的三段增益光纤对于2.05～2.15μm波段信号光均有净增益，锁模自启动阈值低(450mW)。

综上，基于双向级联泵浦方式和全保偏9字腔非线性放大环形镜锁模技术，解决了掺钬光纤激光器的泵浦源昂贵不易获得和长期稳定性问题。成功实现了790±5nm光纤耦合输出的半导体激光器直接泵浦，锁模状态表现出可靠的自启动性和长期稳定性，系统结构紧凑成本低，可集成度高。

附图说明

图1为本发明一种双向级联泵浦掺钬保偏光纤飞秒激光器的结构示意图；

图2为实施例一双向级联泵浦装置的结构示意图；

图3为实施例一双向级联泵浦装置的双向放大自发辐射光谱随泵浦功率变化图，(a)为正向放大自发辐射，(b)为反向放大自发辐射；

图4为实施例一双向级联泵浦装置的二级泵浦功率随一级泵浦功率变化图，1为正向放大自发辐射，2为反向放大自发辐射；

图5为实施例一双向级联泵浦掺钬保偏光纤飞秒激光器的偏振分束器端输出功率；

图6为实施例一双向级联泵浦掺钬保偏光纤飞秒激光器的锁模脉冲序列；

图7为实施例一双向级联泵浦掺钬保偏光纤飞秒激光器的单脉冲锁模脉冲重频；

图8为实施例一双向级联泵浦掺钬保偏光纤飞秒激光器的锁模脉冲光谱；

图9为实施例一双向级联泵浦掺钬保偏光纤飞秒激光器的自相关曲线，1为自相关曲线，2为Sech²拟合线。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1说明，本实施方式一种双向级联泵浦掺钬保偏光纤飞秒激光器，它包括半导体激光器1、(1+1)×1泵浦合束器2、第一增益光纤3、包层功率剥离器4、第二增益光纤5、第三增益光纤6、输出耦合器7、色散补偿光纤8、保偏双纤准直器9、非互易相移器、偏振分束器12和平面端镜13；

所述的半导体激光器1、(1+1)×1泵浦合束器2、第一增益光纤3、包层功率剥离器4、第二增益光纤5、第三增益光纤6、输出耦合器7、色散补偿光纤8和保偏双纤准直器9构成全保偏非线性放大光纤环路；

所述的非互易相移器、偏振分束器12和平面端镜13构成空间反射臂；所述的非互易相移器由45°法拉第旋转器10和相位延迟片11依次排列构成；

半导体激光器1输出一级泵浦光，经(1+1)×1泵浦合束器2耦合进入第一增益光纤3，产生沿光纤环路逆时针和顺时针双向传输的1.94μm～1.95μm波段作为双向传输的二级泵浦源，逆时针传输的二级泵浦源与剩余一级泵浦光入射至包层功率剥离器4，剩余一级泵浦光经包层功率剥离器4剥除；

双向传输的二级泵浦源分别泵浦第二增益光纤5和第三增益光纤6共同激发产生2.05μm～2.15μm波段的双向信号光；逆时针传输的2.05μm～2.15μm波段信号光经过输出耦合器7分束，一部分逆时针传输信号光输出腔外，另一部分逆时针传输信号经过色散补偿光纤8，与顺时针传输的2.05μm～2.15μm信号光在保偏双纤准直器9合束准直进入空间反射臂；

合束后的信号光依次经过非互易相移器和偏振分束器12，竖直偏振分量在偏振分束器12反射输出，经偏振分束器12透射的水平偏振分量经平面端镜13反射回原路，然后经保偏双纤准直器9分束重新返回全保偏非线性放大光纤环路，经第一增益光纤3、第二增益光纤5及第三增益光纤6的非平衡放大和色散补偿光纤8的色散管理，多次往复实现稳定锁模。

所述的平面端镜13还可为腔内色散补偿的啁啾体布拉格光栅或者啁啾镜。

本具体实施方式提供的双向级联泵浦方法针对掺钬光纤激光器而设计，半导体激光器1作为一级泵浦源。一级泵浦光经(1+1)×1泵浦合束器2耦合进入第一增益光纤3，使激发产生的沿光纤环路逆时针和顺时针方向双向传输的1.94μm～1.95μm波段的放大自发辐射作为二级双向泵浦源，包层功率剥离器4将残留的有害一级泵浦光进行剥除。逆时针和顺时针传输的二级泵浦源分别泵浦第二增益光纤5和第三增益光纤6共同激发产生2.05μm～2.150μm波段的双向信号光。双向传输的信号光经过光纤环路的三段增益光纤得到增益非平衡放大积累非线性相移量，有效避免了铥钬共掺光纤内复杂的能量传递过程，高效地利用腔内的二级泵浦光。缓解了掺钬光纤激光器对特殊波长稀土掺杂光纤泵浦源的依赖，使整个激光器结构更加集成化。

本具体实施方式所述的非互易相移器由45°法拉第旋转器10和相位延迟片11依次排列构成；为两偏振分量振荡光提供一定的相位偏移量，可促进自启动锁模。

本具体实施方式的有益效果是：

1、本具体实施方式涉及的双向级联泵浦掺钬保偏光纤飞秒激光器具有结构紧凑、成本低和简单易行的特点。选择相位偏置的非线性放大环镜锁模技术，成功实现了稳定的单脉冲能量大于0.5nJ的飞秒脉冲输出，验证了双向级联泵浦方案的可行性，使得掺钬光纤激光器可以直接使用廉价的785～795nm波段半导体激光器进行泵浦，与敏化离子共掺方法相比，上转换损耗更小，带内泵浦的量子效率比铥钬离子间能量传递效率更高，热效应更弱。该双向级联泵浦方式具有双向性、非平衡性、高效性的特点，为掺钬光纤激光器和放大器的增益管理设计提供了新的思路。

2、本具体实施方式中的光纤环路采用全保偏结构，且空间光路长度压缩至4cm，腔型设计紧凑简洁，长期稳定性可靠，有进一步集成化小型化的潜力。

3、本具体实施方式可以实现稳定单一锁模状态，在给定合适泵浦功率下，激光器的锁模状态仅决定于相位延迟片角度，锁模状态唯一。即使失锁，通过旋转相位延迟片可以快速恢复初始状态，在泵浦功率高于锁模阈值功率点时，旋转波片和自由度就可以实现锁模自起振。锁模状态只会在特定波片角度设置时候实现锁模，记住波片角度值，在失锁以后，后期维护在这个角度附近微调就可以恢复锁模状态，维护成本低。

4、本具体实施方式中的三段增益光纤对于2.05～2.15μm波段信号光均有净增益，锁模自启动阈值低(450mW)。

综上，基于双向级联泵浦方式和全保偏9字腔非线性放大环形镜锁模技术，解决了掺钬光纤激光器的泵浦源昂贵不易获得和长期稳定性问题。成功实现了790±5nm光纤耦合输出的半导体激光器直接泵浦，锁模状态表现出可靠的自启动性和长期稳定性，系统结构紧凑成本低，可集成度高。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的半导体激光器1为790±5nm的105/125多模光纤耦合输出半导体激光器。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是：所述的(1+1)×1泵浦合束器2包括泵浦端、信号输入端和信号输出端，泵浦端为105/125多模光纤，信号输入端和信号输出端为保偏双包层无源光纤，信号光插入损耗<0.8dB。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述的第一增益光纤3为保偏掺铥双包层光纤；所述的第二增益光纤5和第三增益光纤6均为保偏掺钬光纤。其它与具体实施方式一至三相同。

所述的第二增益光纤5和第三增益光纤6均为保偏掺钬光纤，可以为同一款光纤也可为不同款光纤。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述的包层功率剥离器4尾纤是匹配第一增益光纤3的保偏双包层无源光纤。其它与具体实施方式一至四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述的输出耦合器7功率分束比为10:90、20:80或30:70，其中10％、20％或30％输出端用于输出飞秒脉冲序列。其它与具体实施方式一至五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：所述的色散补偿光纤8为PM2000D光纤、保偏HNLF光纤和UHNA系列光纤中的一种或多种组合。其它与具体实施方式一至六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：所述的保偏双纤准直器9由双保偏尾纤、准直透镜和沃拉斯顿棱镜构成，工作距离为80mm，光斑直径为450μm，双保偏尾纤慢轴以90°对准，经准直透镜准直后分别与内置沃拉斯顿棱镜的s偏振和p偏振方向对准，具有偏振合束和准直输出功能。其它与具体实施方式一至七相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：所述的相位延迟片11为引起固定相位延迟量的波片，或者为引起连续可调相位延迟量的巴俾涅补偿器或液晶相位补偿器；所述的引起固定相位延迟量的波片为八分之一波片、六分之一波片或四分之一波片。其它与具体实施方式一至八相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：所述的平面端镜13为平面双色镜，所述的平面端镜13的镀膜对1.90μm～1.98μm波段透过率>95％，对2μm～2.2μm波段反射率为60％～100％。其它与具体实施方式一至九相同。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一，结合图1及图2具体说明：

一种双向级联泵浦掺钬保偏光纤飞秒激光器，它包括半导体激光器1、(1+1)×1泵浦合束器2、第一增益光纤3、包层功率剥离器4、第二增益光纤5、第三增益光纤6、输出耦合器7、色散补偿光纤8、保偏双纤准直器9、非互易相移器、偏振分束器12和平面端镜13；

所述的半导体激光器1、(1+1)×1泵浦合束器2、第一增益光纤3、包层功率剥离器4、第二增益光纤5、第三增益光纤6、输出耦合器7、色散补偿光纤8和保偏双纤准直器9构成全保偏非线性放大光纤环路；

所述的非互易相移器、偏振分束器12和平面端镜13构成空间反射臂；所述的非互易相移器由45°法拉第旋转器10和相位延迟片11依次排列构成；

半导体激光器1输出一级泵浦光，经(1+1)×1泵浦合束器2耦合进入第一增益光纤3，产生沿光纤环路逆时针和顺时针双向传输的1.94μm～1.95μm波段作为双向传输的二级泵浦源，逆时针传输的二级泵浦源与剩余一级泵浦光入射至包层功率剥离器4，剩余一级泵浦光经包层功率剥离器4剥除；

双向传输的二级泵浦源分别泵浦第二增益光纤5和第三增益光纤6共同激发产生2.05μm波段的双向信号光；逆时针传输的2.05μm波段信号光经过输出耦合器7分束，一部分逆时针传输信号光输出腔外，另一部分逆时针传输信号经过色散补偿光纤8，与顺时针传输的2.05μm信号光在保偏双纤准直器9合束准直进入空间反射臂；

合束后的信号光依次经过非互易相移器和偏振分束器12，竖直偏振分量在偏振分束器12反射输出，经偏振分束器12透射的水平偏振分量经平面端镜13反射回原路，然后经保偏双纤准直器9分束重新返回全保偏非线性放大光纤环路，经第一增益光纤3、第二增益光纤5及第三增益光纤6的非平衡放大和色散补偿光纤8的色散管理，多次往复实现稳定锁模。

所述的半导体激光器1为105/125光纤耦合输出的30W，790nm半导体激光器。

所述的(1+1)×1泵浦合束器2包括泵浦端、信号输入端和信号输出端。泵浦纤型号：105/125多模光纤，信号输入端和输出端光纤纤型号：IXF-2CF-PAS-PM-6-130-0.21法国的IXblue公司，信号光插入损耗<0.8dB。

所述的第一增益光纤3为保偏掺铥双包层光纤IXF-2CF-Tm-PM-6-130，长度为90cm，包层吸收系数为4.2dB/m@790nm；所述的第二增益光纤5和第三增益光纤6均为保偏掺钬单包层光纤IXF-HDF-PM-8-125，长度分别取66和50cm，纤芯吸收系数约为58dB/m@1950nm。

所述的包层功率剥离器4的尾纤型号：IXF-2CF-PAS-PM-6-130-0.21法国的IXblue公司。

所述的输出耦合器7的尾纤型号：PM1950，功率分束比为10:90，10％输出端用于输出飞秒脉冲序列。

所述的色散补偿光纤8为PM2000D光纤。

所述的保偏双纤准直器9由双保偏尾纤、准直透镜和沃拉斯顿棱镜构成，工作距离为80mm，光斑直径为450μm，双保偏尾纤慢轴以90°对准，经准直透镜准直后分别与内置沃拉斯顿棱镜的s偏振和p偏振方向对准，具有偏振合束和准直输出功能；尾纤型号：PM1950。

所述的相位延迟片11为四分之一波片。

所述的平面端镜13为平面双色镜，所述的平面端镜13的镀膜对1.90μm～1.98μm波段透过率>95％，对2μm～2.2μm波段反射率为99％。

所述的半导体激光器1、(1+1)×1泵浦合束器2、第一增益光纤3及包层功率剥离器4构成双向级联泵浦装置。

图3为实施例一双向级联泵浦装置的双向放大自发辐射光谱随泵浦功率变化图，(a)为正向放大自发辐射，(b)为反向放大自发辐射；由图可知，第一增益光纤3的正向和反向放大自发辐射谱均主要分布在1.94～1.95μm波段，与第二增益光纤5和第三增益光纤6的主吸收带吻合。且随一级泵浦功率增加，没有出现明显的波段漂移。

图4为实施例一双向级联泵浦装置的二级泵浦功率随一级泵浦功率变化图，1为正向放大自发辐射，2为反向放大自发辐射；由图可知，正反向放大自发辐射随泵浦功率增加而线性增加，且相应的输出功率比接近3:1，固有的功率差可以为相向传输的脉冲光提供非平衡放大，有效积累非线性相移量，利于脉冲自启动。高稳定性、双向非平衡性和理想光谱分布的特点使得放大自发辐射非常适合用作二级双向泵浦源。

包层功率剥离器4将残余泵浦光进行剥除以保护后续器件安全。二级双向泵浦光分别泵浦第二增益光纤5和第三增益光纤6共同激发产生2.05μm波段信号光。非互易相移器提供一定线性相移量，使得激光器初始反射率不再为零，相向传输的随机脉冲光得以在腔内振荡，双向信号光经过光纤环路的三段增益光纤得到增益非平衡放大积累非线性相移量，高效地利用腔内的二级泵浦光。经过非平衡放大的双向脉冲光经在保偏双纤准直器9合束准直进入空间线性反射臂，依次经过法拉第旋转器10、相位延迟片11和偏振分束器12，在偏振分束器12处合束进行相干叠加和偏振滤波进行幅度调制和脉冲窄化，脉冲中心透过率高，而脉冲前后沿透过率低，发挥正向可饱和吸收效应，竖直偏振分量在偏振分束器12反射输出，透过的强脉冲再经平面端镜13原路反射回光纤环路，经过多次往返最终实现稳定的锁模。输出耦合器7和偏振分束器12两处可以输出飞秒脉冲序列；

分别使用示波器、频谱仪、光谱仪和自相关仪记录激光器的脉冲序列、重复频率、输出光谱以及脉冲自相关曲线。

图5为实施例一双向级联泵浦掺钬保偏光纤飞秒激光器的偏振分束器端输出功率；由图可知，启动半导体激光器的驱动电源后，连续增加泵浦功率至0.45W，稳定单脉冲锁模自启动，此时脉冲平均功率约为4.3mW。泵浦功率在450～1200mW范围内，激光器保持稳定的单脉冲锁模状态，最大的单脉冲能量约为0.5nJ。继续增加泵浦功率，脉冲分裂为速度大小相等的多脉冲锁模状态。

图6为实施例一双向级联泵浦掺钬保偏光纤飞秒激光器的锁模脉冲序列；图7为实施例一双向级联泵浦掺钬保偏光纤飞秒激光器的单脉冲锁模脉冲重频；图8为实施例一双向级联泵浦掺钬保偏光纤飞秒激光器的锁模脉冲光谱；图9为实施例一双向级联泵浦掺钬保偏光纤飞秒激光器的自相关曲线，1为自相关曲线，2为Sech²拟合线；由图可知，RBW为10Hz，脉冲重复频率约为18.83MHz，与脉冲在腔内往返周期53.1ns相吻合，且信噪比优于65dB，验证了本实施例实现了稳定的基频锁模状态。锁模脉冲的中心波长为2052.5nm，半高全宽约为5.5nm，根据双曲正割函数拟合得到相应的脉冲宽度约为750fs。

Claims (1)

1.一种双向级联泵浦掺钬保偏光纤飞秒激光器，其特征在于它包括半导体激光器(1)、(1+1)×1泵浦合束器(2)、第一增益光纤(3)、包层功率剥离器(4)、第二增益光纤(5)、第三增益光纤(6)、输出耦合器(7)、色散补偿光纤(8)、保偏双纤准直器(9)、非互易相移器、偏振分束器(12)和平面端镜(13)；

所述的半导体激光器(1)、(1+1)×1泵浦合束器(2)、第一增益光纤(3)、包层功率剥离器(4)、第二增益光纤(5)、第三增益光纤(6)、输出耦合器(7)、色散补偿光纤(8)和保偏双纤准直器(9)构成全保偏非线性放大光纤环路；

所述的非互易相移器、偏振分束器(12)和平面端镜(13)构成空间反射臂；所述的非互易相移器由45°法拉第旋转器(10)和相位延迟片(11)依次排列构成；

半导体激光器(1)输出一级泵浦光，经(1+1)×1泵浦合束器(2)耦合进入第一增益光纤(3)，产生沿光纤环路逆时针和顺时针双向传输的1.94μm～1.95μm波段作为双向传输的二级泵浦源，逆时针传输的二级泵浦源与剩余一级泵浦光入射至包层功率剥离器(4)，剩余一级泵浦光经包层功率剥离器(4)剥除；

双向传输的二级泵浦源分别泵浦第二增益光纤(5)和第三增益光纤(6)共同激发产生2.05μm波段的双向信号光；逆时针传输的2.05μm波段信号光经过输出耦合器(7)分束，一部分逆时针传输信号光输出腔外，另一部分逆时针传输信号经过色散补偿光纤(8)，与顺时针传输的2.05μm信号光在保偏双纤准直器(9)合束准直进入空间反射臂；

合束后的信号光依次经过非互易相移器和偏振分束器(12)，竖直偏振分量在偏振分束器(12)反射输出，经偏振分束器(12)透射的水平偏振分量经平面端镜(13)反射回原路，然后经保偏双纤准直器(9)分束重新返回全保偏非线性放大光纤环路，经第一增益光纤(3)、第二增益光纤(5)及第三增益光纤(6)的非平衡放大和色散补偿光纤(8)的色散管理，多次往复实现稳定锁模；

所述的半导体激光器(1)为105/125光纤耦合输出的30W，790nm半导体激光器；

所述的(1+1)×1泵浦合束器(2)包括泵浦端、信号输入端和信号输出端，泵浦纤型号：105/125多模光纤，信号输入端和输出端光纤纤型号：IXF-2CF-PAS-PM-6-130-0.21，信号光插入损耗<0.8dB；

所述的第一增益光纤(3)为保偏掺铥双包层光纤IXF-2CF-Tm-PM-6-130，长度为90cm，包层吸收系数为4.2dB/m@790nm；所述的第二增益光纤(5)和第三增益光纤(6)均为保偏掺钬单包层光纤IXF-HDF-PM-8-125，长度分别取66和50cm，纤芯吸收系数约为58dB/m@1950nm；

所述的包层功率剥离器(4)的尾纤型号：IXF-2CF-PAS-PM-6-130-0.21；

所述的输出耦合器(7)的尾纤型号：PM1950，功率分束比为10:90，10％输出端用于输出飞秒脉冲序列；

所述的色散补偿光纤(8)为PM2000D光纤；

所述的保偏双纤准直器(9)由双保偏尾纤、准直透镜和沃拉斯顿棱镜构成，工作距离为80mm，光斑直径为450μm，双保偏尾纤慢轴以90°对准，经准直透镜准直后分别与内置沃拉斯顿棱镜的s偏振和p偏振方向对准，具有偏振合束和准直输出功能；尾纤型号：PM1950；

所述的相位延迟片(11)为四分之一波片；

所述的平面端镜(13)为平面双色镜，所述的平面端镜(13)的镀膜对1.90μm～1.98μm波段透过率>95％，对2μm～2.2μm波段反射率为99％；

所述的半导体激光器(1)、(1+1)×1泵浦合束器(2)、第一增益光纤(3)及包层功率剥离器(4)构成双向级联泵浦装置。

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