CN114122893A - 基于YDF-GIMF光纤结构的1μm锁模光纤激光器 - Google Patents

基于YDF-GIMF光纤结构的1μm锁模光纤激光器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于YDF‑GIMF光纤结构的1μm锁模光纤激光器，包括：976nm半导体激光器作为泵浦源发射增益介质吸收带内的泵浦光，经传能光纤输出，经波分复用器耦合进第一、第二光纤光栅构成的谐振腔内的第一段掺镱光纤，通过输出耦合器将激光从谐振腔内提取出经隔离器输出；全光纤可饱和吸收体器件置于第一段掺镱光纤和输出耦合器中间，全光纤可饱和吸收体器件由单模光纤、渐变折射率多模光纤和第二段掺镱光纤依次拼接组成；反常色散光纤置于第一段掺镱光纤和波分复用器中间，实现腔内色散补偿作用；泵浦功率达到激光器锁模阈值后，实现重复频率11MHz，中心波长1064nm的锁模脉冲输出。本发明克服了基于多模干涉效应的可饱和吸收体对于多模光纤长度精度要求严格的缺陷。

Description

基于YDF-GIMF光纤结构的1μm锁模光纤激光器
技术领域
本发明涉及光纤激光器领域，尤其涉及一种基于YDF-GIMF(掺镱光纤-梯度折射率多模光纤)结构的1μm锁模光纤激光器。
背景技术
皮秒脉冲激光在材料加工、激光雷达以及生物医疗等领域具有广泛的应用。被动锁模技术是获取皮秒脉冲的重要途径，主要包括：利用材料的非线性可饱和吸收特性和人工可饱和吸收器两种方法。由于具有使用简单便捷等优点使得真实的可饱和吸收体材料更常应用在锁模激光器中。然而目前，半导体可饱和吸收镜等一维二维材料以及新型的可饱和吸收体材料往往因为制备复杂，价格高昂，损伤阈值低等问题而受到限制。
近年来，基于多模干涉效应的可饱和吸收体，具有结构简单、成本低、长期可靠、对环境扰动的敏感性小、损伤阈值高等明显优势，克服了当前可饱和吸收体的现有缺陷。因此，开发具有非线性多模干涉可饱和吸收器的锁模光纤激光器具有重要意义。
基于多模干涉效应的可饱和吸收体锁模光纤激光器，从理论上来说，对于多模光纤长度的要求十分严格，需要精确到微米量级，因此在实验操作中受到限制。
传统的基于多模干涉锁模光纤激光器主要基于SMF-GIMF-SMF(单模光纤-梯度折射率多模光纤-单模光纤)结构的多模干涉效应获得锁模脉冲，增益介质在谐振腔内仅具有提供增益的作用。
发明内容
本发明提供了一种基于YDF-GIMF(掺镱光纤-梯度折射率多模光纤)结构的1μm锁模光纤激光器，本发明通过在腔内引入一段额外的增益光纤对可饱和吸收体结构进行改进，克服了基于多模干涉效应的可饱和吸收体对于多模光纤长度精度要求严格的缺陷，详见下文描述：
一种基于YDF-GIMF光纤结构的1μm锁模光纤激光器，所述激光器包括：
976nm半导体激光器作为泵浦源发射增益介质吸收带内的泵浦光，经传能光纤输出，经波分复用器耦合进第一光纤光栅和第二光纤光栅构成的谐振腔内的第一段掺镱光纤，通过输出耦合器将激光从谐振腔内提取出经隔离器输出；
全光纤可饱和吸收体器件置于第一段掺镱光纤和输出耦合器中间，全光纤可饱和吸收体器件由单模光纤、渐变折射率多模光纤和第二段掺镱光纤依次拼接组成；
反常色散光纤置于第一段掺镱光纤和波分复用器中间，实现腔内色散补偿作用；
泵浦功率达到激光器锁模阈值后，实现重复频率11MHz，中心波长1064nm的锁模脉冲输出。
其中，所述激光器采用线型腔结构，各器件之间均通过光纤熔接的方式进行连接。
优选地，所述第一光纤光栅和第二光纤光栅的工作中心波长1064nm，反射率＞99.9％，带宽0.3nm；所述泵浦源的中心波长976nm；所述第一段掺镱光纤对975nm泵浦光的吸收系数为250dB/m，长60cm。
在一种实施方式中，所述输出耦合器为1×2型，分光比30:70，从谐振腔内提取30％的光输出；隔离器的中心波长1064nm，隔离度＞35dB。
其中，所述渐变折射率多模光纤长度为厘米量级，为55～60cm。所述渐变折射率多模光纤的纤芯直径为50μm或62.5μm。
在一种实施方式中，，所述第一段、第二段掺镱光纤为总吸收系数20dB的单模掺镱光纤。
优选地，所述反常色散光纤为康宁公司的SMF-28e光纤，长度为1m。
本发明提供的技术方案的有益效果是：
(1)本发明采用YDF-GIMF光纤结构作为可饱和吸收体，有效地解决了传统的基于多模干涉效应的锁模光纤激光器对于多模光纤长度精确要求的问题，结构简单，装置紧凑，可以实现全光纤化；
(2)本发明的可饱和吸收体由单模光纤、渐变折射率多模光纤和掺镱光纤依次熔接组成，作为优选方案，可饱和吸收体中的多模光纤长度为60cm，使用简单，适合应用；
(3)本发明提出的1μm锁模光纤激光器，所有的器件仅需要光纤熔接就可以完成，损伤阈值高，稳定性好；
(4)本发明提出的1μm锁模光纤激光器，通过弯曲可饱和吸收体结构，可以在一定范围内改变可饱和吸收体的特性，实现锁模、谐波锁模、脉冲束之间的转换。
附图说明
图1为一种基于YDF-GIMF光纤结构的1μm锁模光纤激光器的结构示意图；
图2为激光器锁模运转输出的连续锁模脉冲序列图；
图3为激光器锁模运转输出的二次谐波锁模脉冲序列图；
图4为激光器锁模运转输出的锁模脉冲束序列图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1：第一光纤光栅； 2：泵浦源；
3：波分复用器； 4：反常色散光纤；
5：增益光纤； 6：全光纤可饱和吸收体器件；
7：输出耦合器； 8：第二光纤光栅；
9：隔离器。
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，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。
为了解决上述问题，本发明实施例提出一种基于YDF-GIMF光纤结构的1μm锁模光纤激光器，可解决基于多模干涉效应锁模激光器对于多模光纤长度限制的问题，本发明实施例采用的基于YDF-GIMF结构的可饱和吸收体由依次熔接的单模光纤、渐变折射率多模光纤和掺镱光纤组成，利用非线性多模干涉效应实现锁模脉冲输出，系统结构简单，可实现自启动，锁模稳定，并具有高损伤阈值。同时，相比传统的严格长度的GIMF基可饱和吸收体，引入的YDF可额外提供可饱和吸收特性，克服多模光纤长度精确控制的缺点。
为了解决基于多模干涉效应锁模光纤激光器对于多模光纤长度精确要求的问题，本发明实施例提供了一种基于YDF-GIMF光纤结构的1μm锁模光纤激光器，参见图1，详见下文描述：
基于YDF-GIMF光纤结构的1μm锁模光纤激光器，包括：第一光纤光栅1、泵浦源2、波分复用器3、反常色散光纤4、增益光纤5、全光纤可饱和吸收体器件6、输出耦合器7、第二光纤光栅8和隔离器9。其中，整个激光器采用线型腔结构，各器件之间均通过光纤熔接的方式进行连接。
其中，第一光纤光栅1和第二光纤光栅8的工作中心波长1064nm，反射率＞99.9％，带宽0.3nm(两个光纤光栅的参数相同)；泵浦源2的中心波长976nm；反常色散光纤4为康宁公司的SMF-28e光纤，长度为1m；增益光纤5为掺镱光纤(第一段)，对975nm泵浦光的吸收系数为250dB/m，长60cm；全光纤可饱和吸收体器件6由单模光纤、渐变折射率多模光纤和掺镱光纤(第二段)依次拼接组成，其中渐变折射率多模光纤长度为55～60cm，掺镱光纤长度为60cm，单模光纤为标准单模光纤，与所有器件的尾纤一致；输出耦合器7为1×2型，分光比30:70，从第一光纤光栅1和第二光纤光栅8构成的激光器谐振腔内提取30％的光输出；隔离器9的中心波长1064nm，隔离度＞35dB。
976nm半导体激光器作为泵浦源2发射增益介质吸收带内的泵浦光，经过传能光纤输出，经波分复用器3耦合进第一光纤光栅1和第二光纤光栅8构成的谐振腔内的增益光纤5，即掺镱光纤。第一光纤光栅1和第二光纤光栅8构成谐振腔的两端，激光在谐振腔内振荡获得，通过输出耦合器7将激光从谐振腔内提取出，经过隔离器9输出，其中，隔离器9的作用是防止输出的光返回，损伤腔内器件，全光纤可饱和吸收体器件6置于增益光纤5和输出耦合器7中间，全光纤可饱和吸收体器件6由单模光纤、渐变折射率多模光纤和第二段掺镱光纤依次拼接组成。通过对激光器进行优化设计，可以获得稳定的锁模脉冲输出。泵浦功率达到激光器锁模阈值后，实现重复频率11MHz，中心波长1064nm的锁模脉冲输出。
本发明实施例利用YDF-GIMF结构具有的可饱和吸收效应，实现锁模脉冲输出，其中，YDF-GIMF结构中GIMF长度可在一定范围内进行变化，作为优选方案，渐变折射率多模光纤长度为55～60cm，第一段、第二段掺镱光纤长度为60cm。
综上，本发明实施例的目的在于解决基于多模干涉效应锁模光纤激光器对于多模光纤长度要求严格的问题。
实施例2
下面结合图1-图4对实施例1中的方案进行进一步的介绍，详见下文描述：
在谐振腔内插入可饱和吸收体器件6，优化可饱和吸收体器件6中的多模光纤长度，使得低强度光从多模光纤耦合进单模光纤被损耗，高强度的光无损耗通过，并经过掺镱光纤得到放大，达到可饱和吸收效果，实现锁模脉冲输出。
其中，可饱和吸收体器件6由单模光纤、渐变折射率多模光纤和掺镱光纤依次熔接组成。
在一种实施方式中，泵浦源为976nm单模半导体激光器。渐变折射率多模光纤长度为55～60cm。
优选地，渐变折射率多模光纤的纤芯直径为50μm或62.5μm，单模光纤为标准单模光纤，与所有元件的标准单模光纤一致。
在一种实施方式中，可饱和吸收体器件6中的掺镱光纤长度为60cm，增益光纤为单模掺镱光纤，长度为60cm。
优选地，输出耦合器7的耦合比为30:70，从腔内提取30％的能量输出。
在一种实施方式中，第一、第八光纤光栅的工作波长为1064nm，反射率大于99.9％，带宽0.3nm。
优选地，反常色散光纤4的型号为Corning SMF-28e，长度为1m。
具体地，在泵浦功率为115mW时，激光器输出重复频率为11MHz的稳定锁模脉冲序列，如图2所示。同时，通过弯曲YDF-GIMF光纤可饱和吸收器件6和改变泵浦功率条件下，也可实现谐波锁模脉冲和脉冲束输出。图3和图4分别为二次谐波锁模输出的脉冲序列和多脉冲束输出的脉冲序列。获得输出锁模脉冲宽度大约为100ps，中心波长为1064nm，带宽为0.1nm。
本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于YDF-GIMF光纤结构的1μm锁模光纤激光器，其特征在于，所述激光器包括：
976nm半导体激光器作为泵浦源发射增益介质吸收带内的泵浦光，经传能光纤输出，经波分复用器耦合进第一光纤光栅和第二光纤光栅构成的谐振腔内的第一段掺镱光纤，通过输出耦合器将激光从谐振腔内提取出经隔离器输出；
全光纤可饱和吸收体器件置于第一段掺镱光纤和输出耦合器中间，全光纤可饱和吸收体器件由单模光纤、渐变折射率多模光纤和第二段掺镱光纤依次拼接组成；
反常色散光纤置于第一段掺镱光纤和波分复用器中间，实现腔内色散补偿作用；
泵浦功率达到激光器锁模阈值后，实现重复频率11MHz，中心波长1064nm的锁模脉冲输出。
2.根据权利要求1所述的一种基于YDF-GIMF光纤结构的1μm锁模光纤激光器，其特征在于，所述激光器采用线型腔结构，各器件之间均通过光纤熔接的方式进行连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于YDF-GIMF光纤结构的1μm锁模光纤激光器，其特征在于，
所述第一光纤光栅和第二光纤光栅的工作中心波长1064nm，反射率＞99.9％，带宽0.3nm；
所述泵浦源的中心波长976nm；所述第一段掺镱光纤对975nm泵浦光的吸收系数为250dB/m，长60cm。
4.根据权利要求1所述的一种基于YDF-GIMF光纤结构的1μm锁模光纤激光器，其特征在于，
所述输出耦合器为1×2型，分光比30:70，从谐振腔内提取30％的光输出；隔离器的中心波长1064nm，隔离度＞35dB。
5.根据权利要求1所述的一种基于YDF-GIMF光纤结构的1μm锁模光纤激光器，其特征在于，所述渐变折射率多模光纤长度为厘米量级，为55～60cm。
6.根据权利要求5所述的一种基于YDF-GIMF光纤结构的1μm锁模光纤激光器，其特征在于，所述渐变折射率多模光纤的纤芯直径为50μm或62.5μm。
7.根据权利要求1所述的一种基于YDF-GIMF光纤结构的1μm锁模光纤激光器，其特征在于，所述第一段、第二段掺镱光纤为总吸收系数20dB的单模掺镱光纤。
8.根据权利要求1所述的一种基于YDF-GIMF光纤结构的1μm锁模光纤激光器，其特征在于，所述反常色散光纤为康宁公司的SMF-28e光纤，长度为1m。
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