CN114268007A - 一种用于产生双光梳的双向锁模光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于产生双光梳的双向锁模光纤激光器，涉及光纤激光器领域；双向锁模光纤激光器包括：第一泵浦源、第二泵浦源以及由第一波分复用器、掺铒光纤、第二波分复用器、重频调节模块、第三偏振控制器和第一光耦合器依次连接而成的光纤环形谐振腔；第一泵浦源和第二泵浦源分别与第一波分复用器和第二波分复用器连接；重频调节模块包括第一光环形器和第二光环形器；第一光环形器的第一端口与第二光环形器的第三端口之间依次连接有光延时线、第一偏振控制器和第一偏振相关隔离器；第二光环形器的第一端口与第一光环形器的第三端口之间依次连接有第二偏振相关隔离器和第二偏振控制器，能够有效地调节逆时针方向的激光脉冲的重复频率。
Description
技术领域
本发明涉及光纤激光器领域，尤其涉及一种用于产生双光梳的双向锁模光纤激光器。
背景技术
双光频梳是由两个重复频率稍有偏差的光频梳构成，一个光频梳作为信号光，另一个光频梳作为本地光，两者相互作用后在时域上提取干涉波形。基于两个独立的锁模激光器搭建双光梳结构时，需要反馈系统来保证两个光谱之间的相干性，而方向复用锁模激光器能够直接产生重复频率稍有差异的相干光的光频梳。
现有方向复用锁模激光器的腔内不包含光隔离器，在顺时针和逆时针方向以不同的顺序经过各个器件，受到不同的群速度时延差影响，产生重频差较小的双向锁模脉冲，存在重复频率难以调节，灵活性不强等问题。
发明内容
本发明旨在解决现有单腔双光梳系统重复频率难以调控的技术问题。
本发明提供一种用于产生双光梳的双向锁模光纤激光器，包括：第一泵浦源、第二泵浦源以及由第一波分复用器、掺铒光纤、第二波分复用器、重频调节模块、第三偏振控制器和第一光耦合器依次通过单模光纤连接而成的光纤环形谐振腔；
所述第一泵浦源和所述第二泵浦源分别与所述第一波分复用器和所述第二波分复用器通过单模光纤连接；
所述重频调节模块包括第一光环形器和第二光环形器；所述第一光环形器的第一端口与所述第二光环形器的第三端口之间依次通过单模光纤连接有光延时线、第一偏振控制器和第一偏振相关隔离器；所述第二光环形器的第一端口与所述第一光环形器的第三端口之间依次通过单模光纤连接有第二偏振相关隔离器和第二偏振控制器；所述第一光环形器的第二端口与所述第二波分复用器连接；所述第二光环形器的第二端口与所述第三偏振控制器连接。
进一步地，所述用于产生双光梳的双向锁模光纤激光器还包括第一光隔离器；所述第一泵浦源通过所述第一光隔离器与所述第一波分复用器连接。
进一步地，所述用于产生双光梳的双向锁模光纤激光器还包括第二光隔离器；所述第二泵浦源通过所述第二光隔离器与所述第二波分复用器连接。
进一步地，所述用于产生双光梳的双向锁模光纤激光器还包括第三光隔离器和第一可调谐衰减器；所述第一光耦合器通过所述第三光隔离器与所述第一可调谐衰减器连接。
进一步地，所述用于产生双光梳的双向锁模光纤激光器还包括第四光隔离器和第二可调谐衰减器；所述第一光耦合器通过所述第四光隔离器与所述第二可调谐衰减器连接。
进一步地，所述第一光耦合器的分光比为80:20。
进一步地，所述掺铒光纤的型号为Nufern ESF-7/125，长度为1.6m。
进一步地，所述用于产生双光梳的双向锁模光纤激光器还包括第二光耦合器、平衡探测器和电滤波器；所述第二光耦合器分别与所述第一可调谐衰减器和所述第二可调谐衰减器连接，用于将所述第一可调谐衰减器和所述第二可调谐衰减器输出的激光脉冲合并，并分成两路激光脉冲后输出至所述平衡探测器；所述电滤波器通过所述平衡探测器与所述第二光耦合器连接。
进一步地，所述第二光耦合器的分光比为50:50。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明实施例中用于产生双光梳的双向锁模光纤激光器通过在光纤环形谐振腔上设置有第一光环形器和第二光环形器，并在所述第一光环形器的第一端口与所述第二光环形器的第三端口之间依次连接有光延时线、第一偏振控制器和第一偏振相关隔离器，在所述第二光环形器的第一端口与所述第一光环形器的第三端口之间依次连接有第二偏振相关隔离器和第二偏振控制器，实现双向同时输出锁模激光脉冲，产生双光梳；同时，通过调节逆时针方向的激光脉冲的重复频率，可以调整双光梳的重复频率差。
附图说明
图1为本发明某一实施例中用于产生双光梳的双向锁模光纤激光器的结构示意图；
图2是本发明某一实施例中光纤环形谐振腔内顺时针方向经过第一可调谐衰减器后得到的激光脉冲序列；
图3是本发明某一实施例中光纤环形谐振腔内逆时针方向经过第二可调谐衰减器后得到的激光脉冲序列；
图4是本发明某一实施例中光纤环形谐振腔内顺时针方向激光脉冲经过第三光隔离器后得到的光谱图；
图5是本发明某一实施例中光纤环形谐振腔内逆时针方向激光脉冲经过第四光隔离器后得到的光谱图；
图6是本发明某一实施例中光纤环形谐振腔内顺时针、逆时针方向激光脉冲及其耦合之后的光谱图；
图7是本发明某一实施例中光纤环形谐振腔内顺时针激光脉冲经过第一可调谐衰减器和逆时针激光脉冲经过第二可调谐衰减器的后合并得到的激光脉冲序列；
图8是本发明某一实施例中光纤环形谐振腔内顺时针和逆时针方向激光脉冲相互作用后在时域上提取的干涉波形；
其中，1、第一泵浦源；2、第一光隔离器；3、第一波分复用器；4、掺铒光纤；5、第二波分复用器；6、第二光隔离器；7、第二泵浦源；8、第一光环形器；9、第一偏振控制器；10、第二偏振控制器；11、第一偏振相关隔离器；12、第二偏振相关隔离器；13、第二光环形器；14、第三偏振控制器；15、第一光耦合器；16、第三光隔离器；17、第四光隔离器；18、第一可调谐衰减器；19、第二可调谐衰减器；20、第二光耦合器；21、平衡探测器；22、电滤波器；23、光延时线。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种用于产生双光梳的双向锁模光纤激光器，包括：第一泵浦源1、第二泵浦源7以及由第一波分复用器3、掺铒光纤4、第二波分复用器5、重频调节模块、第三偏振控制器14和第一光耦合器15依次通过单模光纤连接而成的光纤环形谐振腔；第三偏振控制器14用于调节所述光纤环形谐振腔主环路中激光脉冲的偏振态；
第一泵浦源1和第二泵浦源7分别与第一波分复用器3和第二波分复用器5通过单模光纤连接；
所述重频调节模块包括第一光环形器8和第二光环形器13；第一光环形器8的第一端口8a与第二光环形器13的第三端口13c之间依次通过单模光纤连接有光延时线23、第一偏振控制器9和第一偏振相关隔离器11；第二光环形器13的第一端口13a与第一光环形器8的第三端口8c之间依次通过单模光纤连接有第二偏振相关隔离器12和第二偏振控制器10；第一光环形器8的第二端口8b与第二波分复用器5连接；第二光环形器13的第二端口13b与第三偏振控制器14连接；顺时针方向的激光脉冲从第一光环形器8的第二端口8b输入，从第一光环形器8的第三端口8c输出，并依次经过第二偏振控制器10和第二偏振相关隔离器12后，从第二光环形器13的第一端口13a输入，从第二光环形器13的第二端口13b输出；逆时针方向的激光脉冲从第二光环形器13的第二端口13b输入，从第二光环形器13的第三端口13c输出，并依次经过第一偏振相关隔离器11和第一偏振控制器9后，从第一光环形器8的第一端口8a输入，从第一光环形器8的第二端口8b输出。
示例性地，在本实施例中，第一泵浦源1和第二泵浦源7均为单模光纤耦合的半导体激光器；第一泵浦源1和第二泵浦源7的中心波长为976nm，对应于掺铒光纤4的泵浦吸收峰；第一泵浦源1通过第一波分复用器3的第一端口3a进入所述光纤环形谐振腔；第二泵浦源7通过第二波分复用器5的第一端口5a进入所述光纤环形谐振腔；掺铒光纤4作为增益光纤为所述光纤环形谐振腔提供增益；第一波分复用器3的第二端口3b与掺铒光纤4的一端连接；第二波分复用器5的第二端口5b与掺铒光纤4的另一端连接；第一波分复用器3的第三端口3c与第一光耦合器15的第三端口15c连接；第二波分复用器5的第三端口5c与第一光环形器8的第二端口8b连接；第一光耦合器15的第一端口15a通过第三偏振控制器14与第二光环形器13的第二端口13b连接。
参考图1，所述用于产生双光梳的双向锁模光纤激光器还包括第一光隔离器2、第二光隔离器6、第三光隔离器16、第一可调谐衰减器18、第四光隔离器17和第二可调谐衰减器19；第一泵浦源1通过第一光隔离器2与第一波分复用器3连接；第二泵浦源7通过第二光隔离器6与第二波分复用器5连接；第一光耦合器15通过第三光隔离器16与第一可调谐衰减器18连接；第一光耦合器15通过第四光隔离器17与第二可调谐衰减器19连接；第一光耦合器15的第四端口15d与第三光隔离器16连接；第一光耦合器15的第二端口15b与第四光隔离器17连接。
具体地，在本实施例中，第一光耦合器15的分光比为80:20；第一光耦合器15第二端口15b输出的激光脉冲的功率占第一光耦合器15第三端口15c输入的脉冲激光(即所述光纤环形谐振腔逆时针方向的激光脉冲)的总功率的20％；第一光耦合器15第四端口15d输出的激光脉冲(即所述光纤环形谐振腔顺时针方向的激光脉冲)的功率占第一光耦合器15第一端口15a输入的脉冲激光的总功率的20％。
具体地，在本实施例中，掺铒光纤4的型号为Nufern ESF-7/125，长度为1.6m。
参考图1，为了获取光纤环形谐振腔输出的逆时针和顺时针方向的激光脉冲的干涉图形，所述用于产生双光梳的双向锁模光纤激光器还包括第二光耦合器20、平衡探测器21和电滤波器22；第二光耦合器20的第一端口20a和第二端口20b分别与第一可调谐衰减器18和第二可调谐衰减器19连接，用于将第一可调谐衰减器18和第二可调谐衰减器19输出的激光脉冲合并，并分成两路激光脉冲后输出至平衡探测器21；第二光耦合器20的第三端口20c和第四端口20d分别与平衡探测器21连接；电滤波器22与平衡探测器21连接。
具体地，在本实施例中，第二光耦合器20的分光比为50:50。
本实施例中用于产生双光梳的双向锁模光纤激光器的工作原理如下：
在第一泵浦源1和第二泵浦源7发出的泵浦光的作用下，掺铒光纤4在所述光纤环形谐振腔内激发出顺时针方向和逆时针方向的激光脉冲；
其中，逆时针激光脉冲在经过第一偏振相关隔离器11后变成线偏光；线偏光在经过第一偏振控制器9后转化成椭圆偏振光；椭圆偏振光的两个相互垂直的分量强度不同，由非线性效应积累不同的非线性相移，在第三偏振控制器14处合成椭圆偏振光的时候，方位角发生了偏转；由于脉冲的峰值和前后沿的强度不同，在光纤环形谐振腔内椭圆偏振光的旋转角度不同；通过调整第三偏振控制器14的角度，使逆时针方向激光脉冲峰值附近的偏振光能够低损耗通过第一偏振相关隔离器11，而激光脉冲前后沿的偏振态会被过滤掉，从而实现逆时针方向激光脉冲的锁模；通过光延时线23可以改变逆时针方向激光脉冲的重复频率；逆时针方向的激光脉冲从第一光耦合器15的第三端口输入，并从第一光耦合器15的第二端口输出20％至光纤环形谐振腔的外部；
顺时针方向的激光脉冲在经过第二偏振相关隔离器12后变成线偏光；线偏光在经过第三偏振控制器14后转化成椭圆偏振光；椭圆偏振光的两个相互垂直的分量强度不同，由非线性效应积累不同的非线性相移，在第二偏振控制器10处合成椭圆偏振光的时候，方位角发生了偏转；由于激光脉冲的峰值和前后沿的强度不同，在光纤环形谐振腔内椭圆偏振光的旋转角度不同；通过调整第二偏振控制器10的角度，使激光脉冲峰值附近的偏振光能够低损耗通过第二偏振相关隔离器12，而激光脉冲前后沿的偏振态会被过滤掉，从而实现顺时针方向激光脉冲的锁模；顺时针方向的激光脉冲从第一光耦合器15的第一端口输入，并从第一光耦合器15的第四端口输出20％至光纤环形谐振腔的外部；至此，输出双光梳。
以上未涉及之处，适用于现有技术。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
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 (9)
1.一种用于产生双光梳的双向锁模光纤激光器，其特征在于，包括：第一泵浦源、第二泵浦源以及由第一波分复用器、掺铒光纤、第二波分复用器、重频调节模块、第三偏振控制器和第一光耦合器依次通过单模光纤连接而成的光纤环形谐振腔；
所述第一泵浦源和所述第二泵浦源分别与所述第一波分复用器和所述第二波分复用器通过单模光纤连接；
所述重频调节模块包括第一光环形器和第二光环形器；所述第一光环形器的第一端口与所述第二光环形器的第三端口之间依次通过单模光纤连接有光延时线、第一偏振控制器和第一偏振相关隔离器；所述第二光环形器的第一端口与所述第一光环形器的第三端口之间依次通过单模光纤连接有第二偏振相关隔离器和第二偏振控制器；所述第一光环形器的第二端口与所述第二波分复用器连接；所述第二光环形器的第二端口与所述第三偏振控制器连接。
2.根据权利要求1所述的用于产生双光梳的双向锁模光纤激光器，其特征在于，还包括第一光隔离器；所述第一泵浦源通过所述第一光隔离器与所述第一波分复用器连接。
3.根据权利要求1所述的用于产生双光梳的双向锁模光纤激光器，其特征在于，还包括第二光隔离器；所述第二泵浦源通过所述第二光隔离器与所述第二波分复用器连接。
4.根据权利要求1所述的用于产生双光梳的双向锁模光纤激光器，其特征在于，还包括第三光隔离器和第一可调谐衰减器；所述第一光耦合器通过所述第三光隔离器与所述第一可调谐衰减器连接。
5.根据权利要求4所述的用于产生双光梳的双向锁模光纤激光器，其特征在于，还包括第四光隔离器和第二可调谐衰减器；所述第一光耦合器通过所述第四光隔离器与所述第二可调谐衰减器连接。
6.根据权利要求1所述的用于产生双光梳的双向锁模光纤激光器，其特征在于，所述第一光耦合器的分光比为80:20。
7.根据权利要求1所述的用于产生双光梳的双向锁模光纤激光器，其特征在于，所述掺铒光纤的型号为Nufern ESF-7/125，长度为1.6m。
8.根据权利要求5所述的用于产生双光梳的双向锁模光纤激光器，其特征在于，还包括第二光耦合器、平衡探测器和电滤波器；所述第二光耦合器分别与所述第一可调谐衰减器和所述第二可调谐衰减器连接，用于将所述第一可调谐衰减器和所述第二可调谐衰减器输出的激光脉冲合并，并分成两路激光脉冲后输出至所述平衡探测器；所述电滤波器通过所述平衡探测器与所述第二光耦合器连接。
9.根据权利要求8所述的用于产生双光梳的双向锁模光纤激光器，其特征在于，所述第二光耦合器的分光比为50:50。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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