CN114665368A - 一种掺镱腔内级联拉曼光纤激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种掺镱腔内级联拉曼光纤激光器，主要器件包括：泵浦光源，波分复用器，增益介质，偏振控制器，偏振相关隔离器，拉曼增益介质，光纤耦合器。采用最大泵浦功率为1200mW的976nm单模半导体激光器作为泵浦光源，通过980/1030nm波分复用器耦合到环形腔中。腔中的增益介质为25cm高浓度掺镱光纤，在1060nm处的群速度色散(GVD)为24.22ps2/km。偏振控制器和偏振相关隔离器用于调整偏振状态，并保证光在环形激光腔内的定向传播。这两个器件形成了非线性偏振旋转(NPR)的结构，NPR作为虚拟可饱和吸收体(SA)实现被动锁模激光工作。从90:10光纤耦合器的10％端口提取锁模脉冲。此外，为了获得拉曼增益系数，在腔中添加了一块GVD为22.82ps2/km、波长为1060nm的约290m长度单模光纤(SMF)，作为拉曼增益介质。

Description

一种掺镱腔内级联拉曼光纤激光器
技术领域
本发明涉及激光技术领域，具体为一种掺镱腔内级联拉曼光纤激光器。
背景技术
被动锁模光纤激光器具有结构紧凑、成本低、长期稳定性好等优点，在生活和科学研究中得到了广泛的应用。由于纤芯尺寸小，可实现长光纤长度，在被动锁模光纤激光器中观察到了丰富的非线性光学效应，包括四波混频(FWM)、自相位调制(SPM)、交叉相位受激散射(SBS)和受激拉曼散射(SRS)等，其中SRS引起了极大的关注，主要是因为它们能够产生超出活性稀土掺杂光纤光谱的新波长，这大大扩展了光纤激光器的激光发射波段。在过去几十年中，基于拉曼散射成功地实现了一系列拉曼光纤激光器。实验和理论分析结果证明，SRS效应不仅可以拓宽激光器的发射光谱，而且可以显著提高脉冲的稳定性。
发明内容
本发明提供了一种掺镱腔内级联拉曼光纤激光器，主要器件包括：泵浦光源，波分复用器，增益介质，偏振控制器，偏振相关隔离器，拉曼增益介质，光纤耦合器。其中，所述泵浦光源是最大泵浦功率为1200mW，中心波长为976nm的单模半导体激光器；所述波分复用器工作波长为980/1030nm；所述增益介质为在1060nm处群速度色散24.22ps2/km、长度25cm的高浓度掺镱光纤；所述拉曼增益介质为群速度色散22.82ps2/km、波长1060nm、长度约290m的单模光纤；所述光纤耦合器为90：10，其中10％输出用作数据的测量，剩余的90％继续在激光谐振腔内运转。
所述单模激光二极管泵浦源提供泵浦光，通过波分复用器将光耦合进环形腔中，经过增益介质增益后依次经过偏振控制器、偏振相关隔离器、拉曼增益介质和光纤耦合器，光纤耦合器为90：10，其中10％输出用作数据的测量，剩余的90％继续在激光谐振腔内运转，偏振相关隔离器保证了腔内光的单向传输，通过调节泵浦光源的输出功率及偏振控制器最终得到稳定的输出。
优选的，所述的一种掺镱腔内级联拉曼光纤激光器，其特征在于：所述泵浦光源(1)为单模半导体激光器，其中心波长为976nm。
优选的，所述的一种掺镱腔内级联拉曼光纤激光器，其特征在于：所述波分复用器(2)的工作波长是980/1030nm。
优选的，所述的一种掺镱腔内级联拉曼光纤激光器，其特征在于：所述增益介质(3)为1060nm处群速度色散(GVD)24.22ps2/km、长度25cm的高浓度掺镱光纤。
优选的，所述的一种掺镱腔内级联拉曼光纤激光器，其特征在于：所述偏振控制器(4)采用三片线圈旋转式偏振控制器。
优选的，所述的一种掺镱腔内级联拉曼光纤激光器，其特征在于：所述拉曼增益介质(6)为GVD22.82ps2/km、波长1060nm、长度约290m的单模光纤(SMF)。
优选的，所述的一种掺镱腔内级联拉曼光纤激光器，其特征在于：所述光纤耦合器(7)为90：10，其中10％输出用作数据的测量。
附图说明
图1为本发明的一种掺镱腔内级联拉曼光纤激光器的结构图
图2为本发明在226mw泵浦功率下一阶SRS激光器的输出特性。
图3为本发明在452mw泵浦功率下，二阶级联SRS激光器的输出特性。
图1中1、泵浦光源；2、波分复用器；3、增益介质；4、偏振控制器；5、偏振相关隔离器；6、拉曼增益介质；7、光纤耦合器
图2中(a)发射光谱(b)脉冲序列。(c)单脉冲形状。(d)100kHz带宽的射频频谱，插图：20MHz带宽的射频频谱。
图3中(a)发射光谱(b)脉冲序列。(c)单脉冲形状。(d)100kHz带宽的射频频谱，插图：20MHz带宽的射频频谱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种掺镱腔内级联拉曼光纤激光器，其特征在于所述激光器包括泵浦光源(1)，波分复用器(2)，增益介质(3)，偏振控制器(4)，偏振相关隔离器(5)，拉曼增益介质(6)，光纤耦合器(7)。
所述单模激光二极管泵浦源提供泵浦光，通过波分复用器将光耦合进环形腔中，经过增益介质增益后依次经过偏振控制器、偏振相关隔离器、拉曼增益介质和光纤耦合器，光纤耦合器为90：10，其中10％输出用作数据的测量，剩余的90％继续在激光谐振腔内运转，偏振相关隔离器保证了腔内光的单向传输，通过调节泵浦光源的输出功率及偏振控制器最终得到稳定的输出。
本实施例中，所述泵浦光源的最大泵浦功率为1200mW，中心波长为976nm的单模半导体激光器；所述波分复用器工作波长为980/1030nm；所述增益介质为1060nm处群速度色散24.22ps2/km、长度25cm的高掺镱光纤；所述拉曼增益介质为群速度色散22.82ps2/km、波长1060nm、长度约290m的单模光纤(SMF)；所述光纤耦合器为90：10，其中10％输出用作数据的测量，剩余的90％继续在激光谐振腔内运转。
图2显示了被动锁模拉曼光纤激光器在226mW泵浦功率下的输出特性。具体而言，分辨率为0.07nm的发射光谱如图2(a)所示。很明显，激光包含两个中心波长1038.75和1087.88nm，分别对应于基本和第一斯托克斯波长。图2(b)显示了锁模SRS激光器的典型脉冲序列，其均匀间隔为1.46μs，对应于光束在腔内运行一周的时间。锁模脉冲的单脉冲形状记录在图2(c)中，其中测量的脉冲持续时间约为4.29ns。如图2(d)所示，可用于分析脉冲序列的稳定性。我们可以看到，在100kHz的带宽和100Hz的分辨率下，中心频率位于684.90kHz，信噪比(SNR)高于46dB。图2(d)的插图描绘了带宽为20MHz、分辨率为kHz的宽带射频频谱，也展示了优异的稳定性。
当泵浦功率从226mw增加到452mw时，二阶斯托克斯波的强度逐渐增大，达到最大值。图3显示了当泵浦功率为452mW时，二阶级联SRS激光器的输出性能。首先，如图3(a)所示，记录了由中心波长为1037.88、1084.75和1135.50nm的基本一阶和二阶斯托克斯组成的二阶级联拉曼连续谱。然后，测量了二阶级联SRS激光器的典型脉冲序列，如图3(b)所示，其中脉冲轨迹显示了与光束在腔内运行一周的时间相对应的1.46μs。图3(c)描绘了脉冲宽度为8.62ns的二阶级联拉曼激光器的单脉冲形状。最后，在上述相同条件下，测量了不同带宽的二阶级联SRS激光器的射频光谱，如图3(d)所示。激光的重复频率为684.90kHz，信噪比高于48dB。如图3(d)插图所示的宽带射频光谱进一步证明，二阶级联SRS激光器在稳定和稳健的锁模状态下工作。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种掺镱腔内级联拉曼光纤激光器，其特征在于：所述激光器包括泵浦光源(1)，波分复用器(2)，增益介质(3)，偏振控制器(4)，偏振相关隔离器(5)，拉曼增益介质(6)，光纤耦合器(7)，所述器件依次首尾相连，构成环形激光谐振腔。
所述单模半导体激光器(1)提供泵浦光，通过波分复用器(2)将光耦合进环形腔中，经过增益介质(3)增益后依次经过偏振控制器(4)、偏振相关隔离器(5)、拉曼增益介质(6)和光纤耦合器(7)，光纤耦合器(7)为90：10，其中10％输出光用作数据的测量，剩余的90％继续在激光谐振腔内运转，偏振相关隔离器(5)保证了腔内光的单向传输，通过调节泵浦光源(1)的输出功率及偏振控制器(4)最终得到稳定的输出。
2.根据权利要求1所述的一种掺镱腔内级联拉曼光纤激光器，其特征在于：所述泵浦光源(1)为单模半导体激光器，其中心波长为976nm。
3.根据权利要求1所述的一种掺镱腔内级联拉曼光纤激光器，其特征在于：所述波分复用器(2)的工作波长是980/1030nm。
4.根据权利要求1所述的一种掺镱腔内级联拉曼光纤激光器，其特征在于：所述增益介质(3)为1060nm处群速度色散(GVD)24.22ps2/km、长度25cm的高浓度掺镱光纤。
5.根据权利要求1所述的一种掺镱腔内级联拉曼光纤激光器，其特征在于：所述偏振控制器(4)采用三片线圈旋转式偏振控制器。
6.根据权利要求1所述的一种掺镱腔内级联拉曼光纤激光器，其特征在于：所述拉曼增益介质(6)为GVD22.82ps2/km、波长1060nm、长度约290m的单模光纤(SMF)。
7.根据权利要求1所述的一种掺镱腔内级联拉曼光纤激光器，其特征在于：所述光纤耦合器(7)为90：10，其中10％输出用作数据的测量。
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