CN114883900A - 基于光刻多模光纤的线偏高重频飞秒激光器及其检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于光刻多模光纤的线偏高重频飞秒激光器及其检测系统，包括：泵浦光源、保偏波分复用器和谐振腔，保偏波分复用器分别通过第一保偏光纤和第二保偏光纤连接泵浦光源和谐振腔，谐振腔包括第一反射镜、第二反射镜及激励部分，激励部分包括激励单元和功能单元，激励单元一端连接第一反射镜，另一端连接功能单元，功能单元远离激励单元的一端连接第二反射镜；泵浦光源用于发射泵浦光，泵浦光分别经第一保偏光纤、保偏波分复用器和第二保偏光纤后进入谐振腔，泵浦光对激励单元进行激励，以生成信号种子光，信号种子光由功能单元成像至第二反射镜，并通过第二反射镜实现脉冲整形和反射，功能单元同时可以实现信号种子光的偏振态选择。
Description
技术领域
本发明涉及激光设备技术领域，具体涉及一种基于光刻多模光纤的线偏高重复频率飞秒激光器及其检测系统。
背景技术
提高超快脉冲激光器的重复频率（简称“重频”），对诸多应用系统的性能和稳定性有着重要影响，比如：在天文光频梳系统中，采用高重复频率激光器作为光源可以减少光滤波次数和光源体积，大幅降低系统复杂程度，提高系统稳定性。在微波光子学中，作为信号源的激光器的重频越高，意味着其谐波频率间隔越大，在提取微波信号时，可以大幅降低对电子学模块的要求并且可以实现更大带宽的微波信号的调制。类似的应用还有高速光采样、光任意波形产生等。在目前产生超快脉冲的技术手段中，固体激光器可以产生达到10GHz重复频率的飞秒脉冲，但是其空间结构对激光器的使用环境有严格的要求。主动锁模光纤激光器的重复频率也可以达到几十GHz，但需要稳定的射频信号源以及苛刻的工作环境，体积大、应用成本高、环境适应性差等缺点导致其应用有限。近年来随着光子集成技术的发展，通过微腔的途径可以产生几个GHz到上百GHz重复频率的飞秒脉冲，但目前该技术的工艺尚未成熟，信号功率、频率和相位稳定性等参数指标距离应用要求还有很大差距。因此，基于增益光纤和可饱和吸收体的被动锁模光纤激光器成为应用的理想光源。目前基于增益光纤和可饱和吸收体的高重复频率被动锁模光纤激光器多采用短腔结构，输出脉冲为非偏振信号，在外场应用时脉冲偏振状态易受温度、振动等环境因素影响，降低了激光器输出脉冲的稳定性。如果采用传统方式进行偏振态控制，比如通过准直透镜透镜加起偏片的结构实现偏振态选择，会增加腔长，降低脉冲重复频率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于光刻多模光纤的线偏高重频飞秒激光器及其检测系统，采用简单稳定的激光器结构解决现有高重频被动锁模激光器输出脉冲为非偏振态的缺点。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
本发明提供一种基于光刻多模光纤的线偏高重频飞秒激光器，所述基于光刻多模光纤的线偏高重频飞秒激光器包括：泵浦光源、保偏波分复用器、谐振腔，所述保偏波分复用器分别通过第一保偏光纤和第二保偏光纤连接所述泵浦光源和所述谐振腔，所述谐振腔包括第一反射镜、第二反射镜以及位于所述第一反射镜和所述第二反射镜之间光路上的激励部分，所述激励部分包括激励单元和功能单元，所述激励单元一端连接所述第一反射镜，另一端连接所述功能单元，所述功能单元远离所述激励单元的一端连接所述第二反射镜；所述泵浦光源用于发射泵浦光，所述泵浦光分别经所述第一保偏光纤、所述保偏波分复用器和所述第二保偏光纤后进入所述谐振腔，所述激励单元被所述泵浦光进行激励，以生成信号种子光，所述信号种子光由所述功能单元成像至所述第二反射镜，并通过所述第二反射镜实现脉冲整形；所述功能单元具有起偏功能，以实现腔内光信号的偏振态选择。
可选择地，所述泵浦光源发射的泵浦光为波长976nm的连续光；所述信号种子光的波长范围为1530nm~1650nm。
可选择地，所述第一反射镜为镀膜的输出耦合镜，所述输出耦合镜具有一定的反射率和透射率，以用于透射所述泵浦光并部分反射所述信号种子光；所述第二反射镜为半导体可饱和吸收镜。
可选择地，所述激励单元为保偏掺铒光纤；所述功能单元为光刻多模光纤，所述保偏掺铒光纤被所述泵浦光进行激励，所述光刻多模光纤为渐变折射率多模光纤。
可选择地，所述基于光刻多模光纤的线偏高重频飞秒激光器还包括输出部分，所述输出部分连接所述保偏波分复用器且包括依次连接的第三保偏光纤、保偏隔离器、第四保偏光纤和输出端。
本发明还提供一种激光器检测系统，所述激光器检测系统包括上述的基于光刻多模光纤的线偏高重频飞秒激光器，还包括功率计、光谱仪以及光电探测设备，所述功率计、光谱仪和所述光电探测设备分别连接所述基于光刻多模光纤的线偏高重频飞秒激光器的输出端；
所述光电探测设备包括光电探测器和信号分析仪，所述光电探测器同时连接所述输出端和所述信号分析仪。
本发明具有以下有益效果：
通过上述技术方案，即通过本发明所提供的基于光刻多模光纤的线偏高重频飞秒激光器，一方面，由于功能单元的存在且功能单元采用具有渐变折射率的光刻多模光纤作为起偏光栅，能够实现谐振腔内光信号的偏振态选择，进而能够实现高重频飞秒脉冲激光器稳定输出线偏振光；另一方面，由于本发明选择功能单元为光刻多模光纤，该光刻多模光纤为全光纤结构，长度较短，仅为1mm左右且没有空间结构，因此相较于现有技术中采用准直透镜，能够节省空间并提高抗振动的稳定性。
附图说明
图1为本发明激光器检测系统的结构示意图。
附图标记说明
1-泵浦光源；2-第一保偏光纤；3-保偏波分复用器；4-第二保偏光纤；5-输出耦合镜；6-保偏掺铒光纤；7-光刻多模光纤；8-半导体可饱和吸收镜；9-第三保偏光纤；10-保偏隔离器；11-第四保偏光纤；12-输出端；13-功率计；14-光谱仪；15-光电探测器；16-信号分析仪。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例
本发明提供一种基于光刻多模光纤7的线偏高重频飞秒激光器，参考图1所示，所述基于光刻多模光纤7的线偏高重频飞秒激光器包括：泵浦光源1、保偏波分复用器3和谐振腔；所述保偏波分复用器3分别通过第一保偏光纤2和第二保偏光纤4连接所述泵浦光源1和所述谐振腔。
所述谐振腔包括第一反射镜、第二反射镜以及位于所述第一反射镜和所述第二反射镜之间光路上的激励部分，所述激励部分包括激励单元和功能单元，所述激励单元一端连接所述第一反射镜，另一端连接所述功能单元，所述功能单元远离所述激励单元的一端连接所述第二反射镜；所述泵浦光源1用于发射泵浦光，所述泵浦光分别经所述第一保偏光纤2、所述保偏波分复用器3和所述第二保偏光纤4后进入所述谐振腔，所述激励单元被所述泵浦光进行激励，以生成信号种子光，所述信号种子光由所述功能单元成像至所述第二反射镜，并通过所述第二反射镜实现脉冲整形；所述功能单元光刻后形成起偏光栅，具有起偏功能，以实现腔内光信号的偏振态选择。
可选择地，所述泵浦光源1发射的泵浦光为波长976nm的连续光；所述信号种子光的波长范围为1530nm~1650nm，优选为1550nm。具体地，在使用不同掺杂元素或不同参数的激励单元的情况下，所生成的信号种子光的波长不同。
可选择地，所述第一反射镜为镀膜的输出耦合镜5，所述输出耦合镜5具有一定的信号种子光反射率和泵浦光透射率，以用于透射所述泵浦光并部分反射所述信号种子光；所述第二反射镜为半导体可饱和吸收镜8。
这里，镀膜后的输出耦合镜在泵浦光波长处的透射率越高越有利于提高泵浦光的利用效率，而在信号种子光波长处的反射率与设计的输出信号波长、功率等参数有关，在一般情况下采用90%的反射率，此时谐振腔内信号的10%能量输出到腔外。
可选择地，所述激励单元为保偏掺铒光纤6；保偏掺铒光纤的型号、参数选取取决于设计的光信号参数，对于高重频输出激光器，保偏掺铒光纤长度较短，因此需要采用高增益参数的保偏掺铒光纤；如果增益参数不足实现激光脉冲形成时，还需要在兼顾高增益参数的情况下选用小模场直径的增益光纤，以提高半导体饱和吸收镜的脉冲整形作用。所述功能单元为光刻多模光纤7，所述保偏掺铒光纤6被所述泵浦光进行激励，所述光刻多模光纤7为渐变折射率多模光纤。渐变折射率光纤具有自成像功能，传统技术中通过准直透镜实现保偏掺铒光纤端面到半导体可饱和吸收镜面上的成像，本发明采用渐变折射率光纤实现这一功能；光刻后的渐变折射率光纤同时可以作为起偏光栅，实现腔内的偏振态选择。
可选择地，所述基于光刻多模光纤7的线偏高重频飞秒激光器还包括输出部分，所述输出部分连接所述保偏波分复用器3且包括依次连接的第三保偏光纤9、保偏隔离器10、第四保偏光纤11和输出端12。
在本发明中，基于光刻多模光纤7的线偏高重频飞秒激光器工作时，泵浦光源1所产生的波长为976nm的连续光经保偏波分复用器3和输出耦合镜5进入至谐振腔中，由于本发明的输出耦合镜5为镀膜镜，且对泵浦光具有一定的透射率，因此能够将大部分的泵浦光透射进谐振腔中。可选择地，本发明的输出耦合镜5透射率为98%。
此外，泵浦光进入至谐振腔中后，对保偏掺铒光纤6激励后，产生波长为1550nm的信号种子光，信号种子光由光刻多模光纤7成像到半导体可饱和吸收镜8端面，并通过半导体可饱和吸收镜8实现脉冲整形，依次返回光刻多模光纤7和保偏掺铒光纤6，并经由输出耦合镜5输出。
这里，由于输出耦合镜5还对信号种子光具有一定的反射率，因此，能够将部分信号种子光再次反射至谐振腔中，从而，再次返回至谐振腔中的信号种子光在谐振腔中进行循环振荡。而另一部分将通过输出耦合镜5输出谐振腔，之后，经保偏波分复用器3传输至输出部分。
本发明为了防止已经通过输出耦合镜5输出谐振腔的部分信号种子光再经输出通道（指由第二保偏光纤4、保偏光纤复用器和第三保偏光纤9组成的通道）返回至谐振腔中，因此，在第三保偏光纤9后设置保偏隔离器10，以实现光路隔离的作用。
本发明还提供一种激光器检测系统，所述激光器检测系统包括上述的基于光刻多模光纤7的线偏高重频飞秒激光器，还包括功率计13、光谱仪14以及光电探测设备，所述功率计13、光谱仪14和所述光电探测设备分别连接所述基于光刻多模光纤7的线偏高重频飞秒激光器的输出端12；
所述光电探测设备包括光电探测器15和信号分析仪16，所述光电探测器15同时连接所述输出端12和所述信号分析仪16。
这样，连接在输出端12的功率计13、光谱仪14和光电探测设备能够获取已经通过输出耦合镜5输出谐振腔的部分信号种子光，并对该部分信号种子光进行相应的分析处理。当然，本领域技术人员能够想到的是，可以任意选择功率计13、光谱仪14和光电探测设备的之一或所有连接输出端12，以适应实际探测需求。
本发明具有以下有益效果：
通过上述技术方案，即通过本发明所提供的基于光刻多模光纤7的线偏高重频飞秒激光器，一方面，由于功能单元的存在且功能单元采用具有渐变折射率的光刻多模光纤7作为起偏光栅，能够实现谐振腔内光信号的偏振态选择，进而能够实现高重频飞秒脉冲激光器稳定输出线偏振光；另一方面，由于本发明选择功能单元为光刻多模光纤7，该光刻多模光纤7为全光纤结构，长度较短，仅为1mm左右且没有空间结构，因此相较于现有技术中采用准直透镜，能够节省空间并提高抗振动的稳定性。
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 (6)
1.一种基于光刻多模光纤的线偏高重频飞秒激光器，其特征在于，所述基于光刻多模光纤的线偏高重频飞秒激光器包括：
泵浦光源（1）、保偏波分复用器（3）和谐振腔，
所述保偏波分复用器（3）分别通过第一保偏光纤（2）和第二保偏光纤（4）连接所述泵浦光源（1）和所述谐振腔，
所述谐振腔包括第一反射镜、第二反射镜以及位于所述第一反射镜和所述第二反射镜之间光路上的激励部分，所述激励部分包括激励单元和功能单元，所述激励单元一端连接所述第一反射镜，另一端连接所述功能单元，所述功能单元远离所述激励单元的一端连接所述第二反射镜；
所述泵浦光源（1）用于发射泵浦光，所述泵浦光分别经所述第一保偏光纤（2）、所述保偏波分复用器（3）和所述第二保偏光纤（4）后进入所述谐振腔，所述激励单元被所述泵浦光进行激励，以生成信号种子光，所述信号种子光由所述功能单元成像至所述第二反射镜，并通过所述第二反射镜实现脉冲整形；所述功能单元具有起偏功能，以实现腔内光信号的偏振态选择。
2.根据权利要求1所述的基于光刻多模光纤的线偏高重频飞秒激光器，其特征在于，所述泵浦光源（1）发射的泵浦光为波长976nm的连续光；
所述信号种子光的波长范围为1530nm~1650nm。
3.根据权利要求1所述的基于光刻多模光纤的线偏高重频飞秒激光器，其特征在于，所述第一反射镜为镀膜的输出耦合镜（5），所述输出耦合镜（5）具有一定的反射率和透射率，以用于透射所述泵浦光并部分反射所述信号种子光；
所述第二反射镜为半导体可饱和吸收镜（8）。
4.根据权利要求1所述的基于光刻多模光纤的线偏高重频飞秒激光器，其特征在于，所述激励单元为保偏掺铒光纤（6）；
所述功能单元为光刻多模光纤（7），所述保偏掺铒光纤（6）被所述泵浦光进行激励，所述光刻多模光纤（7）为渐变折射率多模光纤。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的基于光刻多模光纤的线偏高重频飞秒激光器，其特征在于，所述基于光刻多模光纤（7）的线偏高重频飞秒激光器还包括输出部分，所述输出部分连接所述保偏波分复用器（3）且包括依次连接的第三保偏光纤（9）、保偏隔离器（10）、第四保偏光纤（11）和输出端（12）。
6.一种激光器检测系统，其特征在于，所述激光器检测系统包括根据权利要求1-5中任意一项所述的基于光刻多模光纤的线偏高重频飞秒激光器，还包括功率计（13）、光谱仪（14）以及光电探测设备，所述功率计（13）、光谱仪（14）和所述光电探测设备分别连接所述基于光刻多模光纤（7）的线偏高重频飞秒激光器的输出端（12）；
所述光电探测设备包括光电探测器（15）和信号分析仪（16），所述光电探测器（15）同时连接所述输出端（12）和所述信号分析仪（16）。
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2022
- 2022-07-11 CN CN202210815229.5A patent/CN114883900A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| Title |
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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