CN115084983A - 一种基于融合凯利边带的宽谱光纤激光频率梳源 - Google Patents
一种基于融合凯利边带的宽谱光纤激光频率梳源 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115084983A CN115084983A CN202210528928.1A CN202210528928A CN115084983A CN 115084983 A CN115084983 A CN 115084983A CN 202210528928 A CN202210528928 A CN 202210528928A CN 115084983 A CN115084983 A CN 115084983A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fiber
- dispersion
- frequency comb
- erbium
- kelly
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/06791—Fibre ring lasers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/06708—Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering
- H01S3/06712—Polarising fibre; Polariser
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/0675—Resonators including a grating structure, e.g. distributed Bragg reflectors [DBR] or distributed feedback [DFB] fibre lasers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
- H01S3/094003—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a fibre
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于融合凯利边带的宽谱光纤激光频率梳源,其中包括泵浦激光源、波分复用耦合器、高非线性掺铒光纤、色散补偿光纤、第一偏振控制器、偏振相关隔离器、第二偏振控制器和光纤耦合器;其中,波分复用耦合器、高非线性掺铒光纤、色散补偿光纤、第一偏振控制器、偏振相关隔离器、第二偏振控制器和光纤耦合器依次通过单模光纤依次连接组成光纤环形腔;波分复用耦合器的另一端为泵浦输入端,连接泵浦激光源;光纤耦合器的另一端为激光频率梳的输出端。本发明公开的宽谱光纤激光频率梳源脉冲能量更大、光谱更宽、光脉冲窄化,且稳定性高,能自启动,结构简单,成本较低。为高能量光纤激光频率梳源提供了一种全新的锁模方式。
Description
技术领域
本发明涉及激光通信、光纤激光器技术领域,具体涉及高能量窄脉宽的飞秒光纤激光器技术。
背景技术
随着互联网技术的日新月异,人们接触和产生的信息量逐渐几何式增加,就要求更有稳定的,高速率的信息传输。因光纤的低损耗和快速性,使得光纤通信作为主要的大量数据传输方式,其中的光源更是应用于该技术的核心部件。并且超快激光脉冲不仅可以应用于高速光通信,还可以在激光加工,光频梳,激光雷达,光纤测距,医院设备、非线性光学研究领域内有着广泛的应用。
光频梳作为一种特殊的激光光源,在时间域为超短时间脉冲激光,在频率域为等频率间隔的激光频率梳,在其他物理量的精密测量中也有着重要应用。当采用锁模技术(主动锁模、被动锁模、克尔透镜锁模等)锁定这些模式时,激光器输出的就是这些时间上等距的短脉冲串列,每个脉冲的宽度可达到飞秒量级。其中主动锁模就是加入可以人为调控的相关原件以达到锁模条件,但其往往具有较为复杂的腔内结构和调制模块,不仅增加了腔内的复杂性,其稳定性也大大降低,同时还具有重频较高,单脉冲能量低,脉冲常带有啁啾等缺点,很大程度上限制了其应用范围;被动锁模就是在腔内加入无法调控的锁模原件,如利用腔内的非线性和色散平衡产生脉冲的非线性偏振旋转(NPR)和非线性放大环形镜(NALM)等锁模。此外还有利用可饱和吸收体达到锁模效果,如半导体可饱和吸收镜、石墨烯、碳纳米管、黑磷、MXene等。因而,基于被动锁模技术产生的光纤激光频率梳源具有结构简单、成本低、自启动性好、性能稳定、输出功率高、宽带宽等优点,一直是研究热点,使得其在超快激光、时间分辨光谱学、光纤测距传感、医院成像等领域大放异彩。
虽然基于NPR的光纤激光频率梳源结构简单,稳定性高,但是因其锁模原理的孤子能量量化效应,使得其脉冲能量限制在0.1nJ内,虽然可以改变腔内的净色散使其孤子为耗散型孤子,提高孤子能量,但其往往带有难以克服的脉冲啁啾,若要去啁啾,则需要加入非光纤结构的器件,甚至有反馈光路,增加了系统的复杂性,使得激光器体积较大,不易集成。
为了得到简单结构易于集成、输出功率高、脉冲能量高、无啁啾的飞秒脉冲光频梳,我们对于传统的NPR锁模激光器做出一定的改善。通过改变腔内的光纤类型和非线性作用的新型锁模机理,加入高非线性掺铒光纤,同时控制色散保证孤子脉冲工作在负色散区,以满足孤子的无啁啾性,在高泵浦功率下实现融合凯利边带得到高能量、无啁啾的飞秒脉冲光频梳输出。
发明内容
针对现有技术不足,本发明提供了一种基于融合凯利边带的宽谱光纤激光频率梳源,以解决现有的NPR锁模光纤激光器的光谱窄,脉冲能量低,脉宽宽,稳定性差等问题。
针对于以上述的研究背景,基于NPR的锁模光纤激光器输出功率和脉宽有限,且高输出功率和窄脉宽的锁模光纤激光器又相对结构复杂,导致光纤腔内器件多且复杂,甚至外部还有反馈光路及电路控制,使得产品不易集成。由此提出了一种基于NPR的锁模技术,利用光纤的高非线性作用融合凯利边带的新机理,使得该光纤激光频率梳源能充分利用光纤环形腔内的色散波能量,达到高峰值能量、窄脉冲的光频梳输出。
基于上述的非线性光纤中的高非线性作用与凯利边带的相互作用,针对于目前的常规孤子脉冲锁模的光纤激光频率梳源的有限功率输出,本发明采用以下技术方案:
本发明实施例提出了一种基于融合凯利边带的宽谱光纤激光频率梳源,包括泵浦激光源、波分复用耦合器、高非线性掺铒光纤、色散补偿光纤、第一偏振控制器、偏振相关隔离器、第二偏振控制器和光纤耦合器;其中,波分复用耦合器、高非线性掺铒光纤、色散补偿光纤、第一偏振控制器、偏振相关隔离器、第二偏振控制器和光纤耦合器依次通过单模光纤依次连接组成光纤环形腔;波分复用耦合器的另一端为泵浦输入端,连接泵浦激光源;光纤耦合器的另一端为光纤激光频率梳源的输出端。
进一步地,所述的泵浦激光源波长为980nm,输出功率为0-1400mW。
进一步地,所述的波分复用器的波分范围为980nm/1550nm。
进一步地,所述的光纤环形腔内仅包含高非线性掺铒光纤和色散补偿光,高非线性的掺铒光纤长度为2-30m,其在1550nm附近为正色散,其色散可为+16fs2mm-1-+60fs2mm-1;色散光纤长度和色散值参数根据腔内铒纤和单模的色散值平衡选择长度和色散参数,所述色散光纤长度为0-50m,其色散可为-30fs2mm-1-+50fs2mm-1。
进一步地,所述的光纤耦合器输出比率为1%-50%。
进一步地,所述的色散补偿光纤应结合光纤环形腔的增益光纤掺铒光纤和单模光纤的长度来选择正色散补偿光纤还是负色散补偿光纤,以保证光纤环形腔内的总色散为近零负色散;光纤环形腔的总净色散可为0.0001ps2-50ps2,以保证满足正常孤子的色散条件。
进一步地,所述光纤环形腔内的总色散为β2(Er)*LEr+β2(SMF)*LSMF+β2(DCF)*LDCF;
其中,β2二阶色散系数,β2(Er)为掺铒光纤的二阶色散值,LEr为掺铒光纤的长度,β2(SMF)为单模光纤的二阶色散值,LSMF为单模光纤的长度,β2(DCF)为色散补偿光纤的二阶色散值,LDCF为色散补偿光纤的长度
进一步地,所述的高非线性掺铒光纤,其非线性强度为0.1×10-3W-1m-1-20×10-3W-1m-1,利用光纤环形腔在高泵浦功率产生的高非线性作用来平衡腔内的色散波,使得色散波能量能在高泵浦功率下转化为孤子能量,以输出高峰值功率的孤子脉冲,从而最大程度上利用传统孤子激光频率梳中没有用到的色散波能量,输出的脉冲峰值功率可达几十kW。
进一步地,所述的高非线性作用,是利用高非线性掺铒光纤,在高泵浦功率下,激发光纤环形腔内的受激拉曼效应和四波混频来克服凯利边带带来的孤子能量限制,达到高功率输出,最高输出可达几十nJ。
进一步地,980nm泵浦激光源通过波分复用器耦合进入光纤环形腔内,先通过高非线性铒纤激发1550nm的光,再依次通过色散补偿光纤、隔离器,偏振控制器,最后通过分光比为m%:n%的光纤耦合器,再将m%的光返回腔内,输出n%的光,n%为1-50%;由此往返,不断地将980nm泵浦光被转换为1550nm的光。
本发明的有益效果为:本发明依托于NPR锁模技术与腔内高非线性效应,通过控制高非线性掺铒光纤、色散补偿光纤以及单模光纤的长度,以达到最优化色散参数和非线性强度系数,使得光纤环形腔内的强非线性作用融合凯利边带以增强脉冲能量,展宽光谱,压缩脉宽等效果,相较于传统的NPR锁模光纤激光频率梳和高脉冲能量激光频率梳,本发明有以下优点:
1.所设计的基于融合凯利边带的宽谱光纤激光频率梳源突破了常规NPR锁模光纤频率梳的脉冲参数限制,输出可达几十nJ,且输出光谱更宽,脉冲峰值功率更高。
2.所设计的基于融合凯利边带的宽谱光纤激光频率梳源相较于高能量激光频率梳源,比如采用耗散孤子锁模激光频率梳,输出的脉冲不但能量上去了,并且还保持了传统孤子的无啁啾性,使得该频率梳输出应用更广。
3.所设计的基于融合凯利边带的宽谱光纤激光频率梳源采用了全光纤结构,易于集成组装,具有高度的集成化,能高效的集成在各种需要设备中,具有大带宽、窄脉宽、高峰值功率和高信噪比优势。
4.所设计的基于融合凯利边带的宽谱光纤激光频率梳源结构简单、制作成本低、效率更高,直接输出稳定的、高脉冲能量的脉冲光源,并且输出光为1550nm的通信波段光,可为相干光通信、光谱学、及其他测距、医学设备提供了稳定高性能的光源,有着巨大的应用前景和市场潜力。
附图说明
图1是本发明示出的实例宽光纤激光频率梳源的环形腔结构示意图;
图2是本发明示出的实例宽光纤激光频率梳源在不同泵浦功率下的光谱图;
图3是本发明示出的实例宽光纤激光频率梳源在高泵浦功率下稳定输出时的时域图;
图4是本发明示出的实例宽光纤激光频率梳源在高泵浦功率下稳定输出时的射频谱图
图5是本发明示出的实例宽光纤激光频率梳源在不同泵浦功率下的相位噪声图;
图6是本发明示出的实例宽光纤激光频率梳源在高泵浦功率下实验测试的频率分辨光学开光(FROG)测量的脉宽图和FROG踪迹图;
附图标记如下:
1-泵浦激光源;2-波分复用器;3-高非线性掺铒光纤;4-色散补偿光纤;5-第一偏振控制器;6-偏振相关隔离器;7-第二偏振控制器;8-光纤耦合器;9-脉冲输出端。
具体实施方式
为使本发明凸显优势,与已有的做区别,下面将结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的描述。
图1示出了本发明公开实施例提供的一种基于融合凯利边带的宽谱光纤激光频率梳源,包括泵浦激光源1、波分复用器2、高非线性掺铒光纤3、色散补偿光纤4、第一偏振控制器5、偏振相关隔离器6、第二偏振控制器7、光纤耦合器8和脉冲输出端9。具体的光纤激光频率梳源包括依次通过单模光纤连接的泵浦激光源1、波分复用器2、高非线性掺铒光纤3、色散补偿光纤4、第一偏振控制器5、偏振相关隔离器6、第二偏振控制器7、光纤耦合器8。其中波分复用器2的泵浦端连接泵浦激光源1,光纤耦合器8的小输出端口为光纤激光频率梳源的脉冲输出端。
具体地,所述的泵浦激光源和波分复用器的泵浦端相连,所述的波分复用器信号端与光纤耦合器的大输出端相连,波分复用器的公共端和高非线性掺铒光纤相连,高非线性掺铒光纤、色散补偿光纤、第一偏振控制器、偏振相关隔离器、第二偏振控制器依次相连,最后第二偏振控制器在和光纤耦合器的输入端相连,同光纤耦合器大输出端和波分复用器的信号端连接组成光纤环路(即光纤环形腔)。
其中,所示的实例中的泵浦激光源1输出波长为976nm,输出功率为0-1400mW。所述的波分复用器2的波分范围为980nm/1550nm。所述的高非线性掺铒光纤3的长度为2-30m,本发明实施例中取高非线性掺铒光纤3的长度为3m,色散为正色散28.6fs2mm-1非线性强度为1.2×10-3W-1m-1,其在1550nm附近为正色散。所述的光纤耦合器8的输出比率为1%-50%,本发明实施例中取输出比率为10%。所述的色散补偿光纤长度为0.7m,色散为-29.6fs2mm-1,可使得腔内工作在正常孤子工作区在负色散区。所述的单模光纤长度为5m,其色散为-16fs2mm-1,光纤环形腔内净色散为0.0015ps2。
所述的色散补偿光纤应结合光纤环形腔的增益光纤掺铒光纤和单模光纤的长度来选择正色散补偿光纤还是负色散补偿光纤,以保证光纤环形腔内的总色散(β2(Er)*LEr+β2(SMF)*LSMF+β2(DCF)*LDCF)为近零负色散;光纤环形腔的总净色散可为0.0001ps2-50ps2,以保证满足正常孤子的色散条件。
其中,β2二阶色散系数,β2(Er)为掺铒光纤的二阶色散值,LEr为掺铒光纤的长度,β2(SMF)为单模光纤的二阶色散值,LSMF为单模光纤的长度,β2(DCF)为色散补偿光纤的二阶色散值,LDCF为色散补偿光纤的长度。
在本发明的实例中,NPR为主要的锁模机理,但又不同于常规的NPR锁模,是在高功率下的NPR锁模,通过加入高非线性光纤,利用高功率下的高非线性作用融合凯利边带,进而利用色散波能量达到更优的输出性能,也能防止高功率下的孤子脉冲因脉冲能量过高而分裂为多孤子脉冲。
本发明的工作过程为:所述的980nm泵浦光耦合进腔内就直接与铒纤相连,使其产生1550nm光,再经过色散补偿光纤后,接入偏振相关隔离器,以保证光的单向传输,同时选择合适的偏振光通过,以达到饱和吸收体的作用。然后再接偏振控制器,控制输入腔内的偏振光方向,再接光纤耦合器输出光脉冲信号。
具体地,980nm泵浦光通过泵浦激光源1从波分复用器2进入光纤环形腔内,先通过高非线性铒纤3激发1550nm的光,再依次通过色散补偿光纤4、第一偏振控制器5、偏振相关隔离器6,第二偏振控制器7,最后通过分光比为90%:10%的光纤耦合器8,再将90%的光返回腔内,输出10%的光。由此往返,不断地980nm泵浦光被转换为1550nm的光,当泵浦光较弱时,由于色散补偿光纤4补偿整体环形腔的色散为近零色散,满足一般孤子形成条件。可以正常锁模,且有正常的自启动。当继续升高泵浦功率后,会因为高非线性光纤激发光纤环形腔内的高非线性作用,如受激拉曼放大和四波混频效应,从而在高功率下融合凯利边带,使得光纤环形腔内的孤子脉冲能量更高,脉冲更窄。
图2示出了该实例的宽光纤激光频率梳在不同泵浦功率下的光谱图,可以明显的看出,在泵浦功率为70-210mW时,光谱具有明显的凯利边带,为一般孤子锁模。当泵浦功率增加到480mW时,光谱的凯莉边带强度逐渐减小,出现融合的迹象。当泵浦功率增加到800mW时,光谱的凯莉边带已基本没有。当泵浦功率增加的1200mW时,其所示的光谱已没有凯利边带,光谱平滑。当泵浦光超过210mW时,光谱可见有明显的凯利边带被融合,且光谱变宽,同时激光器也能实现自启动,并且当激光器的泵浦功率继续增加时,当增加到1200mW时,激光器能实现所测得最优输出,锁模的中心波长为1564.94nm,光谱的3dB带宽为4.22THz。比一般孤子锁模的光纤激光器3dB带宽增加了5-10倍。
图3示出了实例的宽光纤激光频率梳在高泵浦功率下的时域图,由时域图可以看出,输出的光频梳仍是稳定的单脉冲梳齿,并没有因为高功率的加入孤子脉冲出现裂化,形成多脉冲。
图4示出了实例的宽光纤激光频率梳在高泵浦功率下的射频谱图,射频谱图也很好的验证了图3的结果示出,证明了实例中的激光频率梳源在高功率1200mW下的脉冲输出仍为单脉冲,同时输出信噪比也高达90dB,。同时插图还给出了0-200MHz的射频谱图,更加证明了在1200mW的泵浦功率下的单脉冲输出特性。
图5示出了实例的宽光纤激光频率梳在不同泵浦功率下的相位噪声图,示出了泵浦功率分别为70mW、210mW、800mW、1200mW下的相位噪声图,从图中可以看出,当泵浦功率为70mW-210mW时,脉冲的相位噪声在10kHz-1MHz之间有明显的噪声,这是光纤环形腔内在低泵浦功率下明显的凯利边带造成的,当泵浦功率为800mW-1200mW时,脉冲的相位噪声在10kHz-1MHz之间的噪声明显得到抑制,这是因为在高功率下,凯利边带已经被高非线性作用融合,不在影响光纤环形腔内的脉冲相位,使得脉冲的相位噪声也随着泵浦功率的增加得到显著的优化,相噪在10kHz低至-160.1dBc/Hz。
图6示出了实例的宽光纤激光频率梳在高泵浦功率1200mW下的FROG观察下的脉宽图,插图为FROG踪迹图,两者结合,很容易证明光纤环形腔内的脉冲是单脉冲,也证明时域上脉冲仍保持是单孤子。用FROG测量的脉宽显示,脉宽可低至77fs,且脉冲无啁啾,峰值功率可达47kW,脉冲能量3.18nJ。
本发明的工作原理为:泵浦激光源1通过波分复用器2将980nm泵浦光注入光纤环形腔内,随之被掺铒光纤3吸收激发1550nm的光,1550nm光经过色散补偿光纤4和单模光纤通过偏振相关隔离器6被饱和吸收,后通过光纤耦合器8,再回到腔内,随着泵浦光功率增大,1550nm光逐渐增强,最终在色散和非线性作用下形成光脉冲,当泵浦功率较小时,光谱带有一定的凯利边带,如图2的泵浦功率为70mW-210mW时的光谱图。但随着泵浦光功率的进一步增大,会激发腔内的强非线性作用,比如受激拉曼放大和四波混频效应,在泵浦功率的开始增加之初,会激发光纤环形腔内的受激拉曼效应,由于拉曼增益在光谱中心的增益不同,在长波长方向的增益会更大,会导致在长波长方向上,光谱的凯利边带强度会更强,随着泵浦功率的进一步增强,满足四波混频的相位匹配条件,凯利边带处的光谱会随着光纤环形腔内的能量增大会和周边的波长发生四波混频效应,从而使得光谱的凯利边带逐渐被融合,使得光谱宽而光滑,如图2的泵浦功率为1200mW时的光谱图,此时的输出光脉冲峰值功率可达47kW,脉冲可达77fs,光谱的3dB带宽可达4.22THz,单脉冲能量可达3.18nJ。突破了常规孤子锁模的光纤激光频率梳的限制。
以达到最优化色散参数和非线性系数,利用高功率泵浦下的光纤环形腔内产生的高非线性作用,来克服色散波和孤子作用产生的凯利边带对激光脉冲输出的性能影响,进而最大程度利用传统孤子中不被利用的、甚至是严重影响的色散能量,
综上所述,本发明公开的基于融合凯利边带的宽谱光纤激光频率梳源通过在光纤腔内加入特殊的光纤和器件配合,利用高泵浦功率下光纤的非线性作用融合凯利边带的新机理,如增益铒纤选用了高非线性掺铒光纤,增加了光纤环形腔内的非线性作用,又加入了色散补偿光纤,以及选择了合适的单模光纤的长度,平衡腔内色散使得腔内的总色散在近零负色散。以达到最优化色散参数和非线性系数,利用高功率泵浦下的光纤环形腔内产生的高非线性作用,来克服色散波和孤子作用产生的凯利边带对激光脉冲输出的性能影响,进而最大程度利用传统孤子中不被利用的、甚至是严重影响的色散能量。并且保证锁模时脉冲能量在低泵浦功率下,可形成传统孤子锁模,升高泵浦功率后,充分利用高非线性光纤的非线性作用平衡由色散波和孤子波引发的凯利边带,进而充分利用色散波的能量,使得该光纤激光频率梳源的输出脉冲相较于一般传统孤子频率梳源的脉冲能量更大、光谱更宽、峰值功率更高、光脉冲窄化,且稳定性高,能自启动,结构简单,成本较低。为高能量光纤激光频率梳源提供了一种全新的锁模方式。
上述的具体实施方法对本发明的目的、技术方案、调控实现方法、实现效果都进行了进一步的详细说明,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和权利说明书的保护范围之内,对本发明的所作的任何修改、替换与改进等,都应落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于融合凯利边带的宽谱光纤激光频率梳源,其特征在于:包括泵浦激光源、波分复用耦合器、高非线性掺铒光纤、色散补偿光纤、第一偏振控制器、偏振相关隔离器、第二偏振控制器和光纤耦合器;其中,波分复用耦合器、高非线性掺铒光纤、色散补偿光纤、第一偏振控制器、偏振相关隔离器、第二偏振控制器和光纤耦合器依次通过单模光纤依次连接组成光纤环形腔;波分复用耦合器的另一端为泵浦输入端,连接泵浦激光源;光纤耦合器的另一端为激光频率梳的输出端。
2.根据权利要求1所述的基于融合凯利边带的宽谱光纤激光频率梳源,其特征在于:所述的泵浦激光源波长为980nm,输出功率为0-1400mW。
3.根据权利要求1所述的基于融合凯利边带的宽谱光纤激光频率梳源,其特征在于:所述的波分复用器的波分范围为980nm/1550nm。
4.根据权利要求1所述的基于融合凯利边带的宽谱光纤激光频率梳源,其特征在于:所述的光纤环形腔内仅包含高非线性掺铒光纤和色散补偿光,高非线性的掺铒光纤长度为2-30m,其在1550nm附近为正色散,其色散可为+16fs2mm-1-+60fs2mm-1;色散光纤长度和色散值参数根据腔内铒纤和单模的色散值平衡选择长度和色散参数,所述色散光纤长度为0-50m,其色散可为-30fs2mm-1-+50fs2mm-1。
5.根据权利要求1或4所述的基于融合凯利边带的宽谱光纤激光频率梳源,其特征在于:所述的色散补偿光纤应结合光纤环形腔的增益光纤掺铒光纤和单模光纤的长度来选择正色散补偿光纤还是负色散补偿光纤,以保证光纤环形腔内的总色散为近零负色散;光纤环形腔的总净色散可为0.0001ps2-50ps2,以保证满足正常孤子的色散条件。
6.根据权利要求5所述的基于融合凯利边带的宽谱光纤激光频率梳源,其特征在于:所述光纤环形腔内的总色散为β2(Er)*LEr+β2(SMF)*LSMF+β2(DCF)*LDCF;
其中,β2二阶色散系数,β2(Er)为掺铒光纤的二阶色散值,LEr为掺铒光纤的长度,β2(SMF)为单模光纤的二阶色散值,LSMF为单模光纤的长度,β2(DCF)为色散补偿光纤的二阶色散值,LDCF为色散补偿光纤的长度。
7.根据权利要求1所述的基于融合凯利边带的宽谱光纤激光频率梳源,其特征在于:所述的光纤耦合器输出比率为1%-50%。
8.根据权利要求1所述的基于融合凯利边带的宽谱光纤激光频率梳源,其特征在于:所述的高非线性掺铒光纤,其非线性强度为0.1×10-3W-1m-1-20×10-3W-1m-1,利用光纤环形腔在高泵浦功率产生的高非线性作用来平衡腔内的色散波,使得色散波能量能在高泵浦功率下转化为孤子能量,以输出高峰值功率的孤子脉冲,从而最大程度上利用传统孤子激光频率梳中没有用到的色散波能量,输出的脉冲峰值功率可达几十kW。
9.根据权利要求8所述的基于融合凯利边带的宽谱光纤激光频率梳源,其特征在于:所述的高非线性作用,是利用高非线性掺铒光纤,在高泵浦功率下,激发光纤环形腔内的受激拉曼效应和四波混频来克服凯利边带带来的孤子能量限制,达到高功率输出,最高输出可达几十nJ。
10.根据权利要求1所述的基于融合凯利边带的宽谱光纤激光频率梳源,其特征在于,980nm泵浦激光源通过波分复用器耦合进入光纤环形腔内,先通过高非线性铒纤激发1550nm的光,再依次通过色散补偿光纤、隔离器,偏振控制器,最后通过分光比为m%:n%的光纤耦合器,再将m%的光返回腔内,输出n%的光,n%为1-50%;由此往返,不断地将980nm泵浦光转换为1550nm的光。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210528928.1A CN115084983A (zh) | 2022-05-16 | 2022-05-16 | 一种基于融合凯利边带的宽谱光纤激光频率梳源 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210528928.1A CN115084983A (zh) | 2022-05-16 | 2022-05-16 | 一种基于融合凯利边带的宽谱光纤激光频率梳源 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN115084983A true CN115084983A (zh) | 2022-09-20 |
Family
ID=83246839
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210528928.1A Pending CN115084983A (zh) | 2022-05-16 | 2022-05-16 | 一种基于融合凯利边带的宽谱光纤激光频率梳源 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN115084983A (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116826495A (zh) * | 2023-08-25 | 2023-09-29 | 山东弘信光学科技有限公司 | 一种多波长可调谐可选取的脉冲拉曼光纤激光器 |
CN117335252A (zh) * | 2023-10-18 | 2024-01-02 | 山东大学 | 基于偏振模色散补偿抑制光谱调制的激光系统与设备 |
-
2022
- 2022-05-16 CN CN202210528928.1A patent/CN115084983A/zh active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116826495A (zh) * | 2023-08-25 | 2023-09-29 | 山东弘信光学科技有限公司 | 一种多波长可调谐可选取的脉冲拉曼光纤激光器 |
CN116826495B (zh) * | 2023-08-25 | 2023-11-03 | 山东弘信光学科技有限公司 | 一种多波长可调谐可选取的脉冲拉曼光纤激光器 |
CN117335252A (zh) * | 2023-10-18 | 2024-01-02 | 山东大学 | 基于偏振模色散补偿抑制光谱调制的激光系统与设备 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Luo et al. | Tunable and switchable multiwavelength passively mode-locked fiber laser based on SESAM and inline birefringence comb filter | |
Michalska et al. | Noise-like pulse generation using polarization maintaining mode-locked thulium-doped fiber laser with nonlinear amplifying loop mirror | |
US20090003391A1 (en) | Low-repetition-rate ring-cavity passively mode-locked fiber laser | |
JP2004227011A (ja) | 高出力光パルスの発生装置および発生方法 | |
Wang et al. | L-band efficient dissipative soliton erbium-doped fiber laser with a pulse energy of 6.15 nJ and 3 dB bandwidth of 47.8 nm | |
CN115084983A (zh) | 一种基于融合凯利边带的宽谱光纤激光频率梳源 | |
CN110829164B (zh) | 可同时产生孤子和类噪声脉冲的全光纤超短脉冲光源 | |
Luo et al. | All-fiber supercontinuum source pumped by noise-like pulse mode locked laser | |
Kuang et al. | High-energy passively mode-locked Raman fiber laser pumped by a CW multimode laser | |
Luo et al. | All-fiber mid-infrared supercontinuum generation pumped by ultra-low repetition rate noise-like pulse mode-locked fiber laser | |
CN107785771B (zh) | 一种提高波长输出效率的单纵摸多波长可调谐激光器系统及方法 | |
US20040052276A1 (en) | Multiple wavelength pulased source | |
Jiang et al. | Bidirectional ultrahigh-repetition-rate ultrafast fiber laser | |
Zhao et al. | Wavelength switchable and tunable noise-like pulses from a 2 μm figure-eight all-fiber laser | |
Liu et al. | High-peak-power random Yb-fiber laser with intracavity Raman-frequency comb generation | |
CN113745952A (zh) | 产生重复频率可调谐的高阶谐波孤子的混合锁模光纤激光器 | |
Ye et al. | Investigations on the extreme frequency shift of phosphosilicate random fiber laser | |
Tao et al. | All-fiber 2.1 μm band tunable continuous-wave and soliton mode-locked Ho-doped fiber laser | |
Guo et al. | Tunable passively-synchronized 1-μm Q-switched and 1.5-μm gain-switched dual-wavelength fiber laser based on an Er/Yb codoped fiber | |
Liu et al. | L-band wavelength-switchable dissipative soliton resonance Er-doped fiber laser | |
Hoogland et al. | Novel robust 2-μm all-PM Thulium/Holmium based femtosecond fiber laser oscillator | |
Zhu et al. | Watt-level all-fiber 1.7-μm picosecond synchronously pumped Raman laser | |
Zhao et al. | Wavelength tuning of 1/2-rational harmonically mode-locked pulses in a cavity-dispersive fiber laser | |
Wang et al. | 978 nm all-polarization-maintaining mode-locked fiber laser based on phase-biased nonlinear amplifying loop mirror | |
Peng et al. | Switchable multi-wavelength actively Q-switched erbium-doped fiber laser based on nonlinear polarization rotation and Sagnac filter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |