CN117791276A - 基于自注入锁定生成孤子脉冲串的全光纤激光器及方法 - Google Patents

Abstract

本申请属于激光器技术领域，涉及一种基于自注入锁定生成孤子脉冲串的全光纤激光器及方法，包括：由依次熔接的泵浦源、波分复用器、增益光纤、隔离器、可饱和吸收体、非平衡马赫‑曾德干涉仪、偏振控制器、输出耦合器形成的光纤环形谐振腔；非平衡马赫‑曾德干涉仪用于将光纤环形谐振腔中循环的孤子脉冲按照预设耦合比分解为主脉冲和与主脉冲间隔预设时域间距的捕获脉冲；捕获脉冲用于在泵浦源泵浦功率增加后，将主脉冲分裂生成的新的主脉冲捕获并锁定至其所在的时域位置；最后基于孤子能量量子化效应生成包含多个孤子脉冲的孤子脉冲串。本申请中的全光纤激光器集成度高、成本低，降低了生成孤子脉冲串的难度，提高了生成孤子脉冲串的可控性。

Description

基于自注入锁定生成孤子脉冲串的全光纤激光器及方法

技术领域

本申请涉及激光器技术领域，具体而言，涉及一种基于自注入锁定生成孤子脉冲串的全光纤激光器以及一种基于自注入锁定生成孤子脉冲串的方法。

背景技术

随着激光器技术的发展，激光加工技术成为材料加工的重要手段之一。超快激光技术被广泛应用于工业微加工、生物医学、强场物理等领域，但是高能量的超快激光在材料加工时容易产生严重的热积累问题，影响加工的精度和能量利用率。

为了解决上述问题，人们提出来一种新型激光模式——激光脉冲串，由若干个能量较低的子脉冲组成一个高能量的脉冲波包，以在相同平均功率下，降低单位时间内作用于材料的脉冲数目，从而减弱热积累效应，进而保证加工质量。但是目前生成激光脉冲串的方法存在可控性差、稳定性差、激光系统结构复杂、操作繁琐等问题。

因此，需要提供一种新的生成激光脉冲串的激光器及方法。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本申请的目的在于提供一种基于自注入锁定生成孤子脉冲串的全光纤激光器及一种基于自注入锁定生成孤子脉冲串的方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的生成激光脉冲串所存在的可控性差、稳定性差、激光系统结构复杂、操作繁琐等问题。

根据本申请的一个方面，提供一种基于自注入锁定生成孤子脉冲串的全光纤激光器，包括：由依次熔接的泵浦源、波分复用器、增益光纤、隔离器、可饱和吸收体、非平衡马赫-曾德干涉仪、偏振控制器、输出耦合器形成的光纤环形谐振腔；所述非平衡马赫-曾德干涉仪用于在所述光纤环形谐振腔处于稳定的单脉冲锁模态时，将所述光纤环形谐振腔中循环的孤子脉冲按照预设耦合比分解形成主脉冲和与所述主脉冲间隔预设时域间距的捕获脉冲，所述捕获脉冲用于在所述泵浦源的泵浦功率增加后，将所述主脉冲分裂生成的新的主脉冲捕获并锁定至其所在的时域位置；最后基于孤子能量量子化效应生成包含多个孤子脉冲的孤子脉冲串。

在本申请的示例性实施例中，所述非平衡马赫-曾德干涉仪包括第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、时间延迟线和衰减器，所述第一光纤耦合器的公共端尾纤与所述可饱和吸收体的输出端尾纤熔接，所述第一光纤耦合器的大输出比端口尾纤和所述第二光纤耦合器的大输出比端口尾纤熔接，所述第一光纤耦合器的小输出比端口尾纤、所述时间延迟线、所述衰减器和所述第二光纤耦合器的小输出比端口尾纤依次熔接，所述第二光纤耦合器的公共端尾纤与所述偏振控制器的输入端尾纤熔接。

在本申请的示例性实施例中，所述第一光纤耦合器用于将所述孤子脉冲按照所述预设耦合比分解为初始捕获脉冲和所述主脉冲；所述时间延迟线用于对所述初始捕获脉冲提供延迟量，以控制所述捕获脉冲与所述主脉冲之间的时域间距；所述衰减器用于对所述初始捕获脉冲的强度进行衰减，以使所述捕获脉冲的强度相对于所述主脉冲的强度为微扰，且当所述捕获脉冲在所述光纤环形谐振腔中循环时具有捕获并锁定所述新的主脉冲的能力；所述第二光纤耦合器用于将所述主脉冲和所述捕获脉冲进行合并并输出至所述光纤环形谐振腔中进行循环。

在本申请的示例性实施例中，所述捕获脉冲与所述主脉冲之间的时域间距等于所述延迟量。

在本申请的示例性实施例中，所述第一光纤耦合器和所述第二光纤耦合器的耦合比为20:80~10:90。

在本申请的示例性实施例中，当所述光纤环形谐振腔中循环的孤子脉冲的数量为多个，并且所述非平衡马赫-曾德干涉仪提供的延迟量不变时，第i个孤子脉冲分解形成的第i个主脉冲与所述第i个孤子脉冲的时域位置相同，第i个捕获脉冲的时域位置与第i+1个孤子脉冲的时域位置相同，其中i≥1，且小于或等于所述孤子脉冲的数量。

在本申请的示例性实施例中，所述泵浦源、所述波分复用器、所述增益光纤、所述隔离器、所述可饱和吸收体、所述非平衡马赫-曾德干涉仪、所述偏振控制器和所述输出耦合器的尾纤都是由单模光纤形成的，所述单模光纤的工作波段与所述增益光纤的增益波段相同。

根据本申请的一个方面，提供了一种基于自注入锁定生成孤子脉冲串的方法，应用于上述实施例中的基于自注入锁定生成孤子脉冲串的全光纤激光器，包括：在所述光纤环形谐振腔处于稳定的单脉冲锁模态时，通过所述非平衡马赫-曾德干涉仪将所述光纤环形谐振腔中循环的孤子脉冲按照预设耦合比分解为主脉冲和初始捕获脉冲，对所述初始捕获脉冲进行时延和衰减处理形成所述捕获脉冲，并将所述主脉冲和所述捕获脉冲合并循环；增加所述泵浦源的泵浦功率，以使所述主脉冲分解生成新的主脉冲；通过所述捕获脉冲将所述新的主脉冲捕获并锁定至其所在的时域位置，并基于孤子能量量子化效应生成所述孤子脉冲串。

在本申请的示例性实施例中，所述非平衡马赫-曾德干涉仪包括第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、时间延迟线和衰减器；所述通过所述非平衡马赫-曾德干涉仪按照预设耦合比将所述光纤环形谐振腔中循环的孤子脉冲分解为主脉冲和初始捕获脉冲，对所述初始捕获脉冲进行时延和衰减处理形成所述捕获脉冲，并将所述主脉冲和所述捕获脉冲合并循环，包括：

通过所述第一光纤耦合器根据所述预设耦合比将所述孤子脉冲分解为所述主脉冲和所述初始捕获脉冲；通过所述第二光纤耦合器的大输出比端口将所述第一光纤耦合器的大输出比端口输出的所述主脉冲输入至所述第二光纤耦合器；所述初始捕获脉冲经所述时间延迟线延迟以及所述衰减器衰减形成所述捕获脉冲，并通过所述第二光纤耦合器的小输出比端口将所述捕获脉冲输入至所述第二光纤耦合器；在所述第二光纤耦合器中，将所述主脉冲和所述捕获脉冲进行合并，并通过所述第二光纤耦合器的公共端口输出进行循环。

在本申请的示例性实施例中，所述光纤环形谐振腔中循环的孤子脉冲的数量为多个，并且所述时间延迟线的延迟量不变；所述方法还包括：

通过所述非平衡马赫-曾德干涉仪对各所述孤子脉冲进行分解，形成多个主脉冲和多个初始捕获脉冲，其中，第i个主脉冲的时域位置与第i个孤子脉冲的时域位置相同；

所述多个初始捕获脉冲依次经所述时间延迟线延迟以及所述衰减器衰减，形成多个捕获脉冲，其中，第i个捕获脉冲的时域位置与第i+1个孤子脉冲的时域位置相同，i≥1且小于或等于所述孤子脉冲的数量。

在本申请的示例性实施例中，所述方法还包括：

通过调节所述衰减器的衰减量，以使所述捕获脉冲的强度相对于所述主脉冲的强度为微扰，且当所述捕获脉冲在所述光纤环形谐振腔中循环时，具有捕获所述新的主脉冲的能力；

通过调节所述时间延迟线的延迟量，以获取具有不同时域间隔的孤子脉冲串；

通过调节所述泵浦源的泵浦功率，以获取具有不同孤子脉冲数量的孤子脉冲串。

本申请中的基于自注入锁定生成孤子脉冲串的全光纤激光器，一方面具有简单的全光纤光路结构，提高了激光器的鲁棒性，降低了制备成本和维护成本；另一方面通过非平衡马赫-曾德干涉仪将光纤环形谐振腔中生成的孤子脉冲分解为主脉冲和与主脉冲间隔预设时域间距的捕获脉冲，该捕获脉冲能够将主脉冲分裂形成的新的主脉冲捕获并锁定在其所在的时域位置，最后基于孤子能量量子化效应生成包含多个孤子脉冲的孤子脉冲串，实现了在全光纤环形腔内自注入捕获脉冲，定向诱导孤子脉冲的分裂和时域锁定，同时所利用的腔致峰值功率钳位效应和孤子能量量子化效应，是全光非线性过程，无需外部能量注入和电控；再一方面，由于孤子具有极强的自稳定性，因此本申请中生成的孤子脉冲串是一种高稳定性的激光脉冲串，并且通过调节非平衡马赫-曾德干涉仪的延迟量和泵浦源的泵浦功率可以控制孤子脉冲串中孤子脉冲的间距和数量，具有灵活的可调谐性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本申请中基于自注入锁定生成孤子脉冲串的全光纤激光器的结构示意图。

图2示出了本申请中非平衡马赫-曾德干涉仪的结构示意图。

图3示出了本申请中基于非平衡马赫-曾德干涉仪生成捕获脉冲的流程示意图。

图4示出了本申请中基于自注入锁定生成孤子脉冲串的方法的流程示意图。

图5示出了本申请中基于图2所示的非平衡马赫-曾德干涉仪的结构生成脉冲串的流程示意图。

图6示出了本申请中生成包含三个孤子脉冲的孤子脉冲串的流程示意图。

图7示出了本申请中由捕获脉冲到新的主脉冲的演化过程。

图8示出了本申请中泵浦功率20 mW时对应不同脉冲间距的孤子脉冲对的自相关图。

图9示出了本申请中延迟量15 ps时增大泵浦功率生成的孤子脉冲串的脉冲序列图。

图10示出了本申请中包含7个孤子脉冲的孤子脉冲串的自相关图。

图11示出了本申请中包含7个孤子脉冲的孤子脉冲串的光谱图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本申请将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本申请的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本申请的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本申请的各方面变得模糊。

此外，附图仅为本申请的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

随着激光器技术的发展，激光加工技术已成为材料加工的重要手段之一。例如，利用超快激光的瞬间高能量密度特性，超快激光能够在极短时间内将材料局部加热到临界温度，引起材料的蒸发、熔化或者化学反应，实现高精度、无热损伤、无微裂纹的激光微纳加工。但是，高能量的超快激光在材料加工时容易产生严重的热积累问题，影响加工的精度和能量利用效应。

为了解决上述问题，人们提出了一种新型激光模式——由若干个能量较低的子脉冲组成一个高能量的脉冲波包，即激光脉冲串。在相同平均功率下，激光脉冲串能够降低单位时间内作用于材料的脉冲数目，从而减弱热积累效应，进而保证加工质量。例如，在飞秒激光诱导周期性纳米结构加工中，通过控制激光能量在时域上的分布，获得激光脉冲串，进而调控激光与物质的相互作用过程，可有效控制激光能量在材料表面的周期性沉积、剩余热效应等，从而获得高质量的周期性结构。

在本领域的相关技术中，产生激光脉冲串的方法有多种，但该些方法也存在相应的缺陷。例如CN115966986A公开的基于空间光调制器的脉冲串产生，激光器产生的脉冲经过多个偏振片、波片、柱透镜等整形，衍射为多个单色波，再经空间光调制器分别对每个单色光进行相位调制，经过调制后的光波再经过光栅、透镜等进行叠加，最终输出为脉冲串。但是该方法的脉冲间距依赖于空间光调制器的分辨率（像素尺寸），脉冲间距调节范围有限，且其系统基于结构复杂的空间光结构，不易集成，调节装置共轴精度要求高、操作繁琐。CN114927930A公开的基于反射镜和增益介质产生脉冲串的方法，通过反射镜将单脉冲分裂为多个脉冲，通过增益介质对分裂的脉冲进行放大，反复循环分裂、反射、放大，最终产生脉冲串。但是该方法所产生的脉冲串间距无法调控、子脉冲强度不相等。又例如，CN117199983A公开的采用脉冲选择放大法产生脉冲串，需要种子源作为输入脉冲，通过脉冲选择器选择与输入脉冲具有同频率和脉宽的脉冲信号，再经多级放大后输出为脉冲串。该方法是一种减少脉冲数目的脉冲串产生方法，对于给定种子源脉冲串间隔不可改变，且经过选择、放大等过程输出脉冲存在不确定性等缺点。

针对相关技术中存在的问题，本申请提出了一种基于自注入锁定生成孤子脉冲串的全光纤激光器及一种基于自注入锁定生成孤子脉冲串的方法。在对本申请中基于自注入锁定生成孤子脉冲串的全光纤激光器及方法进行说明之前，对本申请可能涉及的技术名词进行解释。

接下来，对本申请中的基于自注入锁定生成孤子脉冲串的全光纤激光器和方法进行详细说明。

本申请首先提供了一种基于自注入锁定生成孤子脉冲串的全光纤激光器，图1示出了基于自注入锁定生成孤子脉冲串的全光纤激光器的结构示意图，如图1所示，基于自注入锁定生成孤子脉冲串的全光纤激光器包括依次熔接的泵浦源101、波分复用器102、增益光纤103、隔离器104、可饱和吸收体105、非平衡马赫-曾德干涉仪106、偏振控制器107、输出耦合器108，同时输出耦合器108的大输出比端口尾纤与波分复用器102的参考端尾纤连接，形成光纤环形谐振腔。

在本申请的示例性实施例中，泵浦源101、波分复用器102、增益光纤103、隔离器104、可饱和吸收体105、非平衡马赫-曾德干涉仪106、偏振控制器107和输出耦合器108的尾纤都是由单模光纤形成的，也就是说通过单模光纤连接光纤环形谐振腔中任意相邻的两个光学器件，这样可以保证激光器具有全光纤结构，提高了激光器的鲁棒性和稳定性。在本申请的实施例中，单模光纤的工作波段与增益光纤103的增益波段相同，例如增益光纤为掺铒光纤时，则可以采用中心波长为1550 nm的单模光纤连接相邻的光学器件。

在本申请的示例性实施例中，泵浦源101的输出端尾纤与波分复用器102的直通端尾纤熔接，用于产生泵浦光，并将泵浦光输入至波分复用器102中。在本申请的实施例中，泵浦源101可以是半导体激光器，其工作波段根据增益光纤类型的不同而不同，例如当增益光纤为掺铒光纤或者掺镱光纤时，可以采用980 nm波段的半导体激光器作为泵浦源，当增益光纤为掺铥光纤时，可以采用1550 nm波段的半导体激光器作为泵浦源。

在本申请的示例性实施例中，波分复用器102除了直通端尾纤与泵浦源101的输出端尾纤熔接，其参考端尾纤还与输出耦合器108的大输出比端口尾纤熔接。当启动全光纤激光器时，泵浦光经波分复用器102进入增益光纤103中进行泵浦，以将增益光纤103中处于低能态的粒子激发到高能态，在光纤环形谐振腔中产生放大信号光；当全光纤激光器处于循环谐振阶段时，泵浦光和输出耦合器输出的循环信号光同时进入增益光纤103中，在泵浦光的作用下对循环信号光进行功率放大，以生成放大信号光。在本申请的实施例中，波分复用器102的型号可以根据泵浦源101的工作波段和增益光纤103的增益波段确定，例如当泵浦源101为980 nm波段的半导体激光器，增益光纤103是中心波长为1550 nm的掺铒光纤时，则可以选用980/1550 nm的波分复用器。

在本申请的示例性实施例中，隔离器104具体可以是偏振无关隔离器，其输入端尾纤与增益光纤103的输出端尾纤熔接，输出端尾纤与可饱和吸收体105的输入端尾纤熔接，用于将增益光纤103输出的放大信号光单向传输至可饱和吸收体105，以提高系统稳定性。

在本申请的示例性实施例中，可饱和吸收体105的输出端尾纤与非平衡马赫-曾德干涉仪106的输入端尾纤熔接，用于在接收到放大信号光后，基于被动锁模技术对放大信号光进行调制生成脉冲信号光，特别是当放大信号光为连续信号光时，用于将连续信号光调制为脉冲信号光。在本申请的实施例中，可饱和吸收体105可以是半导体可饱和吸收体或者具有非线性光学可饱和吸收特性的纳米材料，其中，半导体可饱和吸收体可以是透射式半导体可饱和吸收体或者反射式半导体可饱和吸收体，具有非线性光学可饱和吸收特性的纳米材料例如可以是碳纳米管基薄膜、石墨烯基薄膜，还可以是其它具有非线性光学可饱和吸收特性的二维材料所制成的薄膜，等等，本申请实施例对此不作具体限定。

在本申请的示例性实施例中，非平衡马赫-曾德干涉仪106的输出端尾纤与偏振控制器107的输入端尾纤熔接。当光纤环形谐振腔处于稳定的单脉冲锁模态，且泵浦源的泵浦功率在每个脉冲循环周期中梯度增加时，每个脉冲循环周期中都会生成新的孤子脉冲，进而形成孤子脉冲数量可控的孤子脉冲串。非平衡马赫-曾德干涉仪能够将光纤环形谐振腔中循环的孤子脉冲按照预设耦合比分解形成主脉冲和与主脉冲间隔预设时域间距的捕获脉冲，基于腔致峰值功率钳位效应，该捕获脉冲能够在泵浦功率增加后，将主脉冲分裂生成的新的主脉冲捕获并锁定在其所在的时域位置，进一步地，该主脉冲和新的主脉冲在孤子能量量子化效应的作用下会转换为孤子脉冲，进而生成包含多个孤子脉冲且脉冲间距为主脉冲和捕获脉冲之间的预设时域间距的孤子脉冲串。

图2示意性示出了非平衡马赫-曾德干涉仪的结构示意图，如图2所示，非平衡马赫-曾德干涉仪106包括主脉冲臂A1和捕获脉冲臂A2，主脉冲臂A1用于传输主脉冲，捕获脉冲臂A2用于传输捕获脉冲，具体地，主脉冲臂A1是由第一光纤耦合器201的大输出比端口尾纤与第二光纤耦合器202的大输出比端口尾纤熔接形成的，捕获脉冲臂A2是由第一光纤耦合器201的小输出比端口尾纤与时间延迟线203的输入端尾纤、时间延迟线203的输出端尾纤和衰减器204的输入端尾纤、衰减器204的输出端尾纤与第二光纤耦合器202的小输出比端口尾纤依次熔接形成的，同时，第一光纤耦合器201的公共端尾纤与可饱和吸收体的输出端尾纤熔接，第二光纤耦合器202的公共端尾纤与偏振控制器107的输入端尾纤熔接。

其中，第一光纤耦合器201用于将可饱和吸收体105输出的孤子脉冲按照第一输出耦合比分解为初始捕获脉冲和主脉冲。

时间延迟线203用于对进入捕获脉冲臂A2的初始捕获脉冲提供延迟量，以控制最终形成的捕获脉冲与主脉冲之间的时域间距，在本申请的实施例中，可以根据实际需要对延迟量进行调控，使得孤子脉冲串中的脉冲间距具有灵活的可调谐性。

衰减器204用于对时延后的初始捕获脉冲的强度进行衰减，以使最终形成的捕获脉冲的强度相对于主脉冲的强度为微扰，并且当捕获脉冲在光纤环形谐振腔中循环时不会被损耗掉而是具有捕获并锁定新的主脉冲的能力。考虑到在腔内循环的捕获脉冲强度较大时，将会与主脉冲发生能量竞争，导致无法建立稳定的脉冲序列；若在腔内循环的捕获脉冲强度很弱时，又将可能被损耗殆尽或者淹没在背景噪声中，无法提供捕获并锁定主脉冲的能力，因此在本申请的实施例中，捕获脉冲的强度需要设置为相对于主脉冲的强度为微扰，例如捕获脉冲的强度可以设置为主脉冲能量的~5%，当然还可以是其它的比例值，只要保证是微扰即可，本申请实施例对此不作具体限定。

第二光纤耦合器204用于将分解形成的主脉冲和捕获脉冲进行合并形成脉冲串，并输出至光纤环形谐振腔中进行循环。由于捕获脉冲臂A2中对初始捕获脉冲进行了时延和衰减，因此合并后的捕获脉冲和主脉冲之间存在预设时域间距，且捕获脉冲的强度相对于主脉冲的强度仅为微扰。

进一步地，捕获脉冲与主脉冲之间的时域间距等于时间延迟线提供的延迟量。图3示意性示出了基于非平衡马赫-曾德干涉仪生成捕获脉冲的流程示意图，如图3所示，在可饱和吸收体的非线性可饱和吸收效应作用下，通过控制光纤长度、泵浦功率、偏振控制器等调控光纤环形谐振腔的色散、非线性、增益和损耗等参量，使全光纤激光器处于稳定的单脉冲锁模状态时，通过可饱和吸收体可输出孤子脉冲S1，孤子脉冲S1经非平衡马赫-曾德干涉仪，分解形成主脉冲P1和捕获脉冲C1。由于捕获脉冲臂中设置有时间延迟线和衰减器，时间延迟线提供延迟量Δτ，使得输出的捕获脉冲与主脉冲之间的时域间距为Δτ，同时由于分光、损耗、衰减等原因，经非平衡马赫-曾德干涉仪生成的主脉冲P1和捕获脉冲C1的能量均小于孤子脉冲S1的能量，在图3中通过脉冲幅度进行能量表征。

在本申请的示例性实施例中，当光纤环形谐振腔中循环的孤子脉冲的数量为多个，并且非平衡马赫-曾德干涉仪提供的延迟量不变时，包含多个孤子脉冲的孤子脉冲串经过非平衡马赫-曾德干涉仪时，每个孤子脉冲都会被非平衡马赫-曾德干涉仪分解形成对应的主脉冲和间隔预设时域间距的捕获脉冲，并且第i个主脉冲的时域位置与孤子脉冲串中第i个孤子脉冲的时域位置相同，第i个捕获脉冲的时域位置与孤子脉冲串中第i+1个孤子脉冲的时域位置相同，其中，i≥1且小于或等于所述孤子脉冲的数量。基于此，生成的孤子脉冲串为等强度、等间隔的孤子脉冲串。

值得注意的是，当i=孤子脉冲的数量时，基于最后一个孤子脉冲生成的捕获脉冲的时域位置为即将生成的新的孤子脉冲的时域位置。

在本申请的示例性实施例中，捕获脉冲与主脉冲之间的最小时域间距约为脉冲宽度的5倍，这是由孤子间短程、长程相互作用距离决定，最大时域间距则由延迟线的延迟量决定。

在本申请的示例性实施例中，由于捕获脉冲的强度远远小于主脉冲的强度，仅对主脉冲形成微扰，因此可以将第一光纤耦合器和第二光纤耦合器的输出耦合比设置为20:80~10:90，当然还可以设置为其它比值，通过衰减器对初始捕获脉冲的强度进行衰减，以使捕获脉冲的强度远小于主脉冲的强度，相对于主脉冲为微扰。另外，第一光纤耦合器和第二光纤耦合器的输出耦合比可以相同，也可以不同，本申请实施例对此不作具体限定。

在本申请的示例性实施例中，偏振控制器107用于基于非线性效应对光纤环形谐振腔中的信号光的偏振态和损耗进行优化。在本申请的实施例中，偏振控制器107可以是挤压式光纤偏振控制器或者三环式光纤偏振控制器，当偏振控制器107为挤压式光纤偏振控制器时，可以通过挤压光纤的方式改变挤压处光纤的形状，进而实现对经过偏振控制器107的信号光的偏振态和损耗的优化，例如常规光纤的截面为圆形，通过对光纤进行挤压，可以将截面挤压为椭圆形，使得经过的信号光的偏振态发生改变，并增大循环孤子脉冲的损耗，实现孤子脉冲串的稳定输出；当偏振控制器107为三环式光纤偏振控制器时，可以通过改变光纤的形状对经过偏振控制器107的信号光的偏振态和损耗进行优化。

在本申请的示例性实施例中，输出耦合器104的大输出比端口尾纤与波分复用器102的参考端尾纤熔接，用于将大部分脉冲信号光能量留在光纤环形谐振腔中维持激光运转，少部分脉冲信号光能量则通过输出耦合器104的小输出比端口尾纤输出，用于测量和应用。在本申请的实施例中，输出耦合器的输出耦合比可以根据泵浦源101的补偿能力进行具体设置，当泵浦源101的补偿能力较高时，可以将输出耦合比中的输出功率占比提高，例如将输出耦合比中的输出功率设置为50:50、60:40、70:30，等等，当泵浦源的补偿能力较低时，则可以将输出耦合比中的循环功率占比提高，例如将预设输出耦合比设置为10:90、20:80、30:70，等等。

本申请中基于自注入锁定生成孤子脉冲串的全光纤激光器，初始阶段的连续信号光经可饱和吸收体转变为脉冲信号光，随着脉冲信号光在光纤环形谐振腔中不断进行循环振荡，光纤环形谐振腔实现稳定的单脉冲锁模态。在稳定的单脉冲锁模态下，可饱和吸收体能够输出孤子脉冲，非平衡马赫-曾德干涉仪能够将该孤子脉冲分解，形成主脉冲和与主脉冲间隔预设时域间距的捕获脉冲，当主脉冲和捕获脉冲合并后在腔中循环时，增大泵浦源的泵浦功率，基于腔致峰值功率钳位效应，主脉冲分裂生成新的主脉冲，同时捕获脉冲能够捕获新的主脉冲并将其锁定在捕获脉冲所在的时域位置，最后基于孤子能量量子化效应，主脉冲和新的主脉冲能量增加，转换为孤子脉冲，进而形成包含多个孤子脉冲的孤子脉冲串。本申请一方面，由于激光器是全光纤结构，集成度高、成本低、操作简单，并且对于增益光纤的类型不作要求，因此本申请中的全光纤激光器具有普适性和较大的应用前景；另一方面，由于捕获脉冲是通过非平衡马赫-曾德干涉仪中的捕获脉冲臂对可饱和吸收体输出的孤子脉冲进行分光形成的，属于自注入捕获脉冲，并且基于捕获脉冲能够定向诱导孤子脉冲的分裂和时域锁定，同时所利用的腔致峰值功率钳位效应和孤子能量量子化效应实现孤子脉冲串的生成，是全光非线性过程，无需外部能量注入和电控，降低了生成孤子脉冲串的难度；再一方面，孤子是一种稳定性很高的超短脉冲，因此基于本申请中的全光纤激光器生成的孤子脉冲串是一种高稳定性的激光脉冲串；最后一方面，孤子脉冲串中脉冲间距和脉冲数量分别由延迟量和泵浦功率决定，因此孤子脉冲的间距和数量具有灵活的可调谐性。

本申请还提供了一种基于自注入锁定生成孤子脉冲串的方法，该方法是基于上述的基于自注入锁定生成孤子脉冲串的全光纤激光器实现的，图4示意性示出了基于自注入锁定生成孤子脉冲串的方法的流程示意图，如图4所示，该流程至少包括步骤S401-S403：

步骤S401：在所述光纤环形谐振腔处于稳定的单脉冲锁模态时，通过所述非平衡马赫-曾德干涉仪将所述光纤环形谐振腔中循环的孤子脉冲按照预设耦合比分解为主脉冲和初始捕获脉冲，对所述初始捕获脉冲进行时延和衰减处理形成捕获脉冲，并将所述主脉冲和所述捕获脉冲合并循环；

步骤S402：增加所述泵浦源的泵浦功率，以使所述主脉冲分解生成新的主脉冲；通过所述捕获脉冲将所述新的主脉冲捕获并锁定至其所在的时域位置，并基于孤子能量量子化效应生成所述孤子脉冲串。

接下来，基于图1所示的基于自注入锁定生成孤子脉冲串的全光纤激光器的架构和图2所示的非平衡马赫-曾德干涉仪的结构，对本申请实施例中基于自注入锁定生成孤子脉冲串的方法进行详细说明。

在步骤S401中，在所述光纤环形谐振腔处于稳定的单脉冲锁模态时，通过所述非平衡马赫-曾德干涉仪将所述光纤环形谐振腔中循环的孤子脉冲按照预设耦合比分解为主脉冲和初始捕获脉冲，对所述初始捕获脉冲进行时延和衰减处理形成捕获脉冲，并将所述主脉冲和所述捕获脉冲合并循环。

在本申请的示例性实施例中，由于信号光是在光纤环形谐振腔中不断循环振荡的，因此对于不同的光循环周期，腔中传输的信号光的类型不同。考虑到本申请的目的是要获取孤子脉冲串，而孤子脉冲产生的条件是光纤环形谐振腔实现稳定的单脉冲锁模态，因此本申请实施例中仅针对光纤环形谐振腔实现稳定的单脉冲锁模态后的方案进行说明。为了方便描述，将可饱和吸收体输出的孤子脉冲进入非平衡马赫-曾德干涉仪开始到下一次可饱和吸收体输出孤子脉冲作为一个脉冲循环周期，基于此，在本申请的实施例中，孤子脉冲串的生成可以在光纤环形谐振腔实现稳定的单脉冲锁模态后，通过多个脉冲循环周期实现，具体地：

第一个脉冲循环周期为光纤环形谐振腔初次实现稳定的单脉冲锁模态，在第一个脉冲循环周期中，可饱和吸收体输出一个孤子脉冲，不存在孤子脉冲串的生成。

随着脉冲循环周期的迭代增加，孤子脉冲的数量增加，进而生成孤子脉冲串，在本申请实施例中，当非平衡马赫-曾德干涉仪提供的延迟量不变时，随着脉冲循环周期的递增，孤子脉冲的数量是以1为公差进行递增的，也就是说，当为第N个脉冲循环周期时，光纤环形谐振腔中会存在N个孤子脉冲。

在本申请的示例性实施例中，随着孤子脉冲在光纤环形谐振腔中循环，当孤子脉冲进入非平衡马赫-曾德干涉仪后，非平衡马赫-曾德干涉仪能够按照预设耦合比将孤子脉冲分解为主脉冲和初始捕获脉冲，接着可以对初始捕获脉冲进行时延和衰减处理形成与主脉冲间隔预设时域间距的捕获脉冲，最后将主脉冲和捕获脉冲进行合并即可得到一脉冲串，该脉冲串在腔中循环，并在腔致峰值功率钳位效应和孤子能量量子化效应的作用下生成孤子脉冲串。

图5示意性示出了基于图2所示的非平衡马赫-曾德干涉仪的结构生成脉冲串的流程示意图，如图5所示：在步骤S501中，通过第一光纤耦合器根据第一耦合比将孤子脉冲分解为主脉冲和初始捕获脉冲；在步骤S502中，通过第二光纤耦合器的大输出比端口将第一光纤耦合器的大输出比端口输出的主脉冲输入至第二光纤耦合器；在步骤S503中，初始捕获脉冲经时间延迟线延迟以及衰减器衰减形成捕获脉冲，并通过第二光纤耦合器的小输出比端口将捕获脉冲输入至第二光纤耦合器；在步骤S504中，在第二光纤耦合器中，将主脉冲和捕获脉冲合并，并通过第二光纤耦合器的公共端口输出进行循环。

其中，在步骤S502中，由于捕获脉冲是通过时间延迟线和衰减器对初始捕获脉冲进行时延和衰减形成的，因此捕获脉冲与主脉冲之间存在预设时域间距，且该预设时域间距与时间延迟线的延迟量相同，同时由于衰减器的作用，捕获脉冲的强度远小于主脉冲，只会对主脉冲形成微扰，并且当捕获脉冲在光纤环形谐振腔中循环时，仍具有捕获新的主脉冲的能力。

在步骤S402中，增加所述泵浦源的泵浦功率，以使所述主脉冲分解生成新的主脉冲；通过所述捕获脉冲将所述新的主脉冲捕获并锁定至其所在的时域位置，并基于孤子能量量子化效应生成所述孤子脉冲串。

在本申请的示例性实施例中，当步骤S504中合并生成的脉冲串在腔中循环时，可以增加泵浦源的泵浦功率，这样在腔致峰值功率钳位效应的作用下，主脉冲能量达到极值后将发生分裂而产生新的主脉冲，捕获脉冲与该新的主脉冲相互吸引，将其锁定在捕获脉冲所在的时域位置，两个主脉冲间距为主脉冲与捕获脉冲之间的时域间距。进一步地，在孤子能量量子化效应的作用下，两个主脉冲最终达到相同的强度，转换为孤子脉冲，进而形成包含多个孤子脉冲的孤子脉冲串。

在本申请的示例性实施例中，当光纤环形谐振腔中循环的孤子脉冲的数量为多个，并且非平衡马赫-曾德干涉仪提供的延迟量不变时，非平衡马赫-曾德干涉仪能够将多个孤子脉冲分解形成多个主脉冲和多个初始捕获脉冲，其中第i个主脉冲的时域位置与第i个孤子脉冲的时域位置相同；多个初始捕获脉冲依次经时间延迟线延迟以及衰减器衰减，能够形成多个捕获脉冲，其中第i个捕获脉冲的时域位置与第i+1个孤子脉冲的时域位置相同，也就是说，第i个捕获脉冲与第i+1个主脉冲的时域位置重合，i≥1且小于或等于所述孤子脉冲的数量。基于此，能够生成等强度、等间距的孤子脉冲串。

值得说明的是，当i=孤子脉冲的数量时，第i个捕获脉冲的时域位置与即将生成的新的孤子脉冲的时域位置相同。

为了使本申请的技术方案更清楚，接下来，针对延迟量不变的情况，以第一个循环周期~第三个循环周期生成包含三个孤子脉冲的孤子脉冲串为例，对本申请中基于自注入锁定生成孤子脉冲串的流程进行说明。

图6示意性示出了生成包含三个孤子脉冲的孤子脉冲串的流程示意图，如图6所示：

在第一个脉冲循环周期T1中，光纤环形谐振腔初次实现稳定的单脉冲锁模态，可饱和吸收体输出一个孤子脉冲S1；

在第二个脉冲循环周期T2中，该孤子脉冲S1通过非平衡马赫-曾德干涉仪，生成主脉冲P1和间隔预设时域间距Δτ的捕获脉冲C1，增加泵浦源的泵浦功率，主脉冲P1分裂出新的主脉冲P2，捕获脉冲C1将新的主脉冲P2捕获并锁定在其所在的时域位置，并且在孤子能量量子化效应的作用下，主脉冲P1和新的主脉冲P2能量增大，转换为孤子脉冲S1和S2，生成包含2个孤子脉冲的孤子脉冲串M1；

在第三个脉冲循环周期T3中，非平衡马赫-曾德干涉仪将第二个循环周期生成的孤子脉冲串M1中的第一个孤子脉冲S1分解形成主脉冲P1和间隔预设时域间距Δτ的捕获脉冲C1，将第二个孤子脉冲S2分解形成主脉冲P3和间隔预设时域间距Δτ的捕获脉冲C2，其中，主脉冲P1的时域位置与第一个孤子脉冲S1的时域位置相同，捕获脉冲C1的时域位置与第二个孤子脉冲S2/主脉冲P3的时域位置相同，主脉冲P3的时域位置与第二个孤子脉冲S2的时域位置相同，捕获脉冲C2的时域位置即为即将生成的第三孤子脉冲S3的时域位置。主脉冲P1、P3和捕获脉冲C1、C2在腔中循环时，增大泵浦功率，主脉冲P1分裂出新的主脉冲P2，捕获脉冲C1将新的主脉冲P2捕获至其所在的时域位置，同时，主脉冲P3分裂出新的主脉冲P4，捕获脉冲C2将新的主脉冲P4捕获至其所在的时域位置；接着，在孤子能量量子化效应下，主脉冲P1、P3和新的主脉冲P2、P4的能量增大，转换为孤子脉冲S1、S2和S3，即生成包含3个孤子脉冲的孤子脉冲串M2。

值得注意的是，虽然在第三个脉冲循环周期中，第二个孤子脉冲S2的时域位置叠加有捕获脉冲C1和主脉冲P3，在捕获脉冲C1捕获并锁定新的主脉冲P2后，第二个孤子脉冲S2的时域位置叠加有主脉冲P3和新的主脉冲P2，但是在孤子能量量子化效应的作用下，脉冲的能量不会发生变化，多余的能量会被分配至其它的主脉冲。

基于图6所示的生成包含3个孤子脉冲的孤子脉冲串的方法，通过不断循环，继续增大泵浦功率，可以级联生成新的捕获脉冲和主脉冲，获得时域间距和数目可控的孤子脉冲串，最终可以生成孤子脉冲填满整个光纤环形谐振腔的孤子脉冲串。

接下来，以一具体实施例对本申请中基于自注入锁定生成孤子脉冲串的方法进行说明。

全光纤激光器中的泵浦源采用中心波长为976 nm的连续半导体激光器；波分复用器采用980/1550 nm的拉锥耦合波分复用器；增益光纤为长7.2 m、群速度色散为21.3 ps2/km的掺铒光纤；可饱和吸收体为碳纳米管复合物薄膜；第一光纤耦合器和第二光纤耦合器的输出耦合比均为10:90，其中第一光纤耦合器10%端口尾纤与时间延迟线、衰减器和第二光纤耦合器的10%端口尾纤依次熔接形成捕获脉冲臂，第一光纤耦合器90%端口尾纤与第二光纤耦合器的90%端口尾纤熔接形成主脉冲臂，捕获脉冲臂中的时间延迟线的延迟量范围为[0, 660 ps]，衰减器的衰减量范围为[0.5 dB, 60 dB]；偏振控制器为挤压式光纤偏振控制器；输出耦合器的输出耦合比为10:90，其中10%功率输出至腔外，90%功率留在腔内继续运转；各光学元器件的尾纤均采用中心波长为1550 nm的标准单模光纤制成，单模光纤的总长度为9.8 m，群速度色散−21.7 ps2/km。

在本申请实施例中，全光纤激光器的谐振腔的净色散为−0.06 ps2，在碳纳米管复合物薄膜的非线性可饱和吸收效应的作用下，通过控制光纤长度、泵浦功率、偏振控制器等调控全光纤激光的谐振腔中的色散、非线性、增益和损耗等参量，使全光纤激光器处于稳定的单脉冲锁模态，即孤子锁模态。在孤子锁模态下，实现孤子脉冲串的生成。

当光纤环形谐振腔处于稳定的单脉冲锁模态时，可饱和吸收体输出一孤子脉冲，该孤子脉冲经第一光纤耦合器分为一个能量为10%的第一初始捕获脉冲和一个能量为90%的第一主脉冲，第一初始捕获脉冲经时间延迟线时延Δτ和衰减器衰减后形成与第一主脉冲间隔预设时域间距Δτ且强度相对于主脉冲为微扰的第一捕获脉冲，第一捕获脉冲与第一主脉冲一起在第二光纤耦合器中合并进入光纤环形谐振腔中继续传输。由于传输过程中的损耗以及衰减器对时延后的第一初始捕获脉冲的衰减，进入腔内的第一主脉冲能量约为81%，第一捕获脉冲能量约为0~8%。

第一捕获脉冲和第一主脉冲在腔内传输时，若泵浦源的泵浦功率不变，则腔内仅有一个主脉冲和一个强度极小的捕获脉冲在循环；若增大泵浦功率，第一主脉冲的能量达到极值后将发生分裂产生第二主脉冲，同时由于腔致峰值功率钳位效应，第一捕获脉冲与第二主脉冲相互吸引，将其锁定在第一捕获脉冲所在的时域位置，这样，第一捕获脉冲和第二主脉冲间距Δτ；进一步地，在孤子能量量子化效应的作用下，第一捕获脉冲和第二主脉冲达到相同的强度，转换为第一孤子脉冲和第二孤子脉冲，即生成包含两个孤子脉冲的孤子脉冲对，其中第一孤子脉冲和第二孤子脉冲之间的时域间距与第一主脉冲和第一捕获脉冲之间的时域间距Δτ相同。

随着循环的进行，第一孤子脉冲和第二孤子脉冲在经过非平衡马赫-曾德干涉仪后又产生第一主脉冲和与第一主脉冲间隔预设时域间距Δτ的第一捕获脉冲，以及第二主脉冲和与第二主脉冲间隔预设时域间距Δτ的第二捕获脉冲，继续增大泵浦功率，第一主脉冲分裂产生第三主脉冲，第二主脉冲分裂产生第四主脉冲，第三主脉冲被第一捕获脉冲捕获并锁定在第一捕获脉冲所在的时域位置，即第二主脉冲所在的时域位置，第四主脉冲被第二捕获脉冲捕获并锁定在第二捕获脉冲所在的时域位置，由于第二主脉冲和第三主脉冲的时域位置重合，因此在孤子能量量子化效应的作用下，第一主脉冲、第二主脉冲、第三主脉冲和第四主脉冲转换为生成第一孤子脉冲、第二孤子脉冲和第三孤子脉冲，即生成包含三个孤子脉冲的孤子脉冲串，其中相邻两个孤子脉冲之间的时域间距与主脉冲和捕获脉冲之间的时域间距Δτ相同；

不断循环，通过增大泵浦功率，级联生成新的捕获脉冲和主脉冲，获得数目可控的孤子脉冲串。进一步，通过调节时间延迟线的延迟量，获得间距可控和数目可控的孤子脉冲串。

图7示出了由捕获脉冲到新的主脉冲的演化过程，如图7所示，在第15圈之前，通过调控时间延迟线的延迟量和衰减器的衰减量，腔中仅存在一个初始主脉冲和一个与初始主脉冲间距15 ps的捕获脉冲，捕获脉冲的强度相对于主脉冲的强度很小，仅为微扰，随着泵浦功率增大至20 mW时，初始主脉冲分裂出新生主脉冲，捕获脉冲捕获新生主脉冲并将其锁定在捕获脉冲所在的时域位置。

在本申请的示例性实施例中，通过调节时间延迟线的延迟量，可以获取具有不同时域间隔的孤子脉冲串；通过调节泵浦源的泵浦功率，可以获取具有不同孤子脉冲数量的孤子脉冲串。

当泵浦功率保持不变时，通过调节时间延迟线的延迟量，可以调节孤子脉冲串中相邻孤子脉冲之间的脉冲间距。图8示出了泵浦功率20 mW时对应不同脉冲间距的孤子脉冲对的自相关图，如图8所示，图中示出了对应四个孤子脉冲对的自相关曲线A、B、C、D，自相关曲线A、B、C、D中孤子脉冲对的脉冲间距分别为15 ps、40 ps、45.5 ps和65 ps。

当延迟量保持不变时，通过增加泵浦功率，能够增加孤子脉冲串中孤子脉冲的数量。图9示出了延迟量15 ps时增大泵浦功率生成的孤子脉冲串的脉冲序列图，如图9所示，延迟量保持为15 ps，当泵浦功率从20 mW增大至70 mW时，孤子脉冲串中孤子脉冲的数量从2个变为7个，相邻孤子脉冲之间的脉冲间距仍为15 ps。

图10示出了包含7个孤子脉冲的孤子脉冲串的自相关图，如图10所示，相邻孤子脉冲之间的脉冲间距为15 ps。

图11示出了包含7个孤子脉冲的孤子脉冲串的光谱图，如图11所示，光谱间距为0.55 nm，与脉冲间距呈反比关系。

本申请实施例中的基于自注入锁定生成孤子脉冲串的方法，一方面，通过在锁模的全光纤激光器中设置非平衡马赫-曾德干涉仪，利用非平衡马赫-曾德干涉仪在全光纤激光器中自注入捕获脉冲，定向诱导孤子脉冲的分裂和时域锁定，同时所利用的腔致峰值功率钳位效应和孤子能量量子化效应，无需外部能量注入和电控，并且该方法适用于不同波段增益光纤的锁模激光器，具有普适性；另一方面，全光纤激光器内部产生孤子脉冲串是腔内色散、非线性、增益和损耗等参量相互平衡的结果，孤子脉冲串的产生满足腔内脉冲自洽条件，是一种孤子束缚态，稳定性高；再一方面，孤子脉冲串内的孤子脉冲间距和数量分别由时间延迟线的延迟量和泵浦功率决定，因此孤子脉冲串中脉冲间距和脉冲数量具有灵活的可调谐性。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其他实施例。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求指出。

Claims (10)

1.一种基于自注入锁定生成孤子脉冲串的全光纤激光器，其特征在于，包括：

由依次熔接的泵浦源、波分复用器、增益光纤、隔离器、可饱和吸收体、非平衡马赫-曾德干涉仪、偏振控制器、输出耦合器形成的光纤环形谐振腔；

所述非平衡马赫-曾德干涉仪用于在所述光纤环形谐振腔处于稳定的单脉冲锁模态时，将所述光纤环形谐振腔中循环的孤子脉冲按照预设耦合比分解形成主脉冲和与所述主脉冲间隔预设时域间距的捕获脉冲，所述捕获脉冲用于在所述泵浦源的泵浦功率增加后，将所述主脉冲分裂生成的新的主脉冲捕获并锁定至其所在的时域位置；最后基于孤子能量量子化效应生成包含多个孤子脉冲的孤子脉冲串。

2.根据权利要求1所述的全光纤激光器，其特征在于：所述非平衡马赫-曾德干涉仪包括第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、时间延迟线和衰减器，所述第一光纤耦合器的公共端尾纤与所述可饱和吸收体的输出端尾纤熔接，所述第一光纤耦合器的大输出比端口尾纤和所述第二光纤耦合器的大输出比端口尾纤熔接，所述第一光纤耦合器的小输出比端口尾纤、所述时间延迟线、所述衰减器和所述第二光纤耦合器的小输出比端口尾纤依次熔接，所述第二光纤耦合器的公共端尾纤与所述偏振控制器的输入端尾纤熔接。

3.根据权利要求2所述的全光纤激光器，其特征在于：

所述第一光纤耦合器用于将所述孤子脉冲按照所述预设耦合比分解为初始捕获脉冲和所述主脉冲；

所述时间延迟线用于对所述初始捕获脉冲提供延迟量，以控制所述捕获脉冲与所述主脉冲之间的时域间距；

所述衰减器用于对所述初始捕获脉冲的强度进行衰减，以使所述捕获脉冲的强度相对于所述主脉冲的强度为微扰，且当所述捕获脉冲在所述光纤环形谐振腔中循环时具有捕获并锁定所述新的主脉冲的能力；

所述第二光纤耦合器用于将所述主脉冲和所述捕获脉冲进行合并，并输出至所述光纤环形谐振腔中进行循环。

4.根据权利要求3所述的全光纤激光器，其特征在于，所述捕获脉冲与所述主脉冲之间的时域间距等于所述延迟量。

5.根据权利要求1所述的全光纤激光器，其特征在于：当所述光纤环形谐振腔中循环的孤子脉冲的数量为多个，并且所述非平衡马赫-曾德干涉仪提供的延迟量不变时，第i个孤子脉冲分解形成的第i个主脉冲与所述第i个孤子脉冲的时域位置相同，第i个捕获脉冲的时域位置与第i+1个孤子脉冲的时域位置相同，其中i≥1，且小于或等于所述孤子脉冲的数量。

6.根据权利要求1所述的全光纤激光器，其特征在于，所述泵浦源、所述波分复用器、所述增益光纤、所述隔离器、所述可饱和吸收体、所述非平衡马赫-曾德干涉仪、所述偏振控制器和所述输出耦合器的尾纤都是由单模光纤形成的，所述单模光纤的工作波段与所述增益光纤的增益波段相同。

7.一种基于自注入锁定生成孤子脉冲串的方法，应用于如权利要求1-6任一项所述的基于自注入锁定生成孤子脉冲串的全光纤激光器，其特征在于，包括：

在所述光纤环形谐振腔处于稳定的单脉冲锁模态时，通过所述非平衡马赫-曾德干涉仪将所述光纤环形谐振腔中循环的孤子脉冲按照预设耦合比分解为主脉冲和初始捕获脉冲，对所述初始捕获脉冲进行时延和衰减处理形成所述捕获脉冲，并将所述主脉冲和所述捕获脉冲合并循环；

增加所述泵浦源的泵浦功率，以使所述主脉冲分解生成新的主脉冲；通过所述捕获脉冲将所述新的主脉冲捕获并锁定至其所在的时域位置，并基于孤子能量量子化效应生成所述孤子脉冲串。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述非平衡马赫-曾德干涉仪包括第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、时间延迟线和衰减器；

所述通过所述非平衡马赫-曾德干涉仪按照预设耦合比将所述光纤环形谐振腔中循环的孤子脉冲分解为主脉冲和初始捕获脉冲，对所述初始捕获脉冲进行时延和衰减处理形成所述捕获脉冲，并将所述主脉冲和所述捕获脉冲合并循环，包括：

通过所述第一光纤耦合器根据所述预设耦合比将所述孤子脉冲分解为所述主脉冲和所述初始捕获脉冲；

通过所述第二光纤耦合器的大输出比端口将所述第一光纤耦合器的大输出比端口输出的所述主脉冲输入至所述第二光纤耦合器；

所述初始捕获脉冲经所述时间延迟线延迟以及所述衰减器衰减形成所述捕获脉冲，并通过所述第二光纤耦合器的小输出比端口将所述捕获脉冲输入至所述第二光纤耦合器；

在所述第二光纤耦合器中，将所述主脉冲和所述捕获脉冲合并，并通过所述第二光纤耦合器的公共端口输出进行循环。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述光纤环形谐振腔中循环的孤子脉冲的数量为多个，并且所述时间延迟线的延迟量不变；所述方法还包括：

通过所述非平衡马赫-曾德干涉仪对各所述孤子脉冲进行分解，形成多个主脉冲和多个初始捕获脉冲，其中，第i个主脉冲的时域位置与第i个孤子脉冲的时域位置相同；

所述多个初始捕获脉冲经所述时间延迟线延迟以及所述衰减器衰减，形成多个捕获脉冲，其中，第i个捕获脉冲的时域位置与第i+1个孤子脉冲的时域位置相同，i≥1且小于或等于所述孤子脉冲的数量。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过调节所述衰减器的衰减量，以使所述捕获脉冲的强度相对于所述主脉冲的强度为微扰，且当所述捕获脉冲在所述光纤环形谐振腔中循环时，具有捕获所述新的主脉冲的能力；

通过调节所述时间延迟线的延迟量，以获取具有不同时域间隔的孤子脉冲串；

通过调节所述泵浦源的泵浦功率，以获取具有不同孤子脉冲数量的孤子脉冲串。