CN201656239U - 全光纤掺镱超短脉冲激光器 - Google Patents
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Abstract
一种全光纤掺镱超短脉冲激光器，包括掺镱光纤、波分复用器、泵浦激光器、半导体可饱和吸收镜、非线性光纤环形镜和光纤隔离器，连接关系如下：所述的泵浦激光器接所述的波分复用器的第一输入端，所述的半导体可饱和吸收镜直接粘合在单模光纤的一个端面上，该单模光纤的另一端接所述的波分复用器另一输入端，该波分复用器的输出端与所述的掺镱光纤的一端连接，该掺镱光纤的另一端与所述的非线性光纤环形镜的反射端连接，该非线性光纤环形镜的透射端接所述的光纤隔离器的输入端，该光纤隔离器输出端构成全光纤掺镱超短脉冲激光器的输出端。本实用新型具有全光纤化、结构紧凑、调节简单、操作方便、易于封装、运行稳定、可自启动能力强等特点。
Description
技术领域
本发明涉及光纤激光器，特别是一种全光纤掺镱超短脉冲激光器。
背景技术
光纤锁模激光器具有结构简单、易于调节、稳定性好、封闭式的波导结构等优点，在光通信、工业、医学等各个领域得到了越来越广泛的应用。掺镱石英光纤具有宽的吸收谱和增益带宽，较高的量子效率，无激发态吸收、无浓度淬灭等优点，以掺镱光纤为增益介质的光纤锁模激光器近几年获得了迅速发展。由于在1μm附近，普通石英光纤具有较强的正常色散，为了更好的实现锁模，通常需要在激光器腔内进行色散补偿。目前用于1μm波段的色散补偿方法主要有光栅对、棱镜对、光子晶体光纤。这些方法都必须在腔内引入体器件作为色散补偿元件或是光束耦合元件，具有较大的损耗，大大增加了激光器的复杂性、调节难度和成本，同时也破坏了光纤激光器特有的封闭式波导结构，激光器容易受环境影响，稳定性差，使光纤激光器的优点大打折扣。
在光纤锁模激光器中，有效的锁模手段主要有非线性偏振旋转效应、非线性光纤环形镜和半导体可饱和吸收镜几种。其中半导体可饱和吸收镜具有较长的恢复时间，容易实现锁模自启动，但恢复时间也限制了使用该锁模方法获得的最小脉冲宽度。非线性偏振旋转效应和非线性光纤环形镜具有飞秒量级的恢复时间，可被用作快可饱和吸收体锁模得到高质量的锁模脉冲。但较短的恢复时间限制了锁模的自启动能力，激光器的可重复自启动性差。同时，非线性偏振旋转锁模激光器的运行状态对偏振状态相当敏感，容易受到温度、机械振动等环境因素的影响，运行稳定性较差。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服上述现有的掺镱光纤超短脉冲激光器的缺点，提供一种掺镱全光纤超短脉冲激光器，该激光器具有全光纤化、结构紧凑、调节简单、易于封装、操作方便、运行稳定和自启动能力强的特点。
本发明的技术解决方案如下：
一种掺镱全光纤超短脉冲激光器，其特点在于构成包括掺镱光纤、波分复用器、泵浦激光器、半导体可饱和吸收镜、非线性光纤环形镜和光纤隔离器，连接关系如下：
所述的非线性光纤环形镜是由2×2光纤耦合器同侧的两个光纤端连接构成环状，该2×2光纤耦合器另一侧的两个光纤端分别作为非线性光纤环形镜(9)的反射端和透射端；所述的半导体可饱和吸收镜是将半导体可饱和吸收体与布拉格反射镜集成的器件；
所述的泵浦激光器接所述的波分复用器的第一输入端，所述的半导体可饱和吸收镜直接粘合在单模光纤的一个端面上，该单模光纤的另一端接所述的波分复用器另一输入端，该波分复用器的输出端与所述的掺镱光纤的一端连接，该掺镱光纤的另一端与所述的非线性光纤环形镜的反射端连接，该非线性光纤环形镜的透射端接所述的光纤隔离器的输入端，该光纤隔离器输出端构成全光纤掺镱超短脉冲激光器的输出端。
所述的非线性光纤环形镜为：
所述的2×2光纤耦合器的分束比为50∶50，该2×2光纤耦合器一侧的两个光纤端具有不同的长度的光纤与一个光学损耗元件和一个偏振控制器串连构成环状，所述的光学损耗元件的损耗控制在0.05dB～0.1dB，所述的光学损耗元件是光纤分束器，或偏振非灵敏型衰减器；
或
所述的2×2光纤耦合器的分束比的取值范围为：51∶49～60∶40，将该2×2光纤耦合器一侧的两个光纤端与偏振控制器的两端相连构成环状。
将一个2×2光纤耦合器一侧的两个光纤端连接构成非线性光纤环形镜，该耦合器另一侧的两光纤端分别作为非线性光纤环形镜的反射端和透射端。
在非线性光纤环形镜内连接一个偏振控制器用来控制偏振态。
本发明除光纤激光增益采用掺镱光纤外，腔内其它光纤全部为普通单模石英光纤。
本发明的技术效果：
本发明采用无色散补偿的全光纤结构，实现了光纤激光器的封闭式波导特性，避免了色散补偿体器件带来的不良影响。半导体可饱和吸收镜和非线性光纤环形镜相结合，分别提供响应时间为ps量级和fs量级的脉冲窄化作用，提高了激光器的锁模自启动能力、锁模脉冲质量及运行稳定性。本发明以全光纤无色散补偿的激光器实现自启动的稳定的皮秒脉冲输出。本发明具有全光纤化、结构紧凑、调节简单、操作方便、易于封装、运行稳定、可自启动能力强等特点。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图
图2是本发明实施例2的结构示意图
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明，但不应限制本发明的保护范围。
先请参阅图1，图1是本发明实施例1的结构示意图，由图可见，本发明全光纤掺镱超短脉冲激光器，其构成包括掺镱光纤3、波分复用器2、泵浦激光器1、半导体可饱和吸收镜6、非线性光纤环形镜9和光纤隔离器5，连接关系如下：
所述的非线性光纤环形镜9是由2×2光纤耦合器4同侧的两个光纤端连接构成环状，该2×2光纤耦合器4另一侧的两个光纤端分别作为非线性光纤环形镜9的反射端和透射端；所述的半导体可饱和吸收镜6是将半导体可饱和吸收体与布拉格反射镜集成的器件；
所述的泵浦激光器1接所述的波分复用器2的第一输入端，所述的半导体可饱和吸收镜6直接粘合在单模光纤10的一个端面上，该单模光纤10的另一端接所述的波分复用器2另一输入端，该波分复用器2的输出端与所述的掺镱光纤3的一端连接，该掺镱光纤3的另一端与所述的非线性光纤环形镜9的反射端连接，该非线性光纤环形镜9的透射端接所述的光纤隔离器5的输入端，该光纤隔离器5输出端构成全光纤掺镱超短脉冲激光器的输出端8。
所述的非线性光纤环形镜9的构成是所述的2×2光纤耦合器4的分束比的取值范围为：51∶49～60∶40，将该2×2光纤耦合器4一侧的两个光纤端与偏振控制器7的两端相连构成环状。
所述的光纤激光增益介质为掺镱光纤(3)，其它连接光纤为普通单模石英光纤。
本实施例1中，采用一段高掺杂浓度掺镱光纤3作为增益介质，参镱光纤5对泵浦光的吸收率为975dB/m。一个泵浦激光器1的输出端与980nm/1053nm波分复用器2的980nm输入端熔接连接，作为输入泵浦光。980nm/1053nm波分复用器2的输出端与掺镱光纤3连接用于将泵浦光输入到掺镱光纤3中产生激光振荡。半导体可饱和吸收镜6吸收面直接粘合在一段单模光纤10的一个端面上，该光纤的另一端与波分复用器2的1053nm输入端熔接连接。将一个2×2光纤耦合器4一侧的两光纤端连接构成非线性光纤环形镜9，该耦合器4另一侧的两光纤端分别作为非线性光纤环形镜9的反射端和透射端。非线性光纤环形镜9反射端与掺镱光纤3连接，透射端连接一个光纤隔离器5的输入端。光纤隔离器5输出端连接一段单模光纤10为该全光纤掺镱超短脉冲激光器的输出端8。
本实施例的非线性光纤环形镜9采用耦合器4的分束比为60∶40，将耦合器4一侧的两光纤端熔接一个偏振控制器7用来调节偏振态。
本实施例的半导体可饱和吸收镜6是将半导体可饱和吸收体与布拉格反射镜集成的器件。半导体可饱和吸收镜6的饱和吸收20％，调制深度30％，饱和通量90J/cm2，恢复时间为9ps。半导体可饱和吸收镜6直接粘合在一段单模光纤10的一个端面上，单模光纤10的另一端面与波分复用器2的1053nm输入端连接。
本实施例中除光纤激光增益采用掺镱光纤3外，腔内其它光纤全部为普通单模石英光纤10。
激光器进入锁模状态后，直接关闭泵浦激光器1后再开启，激光器可直接恢复到相同的锁模脉冲状态。在锁模运行中，激光器输出稳定，环境温度的轻微变化、实验台的振动或轻微碰触光纤都不会影响激光器锁模。证明该发明具有很好的自启动能力和稳定性。
实施例2如图2所示。
本实施例的结构与实施例1的结构基本相同，不同点在于所述的2×2光纤耦合器4的分束比为50∶50，该2×2光纤耦合器4一侧的两个光纤端具有不同的长度的光纤与一个光学损耗元件和一个偏振控制器7串连构成环状，所述的光学损耗元件的损耗控制在0.05dB～0.1dB，所述的光学损耗元件是光纤分束器41。
本发明的工作原理如下：
将泵浦激光器1泵浦功率加到100mW以上，泵浦激光器1的泵浦光通过普通单模石英光纤、经波分复用器2进入掺镱光纤3中产生连续的激光。由于连续激光在腔内具有随机变化的相位，由噪声引起初始光脉冲。初始光脉冲进入非线性光纤环形镜9的反射端，通过2×2耦合器4被分成沿相反方向传输的两束光，两束光具有相同的光程，但两束光的强度不同，因而由光纤自相位调制等非线性效应引起不同的非线性相移，导致两光束存在相位差。因为自相位调制引起的非线性相移与强度有关，所以两光束在脉冲不同部分由非线性相移引起的相位差不同。传输一周后，两光束具有与脉冲瞬时强度有关的相位差并回到耦合器4中相干叠加。根据相干叠加原理，如果两光束的相位差为2π的整数倍，则两光束干涉相长，光束能量大部分沿非线性光纤环形镜9反射端原路返回进入掺镱光纤3，非线性光纤环形镜9起到高反射镜的作用。如果两光束相位差为π的奇数倍，则两光束干涉相消，光束大部分能量进入非线性光纤环形镜9透射端，通过光纤隔离器5后沿激光器输出端8输出。调节偏振控制器7，通过改变光束偏振态来调节两光束的非线性相移，使两光束在脉冲峰值部分实现干涉相长，而在脉冲边缘部分实现干涉相消。从而使脉冲峰值部分被非线性光纤环形镜9反射回腔内，脉冲边缘部分沿透射端输出，实现腔内脉冲的窄化。窄化后的脉冲沿非线性光纤环形镜9反射端进入掺镱光纤3被放大，并通过波分复用器2的1053nm输出端到达半导体可饱和吸收镜6。经半导体可饱和吸收镜6的窄化并反射后，脉冲通过波分复用器2进入掺镱光纤3放大后再次进入非线性光纤环形镜9。如此往复直至形成稳定的锁模光脉冲。实验中通过调节偏振控制器7使激光器工作在锁模脉冲状态。激光器输出端8的光纤隔离器5用以避免输出端8的反射光对激光器的影响。
Claims (3)
1.一种全光纤掺镱超短脉冲激光器，其特征在于构成包括掺镱光纤(3)、波分复用器(2)、泵浦激光器(1)、半导体可饱和吸收镜(6)、非线性光纤环形镜(9)、偏振控制器(7)和光纤隔离器(5)，连接关系如下：
所述的非线性光纤环形镜(9)是由2×2光纤耦合器(4)同侧的两个光纤端连接构成环状，该2×2光纤耦合器(4)另一侧的两个光纤端分别作为非线性光纤环形镜(9)的反射端和透射端；所述的半导体可饱和吸收镜(6)是将半导体可饱和吸收体与布拉格反射镜集成的器件；
所述的泵浦激光器(1)接所述的波分复用器(2)的第一输入端，所述的半导体可饱和吸收镜(6)直接粘合在单模光纤(10)的一个端面上，该单模光纤(10)的另一端接所述的波分复用器(2)另一输入端，该波分复用器(2)的输出端与所述的掺镱光纤(3)的一端连接，该掺镱光纤(3)的另一端与所述的非线性光纤环形镜(9)的反射端连接，该非线性光纤环形镜(9)的透射端接所述的光纤隔离器(5)的输入端，该光纤隔离器(5)输出端构成全光纤掺镱超短脉冲激光器的输出端(8)。
2.根据权利要求1所述的全光纤掺镱超短脉冲激光器，其特征在于所述的非线性光纤环形镜(9)为：
所述的2×2光纤耦合器(4)的分束比为50∶50，该2×2光纤耦合器(4)一侧的两个光纤端具有不同的长度的光纤与一个光学损耗元件和一个偏振控制器(7)串连构成环状，所述的光学损耗元件的损耗控制在0.05dB～0.1dB，所述的光学损耗元件是光纤分束器，或偏振非灵敏型衰减器；或
所述的2×2光纤耦合器(4)的分束比的取值范围为：51∶49～60∶40，将该2×2光纤耦合器(4)一侧的两个光纤端与偏振控制器(7)的两端相连构成环状。
3.根据权利要求1的所述的全光纤掺镱超短脉冲激光器，其特征在于所述的光纤激光增益介质为掺镱光纤(3)，其它连接光纤为普通单模石英光纤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20101124 |
|
| CX01 | Expiry of patent term |