CN203690692U - 高重复频率全光纤锁模激光器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了高重复频率全光纤锁模激光器，包括激光泵浦源、集成光器件、高增益光纤和偏振旋转光纤，激光泵浦源与集成光器件的泵浦输入端连接，集成光器件的公共端、高增益光纤、偏振旋转光纤和集成光器件的信号输入端顺次连接，形成环路构成光学谐振腔；集成光器件的输出端作为激光的信号输出；所述高增益光纤的纤芯掺杂高浓度的发光离子，发光离子为镧系离子、过渡金属离子中一种或多种的组合体，光纤单位长度增益大于1dB/cm，长度小于10cm。本实用新型大大缩短了激光器的腔长，可实现激光重复频率大于500MHz的超短激光脉冲输出。本实用新型所述激光器具有全光纤结构，结构简单紧凑。
Description
技术领域
本实用新型涉及超短脉冲激光领域，具体涉及高重复频率全光纤锁模激光器。
背景技术
高重复频率超短脉冲激光器在高速光采样、生物医学、精确距离测量和光学频率梳等领域有十分重要的应用，是目前激光领域研究的热点。高重复频率锁模光纤激光器的实现方式有很多种。通过主动或被动谐波锁模可以很容易的实现高重复频率脉冲输出，但是一般稳定性较差，而且输出的脉冲序列具有较大的时间抖动，不利于实际应用。利用半导体可饱和吸收体、石墨烯或碳纳米管等作为锁模器件也可以实现重复频率的脉冲输出，但是这种激光器受限于锁模机制，一般输出的光谱较窄，脉宽比较宽，不能满足应用的要求。基于非线性偏振旋转锁模机制可以得到更短的脉冲输出，而且结构相对简单。
高的重复频率对应于短的谐振腔长度，环形腔光纤激光器中谐振腔内含有波分复用器，光隔离器和光分束器等多种器件，各器件本身有一定的封装长度，对于光纤型器件还要保留一定长度的尾纤来进行熔接，而且腔内需要一定长度的增益光纤提供足够的增益。这些因素限制了激光器的重复频率，一般不大于300 MHz。
用体元件代替光纤型器件可以减少谐振腔内器件的长度，有利于提高激光器的重复频率。但体元件的引入，破坏了光纤激光器的全光纤结构，而且需要精密的准直，使激光器的结构变得复杂，同时空间耦合增大了系统的不稳定性。
基于非线性偏振旋转的锁模机制，Michal Nikodem等人于2010年报道了一种全光纤被动锁模激光器，重复频率169 MHz（参见Opt. Commun., 2010, 283：109-112），腔内使用了普通的光纤型器件和较长的商用石英增益光纤，很难进一步缩短腔长，提高重复频率。
因此，高重复频率全光纤环形腔锁模激光器的实现需要新的技术方案。
实用新型内容
本实用新型提供高重复频率全光纤锁模激光器，所要要解决的技术问题是：在保持全光纤结构的基础上，有效地缩短环形腔光纤激光器的腔长，获得重复频率大于500 MHz的超短脉冲激光输出，具体技术方案如下。
高重复频率全光纤锁模激光器，包括激光泵浦源、集成光器件、高增益光纤和偏振旋转光纤，激光泵浦源与集成光器件的泵浦输入端连接，集成光器件的公共端、高增益光纤、偏振旋转光纤和集成光器件的信号输入端顺次连接，形成环路构成光学谐振腔；集成光器件的输出端作为激光的信号输出；所述高增益光纤的纤芯掺杂高浓度的发光离子，发光离子为镧系离子、过渡金属离子中一种或多种的组合体，光纤单位长度增益大于1 dB/cm，长度小于10 cm；所述高重复频率大于500 MHz。
进一步地，所述集成光器件集成了波分复用器、光隔离器和光分束器，长度小于10 cm。
进一步地，所述偏振旋转光纤用于调制光学谐振腔内信号光的偏振态，是将光纤加热沿光纤轴线扭转至设定角度，冷却固化保持扭转角度的光纤，长度小于10 cm。
进一步地，所述镧系离子为Er3+、Yb3+、Tm3+、Gd3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+或Lu3+中一种或者多种的组合体。
进一步地，所述过渡金属离子为Cu2+、Co2+、Cr3+、Fe2+或Mn2+中一种或多种的组合体。
本实用新型能够产生重复频率大于500 MHz的超短脉冲，本激光器产生超短脉冲的过程是：泵浦光通过集成光器件的泵浦输入端耦合进入谐振腔内，增大泵浦功率，在谐振腔内形成激光振荡，继续增大泵浦功率至阈值，通过调整偏振旋转光纤的扭转角度至合适的值，使得激光器达到锁模状态，在腔内形成超短脉冲，信号光进入集成光器件的信号输入端后被分光，一部分输出到腔外。
与现有技术相比，本实用新型的技术效果是：
本实用新型提出的全光纤环形腔锁模激光器，采用高浓度掺杂的单模光纤作为增益光纤，光纤增益系数大于1 dB/cm，与普通增益光纤相比，提供相同增益所使用的光纤长度更短。利用集成了波分复用器、光隔离器和光分束器的集成光器件取代了常规光器件，减少了激光腔的长度。采用偏振旋转光纤取代了常规的偏振控制器件，进一步简化了激光器的结构。该技术方案简化了锁模激光器的腔结构，大大缩短了激光器的腔长，提高了重复频率，可实现重复频率大于500 MHz。
本实用新型所述激光器具有全光纤结构，能更好的抵抗外界环境扰动，系统稳定性较强。与其它环形腔锁模激光器相比，结构更加简单紧凑。
附图说明
图1为本实用新型全光纤锁模激光器的结构示意图，图中：1-激光泵浦源、2-集成光器件、3-高增益光纤和4-偏振旋转光纤；
图2为本实用新型全光纤锁模激光器产生的输出光的频谱图；
图3为本实用新型全光纤锁模激光器产生的输出光的光谱图；
图4为本实用新型全光纤锁模激光器输出激光脉冲的自相关曲线。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步的描述，需要说明的是本实用新型要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
如图1，高重复频率全光纤环形腔锁模激光器包括激光泵浦源1、集成光器件2、高增益光纤3和偏振旋转光纤4。泵浦源1与集成光器件2的泵浦输入端连接，集成光器件2的公共端与高增益光纤3的一端连接，高增益光纤3的另一端与偏振旋转光纤4连接，再与集成光器件2的信号端连接，构成了光学谐振腔。集成光器件2的输出端作为激光的信号输出。
在本实施例中980 nm的单模半导体激光器作为激光泵浦源1。
集成光器件2中集成了波分复用器，光隔离器和光分束器，其中光隔离器为偏振相关型光隔离器，光分束器的输出比为2 %。集成光器件2为管状封装，封装长度5.5 cm。
高增益光纤3是稀土掺杂磷酸盐玻璃单模光纤，其作为光纤激光器的增益介质，本例中选用长度为4.5 cm。高增益光纤3的纤芯中掺杂高浓度的发光离子是铒和镱，铒、镱稀土离子的掺杂浓度分别是2.5×1020 ions/cm3、5.0×1020 ions/cm3。纤芯基质成分为磷酸盐玻璃，光纤增益系数大于5dB/cm。
偏振旋转光纤4为一段普通单模光纤（SMF-28），通过加热后沿光纤轴线扭转至设定角度，然后冷却固化后保持扭转角度。偏振旋转光纤4的作用是调制腔内信号光的偏振态，位于集成光器件2与高增益光纤3之间。偏振旋转光纤4和集成光器件2中集成的偏振相关型光隔离器构成了非线性偏振旋转锁模装置。
上述激光器产生超短脉冲的过程是：
泵浦光入射到集成光器件的泵浦输入端，经过集成光器件的公共端入射到增益光纤中，增大泵浦功率，在谐振腔内形成激光振荡，继续增大泵浦功率至阈值，通过调整偏振旋转光纤的扭转角度至合适的值，使激光器达到锁模状态，在腔内形成超短脉冲，信号光进入集成光器件的信号输入端后被分光，一部分输出到腔外。观测到的输出脉冲频谱与图2所示，光谱如图3所示，脉冲自相关曲线如图4所示。
Claims (3)
1.高重复频率全光纤锁模激光器，包括激光泵浦源（1），其特征在于还包括集成光器件（2）、高增益光纤（3）和偏振旋转光纤（4），激光泵浦源（1）与集成光器件（2）的泵浦输入端连接，集成光器件（2）的公共端、高增益光纤（3）、偏振旋转光纤（4）和集成光器件（2）的信号输入端顺次连接，形成环路构成光学谐振腔；集成光器件（2）的输出端作为激光的信号输出；所述高增益光纤（3）的纤芯掺杂高浓度的发光离子，光纤单位长度增益大于1 dB/cm，长度小于10 cm；所述高重复频率大于500 MHz。
2.根据权利要求1所述的高重复频率全光纤锁模激光器，其特征在于：所述集成光器件（2）集成了波分复用器、光隔离器和光分束器，长度小于10 cm。
3.根据权利要求1所述的高重复频率全光纤锁模激光器，其特征在于：所述偏振旋转光纤（4）用于调制光学谐振腔内信号光的偏振态，是将光纤加热沿光纤轴线扭转至设定角度，冷却固化保持扭转角度的光纤，长度小于10 cm。
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|---|---|---|---|---|
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