CN209200364U - 三色同步锁模光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了三色同步锁模光纤激光器，包括三个环形腔，三个泵浦源产生的泵浦光各自通过一波分复用器耦合进一环形腔，并分别被光纤吸收，所激发的激光在该环形腔内单向传输，并经分束器输出，其中，三个环形腔形成的两个交叠区域分别引入一饱和吸收体，通过利用饱和吸收体的宽光谱响应特性，实现对三色光纤激光的被动锁模，并进一步通过光纤时延线精确调节其中两色波段的光纤激光，使得三色光纤激光锁模达到同步状态。本实用新型可实现三色光纤激光的被动锁模及同步。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤激光器领域，特别涉及三色同步锁模光纤激光器。
背景技术
近些年来，光纤激光器在国内的应用越来越普及。比如材料加工、激光医疗、光通信、科学研究等。与固体激光器相比，光纤激光器采用稀土离子掺杂的光纤作为增益介质，具有很高的表面积—体积比，因而散热效率高且结构更加简单、轻便。
在超快光纤激光领域，三色同步锁模光纤激光器在泵浦探测、非线性频率转换、相干反斯托克斯拉曼散射光谱学等领域具有重要应用价值。与利用电反馈实现的主动同步锁模技术相比，被动同步锁模光纤激光器的结构更加紧凑并且响应时间短。目前，关于三色同步锁模光纤激光器的具体实现尚未见相关报道。
发明内容
为了解决上述问题，本实用新型提供了三色同步锁模光纤激光器，包括第一泵浦源、第二泵浦源、第三泵浦源、第一环形腔、第二环形腔和第三环形腔，其中，
所述第一环形腔包括第一波分复用器、Yb光纤、第一隔离器、第一饱和吸收体、第四波分复用器、第一分束器和第一光纤时延线；
所述第二环形腔包括第二波分复用器、Er光纤、第二隔离器、第一饱和吸收体、第四波分复用器、第五波分复用器、第二饱和吸收体和第二分束器；
所述第三环形腔包括第三波分复用器、Tm光纤、第三隔离器、第二饱和吸收体、第五波分复用器、第三分束器和第二光纤时延线；
所述第一饱和吸收体和第四波分复用器位于所述第一环形腔和第二环形腔的交叠区域；
所述第二饱和吸收体和第五波分复用器位于所述第二环形腔和第三环形腔的交叠区域；
所述第一泵浦源产生的泵浦光通过所述第一波分复用器耦合进所述第一环形腔，被所述Yb光纤吸收，所激发的激光在所述第一环形腔内单向传输，并经所述第一分束器输出；
所述第二泵浦源产生的泵浦光通过所述第二波分复用器耦合进所述第二环形腔，被所述Er光纤吸收，所激发的激光在所述第二环形腔内单向传输，并经所述第二分束器输出；
所述第三泵浦源产生的泵浦光通过所述第三波分复用器耦合进所述第三环形腔，被所述Tm光纤吸收，所激发的激光在所述第三环形腔内单向传输，并经所述第三分束器输出；
所述第一泵浦源和第二泵浦源产生相同波长的泵浦光，所述第一泵浦源和第三泵浦源产生不同波长的泵浦光，所述第一光纤时延线和第二光纤时延线分别控制所述第一环形腔产生的激光和第三环形腔产生的激光的时间延迟，实现三色光纤激光同步锁模。
优选地，所述第一泵浦源、第二泵浦源和第三泵浦源均为带单模尾纤输出的连续激光二极管。
优选地，所述第一泵浦源和第二泵浦源的中心波长均为976nm，所述第三泵浦源的中心波长为1550nm。
优选地，所述第一饱和吸收体和第二饱和吸收体均为碳纳米管饱和吸收体。
优选地，所述第一饱和吸收体和第二饱和吸收体均为厚度为微米级的聚合物薄膜。
优选地，所述第一光纤时延线和第二光纤时延线的最大调节范围是300皮秒。
优选地，所述Yb光纤、Er光纤、Tm光纤均为单包层掺杂光纤。
与现有技术相比，本实用新型存在以下技术效果：
1、本实用新型通过设置并利用饱和吸收体的宽光谱响应特性，实现对1-μm、1.55-μm、1.9-μm三色光纤激光的被动锁模。
2、本实用新型通过设置1-μm和1.9-μm两个光纤时延线精确调节1-μm和1.9-μm波段的光纤激光，使得1-μm、1.55-μm、1.9-μm三色光纤激光锁模达到同步状态。
3、本实用新型与利用电反馈实现的主动锁模技术相比，结构更加简单，且响应时间短。
当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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。附图中：
图1为本实用新型实施例三色同步锁模光纤激光器的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本实用新型提供的三色同步锁模光纤激光器进行详细的描述，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例，本领域技术人员在不改变本实用新型精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。
请参考图1，本实用新型提供了三色同步锁模光纤激光器，包括第一泵浦源1、第二泵浦源2、第三泵浦源3、第一环形腔、第二环形腔和第三环形腔，其中，
所述第一环形腔包括第一波分复用器4、Yb光纤5、第一隔离器6、第一饱和吸收体7、第四波分复用器8、第一分束器9和第一光纤时延线10；
所述第二环形腔包括第二波分复用器11、Er光纤12、第二隔离器13、第一饱和吸收体7、第四波分复用器8、第五波分复用器14、第二饱和吸收体15和第二分束器16；
所述第三环形腔包括第三波分复用器17、Tm光纤18、第三隔离器19、第二饱和吸收体15、第五波分复用器14、第三分束器20和第二光纤时延线21；
所述第一饱和吸收体7和第四波分复用器8位于所述第一环形腔和第二环形腔的交叠区域；
所述第二饱和吸收体15和第五波分复用器14位于所述第二环形腔和第三环形腔的交叠区域；
第一泵浦源1产生的泵浦光通过第一波分复用器4耦合进第一环形腔，被Yb光纤5吸收，所激发的激光在第一隔离器6的作用下在第一环形腔内单向传输，并经第一分束器9输出；
第二泵浦源2产生的泵浦光通过第二波分复用器11耦合进第二环形腔，被Er光纤12吸收，所激发的激光在第二隔离器13的作用下在第二环形腔内单向传输，并经第二分束器16输出；
第三泵浦源3产生的泵浦光通过第三波分复用器17耦合进第三环形腔，被Tm光纤18吸收，所激发的激光在第三隔离器19的作用下在第三环形腔内单向传输，并经第三分束器20输出。
作为一种实施例，所述第一泵浦源1、第二泵浦源2和第三泵浦源3均为带单模尾纤输出的连续激光二极管。
作为一种实施例，所述第一泵浦源1和第二泵浦源2的中心波长均为976nm，所述第三泵浦源3的中心波长为1550nm。
本实施例中，第一泵浦源1和第二泵浦源2为976nm带单模尾纤输出的连续激光二极管，第三泵浦源3为1550nm带单模尾纤输出的连续激光二极管，均被封装在蝶形驱动电源上，散热方式为风冷，最大泵浦光功率为600毫瓦。
第一泵浦源1产生976nm的泵浦光，通过第一波分复用器4耦合进第一环形腔，激光在第一环形腔内单向传输，最终通过第一分束器9输出腔外；第二泵浦源2产生976nm的泵浦光，通过第二波分复用器11耦合进第二环形腔，激光在第二环形腔内单向传输，最终通过第二分束器16输出腔外；第三泵浦源3产生1550nm的泵浦光，通过第三波分复用器17耦合进第三环形腔，激光在第三环形腔内单向传输，最终通过第三分束器20输出腔外。
其中，第一波分复用器4的工作波长是976nm/1060nm，第二波分复用器11的工作波长是976/1550nm，第三波分复用器17的工作波长是1550/1900nm，第四波分复用器8的工作波长是1060/1550nm，第五波分复用器14的工作波长是1550/1900nm。
第一隔离器6的工作波长为1-μm，第二隔离器13的工作波长为1.55-μm，第三隔离器19的工作波长为1.9-μm；
第一分束器9的工作波长为1-μm，第二分束器16的工作波长为1.55-μm，第三分束器20的工作波长为1.9-μm；
第一光纤时延线10的工作波长为1-μm，第二光纤时延线21的工作波长为1.9-μm。
作为一种实施例，所述第一饱和吸收体7和第二饱和吸收体15均为碳纳米管饱和吸收体。
作为一种实施例，所述第一饱和吸收体7和第二饱和吸收体15均为厚度为微米级的聚合物薄膜。
本实施例中，第一饱和吸收体7和第二饱和吸收体15为碳纳米管饱和吸收体薄膜，是利用液相剥离的方法得到碳纳米管/聚合物混合溶液，然后滴涂在玻璃片上，置于烘箱内加热使其成膜，得到厚度为微米量级的薄膜，并用刀片将其裁剪为尺寸为1×1mm2的正方形薄膜。最终，通过法兰将其夹在两个FC/PC跳线端面之间。
第一饱和吸收体7被加入到第一环形腔和第二环形腔的交叠区域，第二饱和吸收体15被加入到第二环形腔和第三环形腔的交叠区域。一方面，由于碳纳米管具有宽谱饱和吸收特性，可以实现1-μm、1.55-μm、1.9-μm三个波段光纤激光的调制，另一方面，第一环形腔和第二环形腔的交叠部分长度影响了1-μm和1.55-μm两个波长之间的交叉相位调制(XPM)，第二环形腔和第三环形腔的交叠部分长度影响了1.55-μm和1.9-μm两个波长之间的交叉相位调制(XPM)。所以，碳纳米管的饱和吸收特性、不同波段超短脉冲激光的自相位调制(SPM)和群速度色散(GVD)、不同波长激光之间的XPM、腔内的光谱滤波效应等因素共同作用，产生了三色锁模光纤激光输出。
作为一种实施例，所述第一光纤时延线10可精确调节波长为1-μm的光纤激光的时间延迟，所述第二光纤时延线21可精确调节波长为1.9-μm的光纤激光的时间延迟。
作为一种实施例，所述第一光纤时延线10和第二光纤时延线21的最大调节范围是300皮秒。
本实施例中，通过第一光纤时延线10调节第一环形腔内1-μm波段超短脉冲激光的时间延迟，第二光纤时延线21调节第三环形腔内1.9-μm波段超短脉冲激光的时间延迟，使得1-μm、1.55-μm、1.9-μm三色激光的脉冲重复频率达到一致，即实现1-μm、1.55-μm、1.9-μm三个波段光纤激光的同步锁模。
作为一种实施例，所述Yb光纤5、Er光纤12、Tm光纤18均为单包层掺杂光纤，长度均为1m左右。
作为一种实施例，所述第一分束器9、第二分束器16、第三分束器20用于输出不同波段的激光，输出率均为20％。
本实用新型三色同步锁模光纤激光腔是全光纤结构，没有空间光部分，结构更加紧凑。腔内没有加入偏振控制器(PC)，激光的自启动过程可以通过适当弯曲腔内的单模光纤或者对光纤施加一定的应力来实现。
以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。
Claims (7)
1.三色同步锁模光纤激光器，其特征在于，包括第一泵浦源、第二泵浦源、第三泵浦源、第一环形腔、第二环形腔和第三环形腔，其中，
所述第一环形腔包括第一波分复用器、Yb光纤、第一隔离器、第一饱和吸收体、第四波分复用器、第一分束器和第一光纤时延线；
所述第二环形腔包括第二波分复用器、Er光纤、第二隔离器、第一饱和吸收体、第四波分复用器、第五波分复用器、第二饱和吸收体和第二分束器；
所述第三环形腔包括第三波分复用器、Tm光纤、第三隔离器、第二饱和吸收体、第五波分复用器、第三分束器和第二光纤时延线；
所述第一饱和吸收体和第四波分复用器位于所述第一环形腔和第二环形腔的交叠区域；
所述第二饱和吸收体和第五波分复用器位于所述第二环形腔和第三环形腔的交叠区域；
所述第一泵浦源产生的泵浦光通过所述第一波分复用器耦合进所述第一环形腔，被所述Yb光纤吸收，所激发的激光在所述第一环形腔内单向传输，并经所述第一分束器输出；
所述第二泵浦源产生的泵浦光通过所述第二波分复用器耦合进所述第二环形腔，被所述Er光纤吸收，所激发的激光在所述第二环形腔内单向传输，并经所述第二分束器输出；
所述第三泵浦源产生的泵浦光通过所述第三波分复用器耦合进所述第三环形腔，被所述Tm光纤吸收，所激发的激光在所述第三环形腔内单向传输，并经所述第三分束器输出；
所述第一泵浦源和第二泵浦源产生相同波长的泵浦光，所述第一泵浦源和第三泵浦源产生不同波长的泵浦光，所述第一光纤时延线和第二光纤时延线分别控制所述第一环形腔产生的激光和第三环形腔产生的激光的时间延迟，实现三色光纤激光同步锁模。
2.根据权利要求1所述的三色同步锁模光纤激光器，其特征在于，所述第一泵浦源、第二泵浦源和第三泵浦源均为带单模尾纤输出的连续激光二极管。
3.根据权利要求1所述的三色同步锁模光纤激光器，其特征在于，所述第一泵浦源和第二泵浦源的中心波长均为976nm，所述第三泵浦源的中心波长为1550nm。
4.根据权利要求1所述的三色同步锁模光纤激光器，其特征在于，所述第一饱和吸收体和第二饱和吸收体均为碳纳米管饱和吸收体。
5.根据权利要求1所述的三色同步锁模光纤激光器，其特征在于，所述第一饱和吸收体和第二饱和吸收体均为厚度为微米级的聚合物薄膜。
6.根据权利要求1所述的三色同步锁模光纤激光器，其特征在于，所述第一光纤时延线和第二光纤时延线的最大调节范围是300皮秒。
7.根据权利要求1所述的三色同步锁模光纤激光器，其特征在于，所述Yb光纤、Er光纤、Tm光纤均为单包层掺杂光纤。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111048983A (zh) * | 2019-11-23 | 2020-04-21 | 上海应用技术大学 | 一种光纤激光器用饱和吸收体及其制备方法 |
| US11936157B2 (en) * | 2017-05-12 | 2024-03-19 | Cambridge Enterprise Limited | Laser device |
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| US11936157B2 (en) * | 2017-05-12 | 2024-03-19 | Cambridge Enterprise Limited | Laser device |
| CN111048983A (zh) * | 2019-11-23 | 2020-04-21 | 上海应用技术大学 | 一种光纤激光器用饱和吸收体及其制备方法 |
| CN111048983B (zh) * | 2019-11-23 | 2021-07-20 | 上海应用技术大学 | 一种光纤激光器用饱和吸收体及其制备方法 |
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