CN210926601U - 一种自启动Mamyshev光纤振荡器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种自启动Mamyshev光纤振荡器，包括基于硼烯二维材料的自启动器件、输入反射镜及输出反射镜；所述输入反射镜用于接收非脉冲的输入光并将非脉冲的输入光反射到所述基于硼烯二维材料的自启动器件；所述基于硼烯二维材料的自启动器件借助于硼烯二维材料将非脉冲的输入光转换成脉冲输出光并将脉冲输出光反射至输出反射镜；所述输出反射镜将所述脉冲输出光反射至衍射光栅，用于光纤振荡器的自启动过程。本实用新型自启动Mamyshev光纤振荡器具有启动成本低、系统稳定性高、体型小、操作方便等优点，对现有Mamyshev光纤振荡器进行自启动改装也相对容易。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤激光器技术领域，具体涉及一种自启动Mamyshev光纤振荡器。
背景技术
Mamyshev光纤振荡器是近年来新型脉冲光纤激光器类型，其主要优点为脉冲输出能量高，脉冲宽度窄，是所以目前所有光纤激光器中性能最优异的脉冲光纤激光器，该类脉冲光纤激光器可广泛应用于工业加工、生物检测、医疗、军事等多个领域。
由于Mamyshev光纤激光器的特殊结构，主要通过两个光栅滤波器对信号进行重构从而起到了等效可饱和吸收体的作用，而且两个滤波器的中心波长相距越远，所获得的的脉冲能量越高，当两个滤波器中心波长没有重合时，可以避免连续波分量的产生，提高最终形成脉冲的稳定性。但同时也导致了Mamyshev振荡器存在一个主要缺陷，即无法实现自启动功能，从而限制了其商业化应用。目前，较为常用的办法通过外部注入一束光谱宽度可以覆盖中心波长的脉冲到Mamyshev光纤振荡器内，使Mamyshev光纤振荡器运作。但此方法需要额外激光器提供脉冲种子源，不仅增加了研发成本，也使得系统变得更加复杂，同时也降低了系统的稳定性。因此，如何实现自启动式Mamyshev光纤振荡器是目前需要突破的技术瓶颈。
实用新型内容
为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种自启动Mamyshev光纤振荡器，以解决上述存在的Mamyshev光纤振荡器无法实现自启动的障碍，以及通过额外激光器提供脉冲种子源存在研发成本高、系统复杂以及稳定性差等问题。
本实用新型的目的采用如下技术方案实现：
一种自启动Mamyshev光纤振荡器，包括基于硼烯二维材料的自启动器件、输入反射镜及输出反射镜；
所述输入反射镜用于接收非脉冲的输入光并将非脉冲的输入光反射到所述基于硼烯二维材料的自启动器件；
所述基于硼烯二维材料的自启动器件借助于硼烯二维材料将非脉冲的输入光转换成脉冲输出光并将脉冲输出光反射至输出反射镜；
所述输出反射镜将所述脉冲输出光反射至衍射光栅，用于光纤振荡器的自启动过程。
进一步地，所述基于硼烯二维材料的自启动器件包括反射镜以及设置于所述反射镜上的硼烯二维材料。
进一步地，所述硼烯二维材料的层数为1～10层。
进一步地，所述反射镜包括银镜基底，所述银镜基底包括石英玻璃层及银层，所述硼烯二维材料设于石英玻璃层上。
进一步地，还包括偏振分光器、空间光隔离器及二分之一波片；
所述非脉冲的输入光与偏振分光器成45°夹角射入偏振分光器，其中，P偏光穿透偏振分光器进入空间光隔离器，进一步传输至二分之一波片并形成第一光束，所述第一光束发射至衍射光栅；
其中，所述非脉冲的输入光经偏振分光器反射的S偏光发射至输入反射镜，所述S偏光依次经过基于硼烯二维材料的自启动器件、输出反射镜形成第二光束，所述输出反射镜将第二光束发射至衍射光栅；
所述第一光束及第二光束经过衍射光栅后耦合成第三光束并返回光循环回路。
进一步地，所述输入反射镜为可翻转反射镜；
需要自启动时，所述可翻转反射镜翻转至启动档并将所述非脉冲的输入光反射至基于硼烯二维材料的自启动器件，用于光纤振荡器的自启动过程；
系统进入自启动模式后，所述可翻转反射镜翻转至非启动档，所述非脉冲的输入光无法返回光循环回路。
进一步地，所述输入反射镜及输出反射镜均为银镜，所述衍射光栅为600lines/mm的衍射光栅。
进一步地，所述衍射光栅包括一对，其中，用于接收第一光束及第二光束的衍射光栅的中心波长为1035nm，另一衍射光栅的中心波长为1025nm。
进一步地，还包括泵浦源、泵浦连接器、增益光纤及光纤准直器；
所述增益光纤为掺镱光纤，长度为3.2米，群速度色散为32fs2/km；
所述空间光隔离器为偏振相关隔离器，用于保证激光在环形腔内单向传输。
进一步地，所述偏振分光器输出比为30％，环形Mamyshev光纤振荡器的总长度为10米。
相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：
本实用新型自启动Mamyshev光纤振荡器使用时，通过输入反射镜接收非脉冲的输入光并将非脉冲的输入光反射到基于硼烯二维材料的自启动器件，借助于硼烯二维材料的调制作用将非脉冲的输入光调制成脉冲输出光，进一步将脉冲输出光反射至输出反射镜，最后通过输出反射镜将脉冲输出光发射至衍射光栅，即将脉冲输出光导向Mamyshev光纤振荡器的环形腔内结构，实现Mamyshev光纤振荡器的自启动功能。本实用新型自启动Mamyshev光纤振荡器无需额外激光器提供脉冲种子源，能够自行提供脉冲种子源进行自起动，具有启动成本低、系统稳定性高、体型小、操作方便等优点，对现有Mamyshev光纤振荡器进行自启动改装也相对容易。
本实用新型的优点将会在下面的说明书中部分阐明，一部分根据说明书是显而易见的，或者可以通过本实用新型实施例的实施而获知。
附图说明
为更清楚地阐述本实用新型的内容，下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。
图1为本实用新型自启动Mamyshev光纤振荡器的系统模块图；
图2为本实用新型自启动装置的系统模块图；
图3为图2所示基于硼烯二维材料的自启动器件的结构示意图。
具体实施方式
以下所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。
本实用新型提供一种自启动Mamyshev光纤振荡器，该自启动Mamyshev光纤振荡器的自启动功能靠自启动装置实现，该自启动装置为自启动Mamyshev光纤振荡器的组成部分。
请参照图1，图1为本实用新型一实施方式提供的自启动Mamyshev光纤振荡器。该自启动Mamyshev光纤振荡器为环形腔结构，包括组成相同的两条光路，即第一光路和第二光路，第一光路与第二光路首尾相连组成循环光回路。其中，第一光路沿光束传播方向包括：第一光纤准直器121、第一泵浦源101、第一泵浦连接器102、第一增益光纤103、第二光纤准直器104、第一偏振分光器105、第一空间光隔离器106、第一二分之一波片107、第一衍射光栅108。第二光路沿光束传播方向包括：第三光纤准直器109、第二泵浦源110、第二泵浦连接器111、第二增益光纤112、第四光纤准直器113、第二偏振分光器114、第二空间光隔离器115、第二二分之一波片116、第二衍射光栅120。其中，自启动装置通过产生脉冲激光种子源，通过将脉冲激光种子源导向循环光回路，实现Mamyshev光纤振荡器的自启动功能。
请参照图2，图2为本实用新型一实施方式提供的自启动装置，本实用新型中的自启动装置设置于第二光路中，在其它实施例中，该自启动装置还可以设置于第一光路中，其连接方式及达到的效果相同。
该自启动装置包括基于硼烯二维材料的自启动器件118、输入反射镜117及输出反射镜119。其中，如图1所示，输入反射镜117用于接收非脉冲的输入光并将非脉冲的输入光反射到基于硼烯二维材料的自启动器件118；基于硼烯二维材料的自启动器件118借助于硼烯二维材料将非脉冲的输入光调制成脉冲输出光，进一步将脉冲输出光反射至输出反射镜119；输出反射镜119将脉冲输出光导向至Mamyshev光纤振荡器的环形腔内结构，使谐振腔进入调Q状态，形成初始脉冲激光，从而使整个Mamyshev振荡器实现自启动，后续即可借助于自启动装置发射的脉冲激光种子源源源不断产生脉冲激光，由此完成光纤振荡器的自启动过程。
在本实施例中，非脉冲的输入光来源于Mamyshev振荡器内部的非脉冲光束，例如可以是连续性光束，采用Mamyshev振荡器内部激发产生的光束充当非脉冲的输入光，省去了单独激发生成光束的复杂工艺、降低系统的复杂性、提高了系统的稳定性的同时简化了操作工序。在其它实施例中，也可以单独添加一个输入光生成系统以生成输入光，进一步借助于自启动装置调制成脉冲输出光并导向至Mamyshev光纤振荡器的环形腔内结构，使谐振腔进入调Q状态，形成初始脉冲激光，从而使整个Mamyshev振荡器实现自启动。
在本实施例中，如图3所示，基于硼烯二维材料的自启动器件118包括反射镜1181以及设置于反射镜1181上的硼烯二维材料1182。具体的实施方式中，取含有硼烯二维材料的溶液滴加在平面反射镜1181的表面、干燥，使硼烯二维材料附着在平面反射镜1181的表面，即制得基于硼烯二维材料的自启动器件118。在其它实施例中，还可以将含有硼烯二维材料的溶液滴加在光波导的表面后，通过自然风干的方式进行干燥，也能制得可饱和吸收体。更具体的实施方式中，光波导为微纳光纤时，将上述溶液滴加至微纳光纤的表面，使硼烯二维材料包覆在微纳光纤的表面，制得可饱和吸收体，同样具有上述调制作用。
作为优选的实施方式，硼烯二维材料1182的层数为1-10层，具有相似的调制作用。
作为优选的实施方式，反射镜1181包括银镜基底，银镜基底包括石英玻璃层及银层，其中，硼烯二维材料1182设于石英玻璃层上。光束射到自启动器件118上时穿过硼烯二维材料1182实现调制功能，同时借助于反射镜1181将脉冲输出光反射出去，实现光束的耦合。
作为优选的实施方式，如图1和2所示，非脉冲的输入光(Input)与第二偏振分光器114成45°夹角射入第二偏振分光器114，其中，P偏光(水平光路)穿透第二偏振分光器114进入第二空间光隔离器115，进一步传输至第二二分之一波片116并形成第一光束，第一光束发射至第二衍射光栅120。此时的第一光束仍然是非脉冲光束。非脉冲的输入光(Input)经第二偏振分光器114反射的S偏光(竖直向下的光路)发射至输入反射镜117，输入反射镜117进一步将S偏光反射至基于硼烯二维材料的自启动器件118，S偏光依次经过基于硼烯二维材料的自启动器件118、输出反射镜119形成第二光束，输出反射镜119将第二光束发射至第二衍射光栅120。此时的第二光束为脉冲光束。经过衍射光栅120后，第一光束及第二光束耦合成第三光束并返回光循环回路，完成自启动过程。
作为优选的实施方式，如图2所示，输入反射镜117为可翻转反射镜，其至少包括一个启动档2以及非启动档1。需要自启动时，可翻转反射镜翻转至启动档2并将非脉冲的输入光反射至基于硼烯二维材料的自启动器件118，用于光纤振荡器的自启动过程。系统进入自启动模式后，将可翻转反射镜翻转至非启动档1，非脉冲的输入光无法通过输入反射镜117、基于硼烯二维材料的自启动器件118及输出反射镜119返回光循环回路，具有保护基于硼烯二维材料的自启动器件118的作用。
作为优选的实施方式，可翻转反射镜翻转至启动档2时，该Mamyshev振荡器实现自启动，脉冲激光的阈值为300毫瓦。
作为优选的实施方式，输入反射镜117及输出反射镜119均为银镜，第一衍射光栅108及第二衍射光栅120均为600lines/mm的衍射光栅。
作为优选的实施方式，第二衍射光栅120的中心波长为1035nm，第一衍射光栅108的中心波长为1025nm，激光器工作的中心波长为1030nm。
作为优选的实施方式，第一增益光纤103及第二增益光纤112均为掺镱光纤，长度为3.2米，群速度色散为32fs2/km。
作为优选的实施方式，第一空间光隔离器106及第二空间光隔离器115均为偏振相关隔离器，用于保证激光在环形腔内单向传输。
作为优选的实施方式，第一偏振分光器105及第一偏振分光器114的输出比均为30％，第一二分之一波片107及第二二分之一波片116用于保证输出脉冲能量最大化，环形Mamyshev光纤振荡器的总长度为10米。
在本实施例中，该Mamyshev光纤振荡器为1064nm波段的Mamyshev光纤振荡器。除了1064nm波段的Mamyshev光纤振荡器，该自启动装置还可对有明显光响应的任意波段的Mamyshev光纤振荡器进行自启动。除了Mamyshev光纤振荡器，该自启动装置还可对不同的Mamyshev振荡器，例如Mamyshev固体光纤振荡器，Mamyshev半导体光纤振荡器等实现自启动。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种自启动Mamyshev光纤振荡器，其特征在于，包括基于硼烯二维材料的自启动器件、输入反射镜及输出反射镜；
所述输入反射镜用于接收非脉冲的输入光并将非脉冲的输入光反射到所述基于硼烯二维材料的自启动器件；
所述基于硼烯二维材料的自启动器件借助于硼烯二维材料将非脉冲的输入光转换成脉冲输出光并将脉冲输出光反射至输出反射镜；
所述输出反射镜将所述脉冲输出光反射至衍射光栅，用于光纤振荡器的自启动过程。
2.如权利要求1所述的自启动Mamyshev光纤振荡器，其特征在于，所述基于硼烯二维材料的自启动器件包括反射镜以及设置于所述反射镜上的硼烯二维材料。
3.如权利要求2所述的自启动Mamyshev光纤振荡器，其特征在于，所述硼烯二维材料的层数为1～10层。
4.如权利要求2所述的自启动Mamyshev光纤振荡器，其特征在于，所述反射镜包括银镜基底，所述银镜基底包括石英玻璃层及银层，所述硼烯二维材料设于石英玻璃层上。
5.如权利要求1所述的自启动Mamyshev光纤振荡器，其特征在于，还包括偏振分光器、空间光隔离器及二分之一波片；
所述非脉冲的输入光与偏振分光器成45°夹角射入偏振分光器，其中，P偏光穿透偏振分光器进入空间光隔离器，进一步传输至二分之一波片并形成第一光束，所述第一光束发射至衍射光栅；
其中，所述非脉冲的输入光经偏振分光器反射的S偏光发射至输入反射镜，所述S偏光依次经过基于硼烯二维材料的自启动器件、输出反射镜形成第二光束，所述输出反射镜将第二光束发射至衍射光栅；
所述第一光束及第二光束经过衍射光栅后耦合成第三光束并返回光循环回路。
6.如权利要求5所述的自启动Mamyshev光纤振荡器，其特征在于，所述输入反射镜为可翻转反射镜；
需要自启动时，所述可翻转反射镜翻转至启动档并将所述非脉冲的输入光反射至基于硼烯二维材料的自启动器件，用于光纤振荡器的自启动过程；
系统进入自启动模式后，所述可翻转反射镜翻转至非启动档，所述非脉冲的输入光无法返回光循环回路。
7.如权利要求5所述的自启动Mamyshev光纤振荡器，其特征在于，所述输入反射镜及输出反射镜均为银镜，所述衍射光栅为600lines/mm的衍射光栅。
8.如权利要求7所述的自启动Mamyshev光纤振荡器，其特征在于，所述衍射光栅包括一对，其中，用于接收第一光束及第二光束的衍射光栅的中心波长为1035nm，另一衍射光栅的中心波长为1025nm。
9.如权利要求5所述的自启动Mamyshev光纤振荡器，其特征在于，还包括泵浦源、泵浦连接器、增益光纤及光纤准直器；
所述增益光纤为掺镱光纤，长度为3.2米，群速度色散为32fs2/km；
所述空间光隔离器为偏振相关隔离器，用于保证激光在环形腔内单向传输。
10.如权利要求9所述的自启动Mamyshev光纤振荡器，其特征在于，所述偏振分光器输出比为30％，环形Mamyshev光纤振荡器的总长度为10米。
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| FR3123514A1 (fr) * | 2021-05-27 | 2022-12-02 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Oscillateur laser a impulsions ultra-courtes de type mamyshev et son dispositif de demarrage |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20200703 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |