CN211829525U - 一种耗散孤子共振光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种耗散孤子共振光纤激光器，包括依次熔接的激光发出组件、波分复用器、增益光纤、耦合器、偏振无关隔离器和全光纤可饱和吸收组件；所述全光纤可饱和吸收组件与所述波分复用器熔接；所述波分复用器、增益光纤、耦合器、偏振无关隔离器和全光纤可饱和吸收组件依次连接组成光纤环形腔结构；所述全光纤可饱和吸收组件包括偏振控制器和光纤组，所述光纤组包括依次连接的单模光纤、单包层多模光纤和输出单模光纤；所述依次连接的单模光纤、单包层多模光纤和输出单模光纤被所述偏振控制器机械性的夹住。本申请可以在大能量条件下稳定运行孤子，不会产生分裂，这为光纤激光器的大能量输出提供了有力支撑。

Description

一种耗散孤子共振光纤激光器

技术领域

本实用新型涉及光纤激光器技术领域，尤其涉及一种耗散孤子共振光纤激光器。

背景技术

耗散孤子共振是一种近年来人们发现的不同于以往高斯型脉冲的新型孤子。具有矩形脉冲的特点，随着泵浦功率的提高，脉冲幅值不再增加，转而脉冲宽度增加，这种孤子具有不容易分裂，脉冲能量理论上可以无限增加的优势。1.5μm耗散孤子共振光纤激光器在光通信、材料处理、光频梳、生物医学和非线性光学等领域具有广泛的应用前景，是激光领域最活跃和最具创造力的一个分支。锁模是光学里一种用于产生极短时间激光脉冲的技术，脉冲的长度通常在皮秒(10负十二次方秒)甚至飞秒(10负十五次方秒)。该技术的理论基础是在激光共振腔中的不同模式间引入固定的相位关系，这样产生的激光被称为锁相激光或锁模激光。这些模式之间的干涉会使激光产生一系列的脉冲。根据激光的性质，这些脉冲可能会有极短的持续时间。

实现1.5μm耗散孤子共振输出的一种主要途径是被动锁模光纤激光器。而现有的锁模光纤激光器一般采用高斯型脉冲类型的传统孤子锁模或者耗散孤子锁模，这种脉冲受到脉冲峰值功率限制效应的影响，脉冲易分裂，同时致使脉冲能量降低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种耗散孤子共振光纤激光器。

一种耗散孤子共振光纤激光器，包括依次熔接的激光发出组件、波分复用器、增益光纤、耦合器、偏振无关隔离器和全光纤可饱和吸收组件；

所述全光纤可饱和吸收组件与所述波分复用器熔接；

所述波分复用器、增益光纤、耦合器、偏振无关隔离器和全光纤可饱和吸收组件依次连接组成光纤环形腔结构；

所述全光纤可饱和吸收组件包括偏振控制器和光纤组，所述光纤组包括依次连接的单模光纤、单包层多模光纤和输出单模光纤；所述依次连接的单模光纤、单包层多模光纤和输出单模光纤被所述偏振控制器机械性的夹住。

进一步地，如上所述的耗散孤子共振光纤激光器，所述的增益光纤为单模掺铒光纤。

进一步地，如上所述的耗散孤子共振光纤激光器，所述单包层多模光纤的长度为0.2m。

进一步地，如上所述的耗散孤子共振光纤激光器，所述激光发出组件为单模输出的980nm的半导体激光器。

进一步地，如上所述的耗散孤子共振光纤激光器，所述耦合器为10:90的输出耦合器，其中10％为输出端。

进一步地，如上所述的耗散孤子共振光纤激光器，所述偏振控制器为手动旋转挤压式偏振控制器。

进一步地，如上所述的耗散孤子共振光纤激光器，所述耦合器与激光观测组件相连接。

有益效果：

本申请提供的耗散孤子共振光纤激光器，单模-多模-单模结构即SMS(Single-mode-Multimode-Single-mode)结构是利用光传输至多模光纤中激发高阶模，再耦合进入单模光纤发生干涉效应，通过手动式旋转偏振控制器改变激光器谐振腔内的非线性及损耗，对光强进行调制，实现被动锁模脉冲激光输出。SMS结构能够容忍更高的能量运行，相对于真实可饱和吸收体可以大大提高损伤阈值而不至于锁模器件损坏，因为基于多模干涉效应的SMS全光纤结构的光纤激光器具有很大的应用和研究价值。采用的锁模器件是一个由单模-多模-单模依次熔接的光纤结构，其锁模机制是利用非线性多模干涉效应，同时通过手动旋转挤压式偏振控制器改变腔内的非线性和损耗，对光强进行调制得以实现锁模。多模光纤中的非线性多模干涉效应实现锁模，实现了耗散孤子共振输出。具有全光纤结构，损伤阈值高，稳定性高，结构紧凑，更适合在大能量条件下运行，并且所获得的脉冲具有不容易分裂，脉冲能量大的优点。

附图说明

图1是本申请的全光纤锁模光纤激光器结构示意图；

图2是本申请的全光纤锁模光纤激光器输出的光谱示意图；

图3是本申请的全光纤锁模光纤激光器输出的脉冲序列示意图；

图4是本申请的全光纤锁模光纤激光器输出的脉冲波形示意图；

图5是本申请的全光纤锁模光纤激光器输出的多脉冲宽度的波形集合示意图；

附图标记：

1-激光发出组件，2-波分复用器，3-增益光纤，4-耦合器，5-偏振无关隔离器，6-全光纤可饱和吸收组件，7-偏振控制器，8-光纤组，9-激光观测组件。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1是本申请的全光纤锁模光纤激光器结构示意图，如图1所示，本申请提供的耗散孤子共振光纤激光器，包括依次熔接的激光发出组件1、波分复用器2、增益光纤3、耦合器4、偏振无关隔离器5和全光纤可饱和吸收组件6；

所述全光纤可饱和吸收组件6与所述波分复用器2熔接；

所述波分复用器2、增益光纤3、耦合器4、偏振无关隔离器5和全光纤可饱和吸收组件6依次连接组成光纤环形腔结构；

所述全光纤可饱和吸收组件6包括偏振控制器7和光纤组8，所述光纤组8包括依次连接的单模光纤、单包层多模光纤和输出单模光纤；所述依次连接的单模光纤、单包层多模光纤和输出单模光纤被所述偏振控制器7机械性的夹住。

本申请提的耗散孤子共振全光纤锁模光纤激光器，所述全光纤可饱和吸收组件包括偏振控制器和光纤组，所述光纤组包括依次连接的单模光纤、单包层多模光纤和输出单模光纤。多模光纤中的非线性多模干涉效应实现锁模，首先得到了1.5μm波段的传统孤子输出，在增加泵浦功率后实现了矩形脉冲形状的耗散孤子共振输出。这种矩形脉冲可以在大能量条件下稳定运行孤子，不会产生分裂，这为光纤激光器的大能量输出提供了有力支撑。

图1为本申请的基于SMF-MMF-SMF光纤结构的1.5μm耗散孤子共振光纤激光器结构示意图。由图可见，激光发出组件1即泵浦源通过波分复用器2耦合注入激光腔中，增益光纤3为增益介质。偏振无关隔离器5保证激光单向运转。使用时，调整SMF-MMF-SMF可饱和吸收器件的弯曲状态，实现1.5μm传统孤子锁模后，将SMF-MMF-SMF可饱和吸收器固定在该弯曲状态。之后增加单模980nm半导体激光器泵浦功率，在高泵浦功率状态下，可饱和吸收体处在反饱和吸收状态，此时矩形脉冲出现，进一步增加泵浦功率发现矩形脉冲存在展宽的迹象，而脉冲幅值不再增加，此后，增加泵浦功率矩形脉冲不分裂转而脉冲宽度增加，在理论上来讲，脉冲能量可无限增加。

本实用新型中可饱和吸收体的透过率，我们将其非饱和损耗的改变通过两部分来说明。首先，当光从单模光纤进去多模光纤中时，会在多模光纤中激发不同阶模式的光，这些光在多模光纤中存在一定的模式干涉，此处分析我们假定只有两种高低阶模式光，以此作为参考，首先我们给出输入光在多模光纤中的归一化光功率：

其中Δβ_n为传播常数，Δφ_NL为非线性相移，L为多模光纤的长度。由此公式可以看出光功率的大小与引入的非线性相移存在一定的关系，当改变偏振控制器的角度时(由透射率低向透射率高缓慢旋转)，偏振态的改变引入的非线性相移使得光功率的大小得以改变。

其次，我们在考虑当光从多模光纤进入单模光纤时，我们给出多种模式光耦合进入单模光纤的耦合公式：

此公式为一个完全对称张量。因为多磨光纤与单模光纤芯径模式的不匹配，光从多模光纤耦合进入单模光纤时，必定会有一部分的光被耦合进入包层，此处光功率存在的损失被认为是SMS可饱和吸收器件的非饱和损耗。而非饱和损耗又与偏振态存在一定的关系，所以本实验中我们通过改变偏振态实现了对于光强的调制。并且在获得传统孤子脉冲时，我们通过增加泵浦功率以及调整偏振控制器的角度实现了耗散孤子共振。

在一定的泵浦功率下，通过调整偏振控制器7从而改变可饱和吸收组件6的非线性吸收效应，实现了激光腔内附加的非线性相移并且改变了高低阶模式光强的分配，得到了耗散孤子共振输出。图2为激光器耗散孤子共振状态输出时的光谱，图3为激光器耗散孤子共振状态输出时的脉冲序列，图4为激光器耗散孤子共振状态输出时的脉冲波形图。图5为激光器不同泵浦功率下多种宽度的脉冲波形集合图。

本申请利用多模光纤中的非线性多模干涉效应，也就是所谓的自聚焦效应引起的可饱和吸收性，并通过偏振控制器调节腔内非线性相移和损耗，使得干涉光强处在相位差为π的奇数倍点上实现锁模输出，具有全光纤结构、较高的脉冲能量以及优异的散热特性。本申请中使用的多模光纤为商用单包层多模光纤，长度为0.2米。相同长度的多模光纤制备的可饱和吸收组件6在放入偏振控制器7后，通过调节偏振控制器7，可以获得不同的调制深度。

进一步地，所述激光发出组件1、波分复用器2、增益光纤3、耦合器4、偏振无关隔离器5和全光纤可饱和吸收组件6依次熔接，所述全光纤可饱和吸收组件6与所述波分复用器2熔接。

进一步地，所述的增益光纤3为单模掺铒光纤。

进一步地，所述单包层多模光纤的长度为0.2m。

进一步地，所述激光发出组件1为单模输出的980nm的半导体激光器。

进一步地，所述耦合器4为10:90的输出耦合器，其中10％为输出端。

进一步地，所述偏振控制器7为手动旋转挤压式偏振控制器。

偏振控制器7采用手动旋转挤压式偏振控制器，用来调整激光腔内非线性相移和光强损耗，以提高脉冲激光输出稳定性。

进一步地，所述耦合器4与激光观测组件9相连接。这里的连接方式也是熔接。

进一步地，波分复用器2、增益光纤3、耦合器4、偏振无关隔离器5和全光纤可饱和吸收组件6依次连接组成光纤环形腔结构。

本申请提供的全光纤锁模光纤激光器，单模-多模-单模结构是利用光传输至多模光纤中激发高阶模，再耦合进入单模光纤发生干涉效应，通过手动旋转挤压式偏振控制器改变激光器谐振腔内的非线性及损耗，对光强进行调制，实现被动锁模脉冲激光输出。SMS结构能够容忍更高的能量运行，相对于真实可饱和吸收体可以大大提高损伤阈值而不至于锁模器件损坏，因为基于多模干涉效应的SMS全光纤结构的光纤激光器具有很大的应用和研究价值。采用的锁模器件是一个由单模-多模-单模依次熔接的光纤结构，其锁模机制是利用非线性多模干涉效应，同时通过手动旋转挤压式偏振控制器改变腔内的非线性和损耗，对光强进行调制得以实现锁模。多模光纤中的非线性多模干涉效应实现锁模，得到了1.5μm波段的耗散孤子共振输出。具有全光纤结构，损伤阈值高，稳定性高，结构紧凑，脉冲能量大。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种耗散孤子共振光纤激光器，其特征在于，包括依次熔接的激光发出组件(1)、波分复用器(2)、增益光纤(3)、耦合器(4)、偏振无关隔离器(5)和全光纤可饱和吸收组件(6)；

所述全光纤可饱和吸收组件(6)与所述波分复用器(2)熔接；

所述波分复用器(2)、增益光纤(3)、耦合器(4)、偏振无关隔离器(5)和全光纤可饱和吸收组件(6)依次连接组成光纤环形腔结构；

所述全光纤可饱和吸收组件(6)包括偏振控制器(7)和光纤组(8)，所述光纤组(8)包括依次连接的单模光纤、单包层多模光纤和输出单模光纤；所述依次连接的单模光纤、单包层多模光纤和输出单模光纤被所述偏振控制器(7)机械性的夹住。

2.根据权利要求1所述的耗散孤子共振光纤激光器，其特征在于，所述的增益光纤(3)为单模掺铒光纤。

3.根据权利要求1所述的耗散孤子共振光纤激光器，其特征在于，所述单包层多模光纤的长度为0.2m。

4.根据权利要求1所述的耗散孤子共振光纤激光器，其特征在于，所述激光发出组件(1)为单模输出的980nm的半导体激光器。

5.根据权利要求1所述的耗散孤子共振光纤激光器，其特征在于，所述耦合器(4)为10:90的输出耦合器，其中10％为输出端。

6.根据权利要求1所述的耗散孤子共振光纤激光器，其特征在于，所述偏振控制器(7)为手动旋转挤压式偏振控制器。

7.根据权利要求1-6任一所述的耗散孤子共振光纤激光器，其特征在于，所述耦合器(4)与激光观测组件(9)相连接。

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