CN212659818U

CN212659818U - 一种自启动Mamyshev超短脉冲光纤振荡器

Info

Publication number: CN212659818U
Application number: CN202021555943.8U
Authority: CN
Inventors: 张丽强; 陈南光; 姚一村; 田振; 韩海莉; 王明红; 周海苗; 闫栋
Original assignee: Liaocheng University
Current assignee: Liaocheng University
Priority date: 2020-07-30
Filing date: 2020-07-30
Publication date: 2021-03-05
Anticipated expiration: 2030-07-30

Abstract

一种自启动Mamyshev超短脉冲光纤振荡器，包括光环路，在光环路中包括两滤光器，其中至少一个滤光器的中心波长可调节；还包括一设在两滤光器之间的、可以产生初始脉冲的自锁模器，在光环路中还包括至少一个泵浦源和至少一个输出耦合器。本申请通过设置中心波长可调节的滤光器以及可以产生初始脉冲的自锁模器，从而使得可以在不借助外部设施的前提之下，实现Mamyshev超短脉冲光纤振荡器的自启动，简化了整体结构，同时还提高了整个系统的可靠性。

Description

一种自启动Mamyshev超短脉冲光纤振荡器

技术领域

本申请涉及一种自启动Mamyshev超短脉冲光纤振荡器。

背景技术

超短脉冲光纤激光器结构简单、光束质量高、脉冲宽度窄，在传感、材料加工、医疗等领域有重要应用。为提高脉冲能量，人们相继提出了不同的脉冲演化方式，包括负色散激光器中的孤子、色散管理孤子、净色散接近零的腔内的自相似脉冲以及全正色散腔中的耗散孤子，脉冲能量从0.1nJ提升到几十nJ，但它们最终受到腔内非线性相移的限制。超短脉冲光纤激光器的另一个关键器件是可饱和吸收体，但现用的可饱和吸收体普遍存在高功率时容易损伤，调制深度不够等问题。过量的非线性相移的积累以及性能可靠的可饱和吸收体的缺乏限制了环境稳定高能量脉冲光源的发展，并促使人们探寻新的非线性传输模式和脉冲产生机制。

近几年，基于Mamyshev再生器的超短脉冲光源在提高脉冲能量、增强稳定性方面展现出巨大的潜力和优势。Mamyshev振荡器利用两个错位的滤光片来稳定脉冲。当高峰值功率及低峰值功率的脉冲经过第一个滤光片传输时，在光纤中经历不同自相位调制效应，高峰值功率脉冲光谱展宽程度大，低峰值功率脉冲光谱展宽程度小。第二个滤光片的中心波长与第一个中心波长不一致(错位)，通过第二个滤光片时，高峰值功率脉冲展宽的光谱能覆盖滤光片的中心波长，从而能透过滤光片继续传输。低强度脉冲产生的自相位调制不足，无法通过偏移滤光器，最终使高强度脉冲通过而阻止低于特定强度阈值的脉冲。与先前报道的锁模光纤激光器相比，Mamyshev振荡器具有更好的环镜稳定性并能输出更高能量的脉冲。

Mamyshev振荡器阶跃型的光谱透过率函数非常善于抑制噪声，但也产生了相反的问题：自启动能力。因为两个错位滤光片的存在，激光器不能工作在连续光状态。或者说，在脉冲形成之前，振荡器中不存在连续光，因此，基于Mamyshev机制的超短脉冲振荡器无法自启动。为解决这个问题，人们提出了不同的Mamyshev振荡器结构，包括允许自发幅射光暂时绕过一个滤光器并反馈、调制泵浦二极管以及结合辅助腔等。但在这些结构中引入了附加的腔臂，增加了系统的复杂性。

实用新型内容

为了解决上述问题，本申请一方面提出来一种自启动Mamyshev超短脉冲光纤振荡器，包括光环路，在光环路中包括两滤光器，其中至少一个滤光器的中心波长可调节；还包括一设在两滤光器之间的、可以产生初始脉冲的自锁模器，在光环路中还包括至少一个泵浦源和至少一个输出耦合器。本申请通过设置中心波长可调节的滤光器以及可以产生初始脉冲的自锁模器，从而使得可以在不借助外部设施的前提之下，实现Mamyshev超短脉冲光纤振荡器的自启动，简化了整体结构，同时还提高了整个系统的可靠性。

优选的，所述自锁模器为非线性偏振旋转锁模器，所述自锁模器由依次相连的第一偏振控制器、偏振相关隔离器以及第二偏振控制器组成；所述第一偏振控制器和第二偏振控制器为三环式偏振控制器。

优选的，所述泵浦源包括依次相连的激光二极管和合束器，所述合束器连通于光环路中。

优选的，在合束器后还设有增益光纤；所述增益光纤为掺铒光纤或掺镱光纤。

优选的，在光环路中还包括用于调节净色散的色散补偿光纤。色散补偿光纤用于补偿其它器件尾纤的负色散，使振荡器腔内总色散为正值，色散补偿光纤的长度根据腔内负色散值来确定。

优选的，在光环路中还包括用于脉冲光谱展宽的高非线性光纤；沿光传播方向，高非线性光纤设在色散补偿光纤之后。增强腔内的非线性效应，使脉冲的光谱展宽。

优选的，所述中心波长可调节的滤光器为可调谐滤光片。

优选的，包括设在光环路中依次相连的第一泵浦源、第一增益光纤、输出耦合器、第一滤光器、自锁模器、第二泵浦源、第二增益光纤、第二滤光片、色散补偿光纤、高非线性光纤。

优选的，所述输出耦合器的输出光的比例不高于10％。

另一方面，本申请提出了一种Mamyshev超短脉冲光纤振荡器自启动方法，提供一光环路，在光环路中至少设置两个滤光器，其中一个是中心波长可调节的滤光器，还包括自锁模器；

调节中心波长可调节的滤光器，使得其与其他滤光器的透光光谱部分重合，然后使得自锁模器产生锁模脉冲作为种子脉冲；

泵浦源增大功率以提高腔内的非线性效应，然后调节中心波长可调节的滤光器使得其与其他滤光器的透光光谱不重合以过渡到Mamyshev脉冲。本申请使用非线性偏振旋转锁模方式在两个滤光片透射光谱部分重合的情况下产生锁模脉冲，锁模脉冲作为种子光，通过增强非线性效应过渡到Mamyshev脉冲整形机制。与现有技术相比，不需要外部注入种子光，启动时也不需要与外加的腔臂进行切换，结构简单，成本更低。另外，本申请提供的超短脉冲光纤振荡器中使用了可调谐滤光片，调节两个滤光片透射谱中心波长的错位量，可优化输出的超短脉冲的特性。

本申请能够带来如下有益效果：

1、本申请通过设置中心波长可调节的滤光器以及可以产生初始脉冲的自锁模器，从而使得可以在不借助外部设施的前提之下，实现Mamyshev超短脉冲光纤振荡器的自启动，简化了整体结构，同时还提高了整个系统的可靠性；

2、本申请使用非线性偏振旋转锁模方式在两个滤光片透射光谱部分重合的情况下产生锁模脉冲，锁模脉冲作为种子光，通过增强非线性效应过渡到Mamyshev脉冲整形机制。与现有技术相比，不需要外部注入种子光，启动时也不需要与外加的腔臂进行切换，结构简单，成本更低；

3、本申请提供的超短脉冲光纤振荡器中使用了可调谐滤光片，调节两个滤光片透射谱中心波长的错位量，可优化输出的超短脉冲的特性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请的第一个实施例的示意图；

图2为本申请的第二个实施例的示意图；

图3为图2的A部放大示意图。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合附图，对本申请进行详细阐述。

在第一个实施例中，如图1所示，包括光环路1，在光环路1中包括两滤光器2，其中至少一个滤光器2的中心波长可调节；还包括一设在两滤光器2之间的、可以产生初始脉冲的自锁模器3，在光环路1中还包括至少一个泵浦源4和至少一个输出耦合器5。

在使用时，首先调整滤光器2的中心波长，使得两滤光器2通过的波长产生重叠，然后利用自锁模器3产生初始脉冲，随后利用泵浦源4增强，随着腔内的非线性效应增强，再调整中心波长可调节的滤光器2，使得两个滤光器2的透射光谱不重合，从而从锁模脉冲形式过渡到Mamyshev模式，从输出耦合器5输出激光。

在第二个实施例中，如图2-3所示，在第一实施例的基础上，包括设在光环路1中依次相连的第一泵浦源6、第一增益光纤7、输出耦合器5、第一滤光器8、自锁模器3、第二泵浦源9、第二增益光纤10、第二滤光片11、色散补偿光纤12、高非线性光纤13；所述第二滤光器2为中心波长可调节的滤光器2。所述自锁模器3为非线性偏振旋转锁模器，所述自锁模器3由依次相连的第一偏振控制器14、偏振相关隔离器15以及第二偏振控制器16组成；所述第一偏振控制器14和第二偏振控制器16为三环式偏振控制器。所述泵浦源4包括依次相连的激光二极管17和合束器18，所述合束器18连通于光环路1中。所述增益光纤为掺铒光纤或掺镱光纤。所述中心波长可调节的滤光器2为可调谐滤光片。所述输出耦合器5的输出光的比例不高于10％。

Mamyshev振荡器的典型特征为两个滤光片的中心波长不一致，透射光谱不重合。当脉冲经过第一滤光片后，脉冲的中心波长与第一滤光片的中心波长一致，脉冲在光纤中经历自相位调制效应，光谱展宽。再通过第二滤光片11时，如果脉冲的峰值功率较高，展宽的光谱能覆盖第二滤光片11的中心波长，从而能透过滤光片继续传输。如果脉冲的峰值功率较低，产生的自相位调制不足，无法通过偏移滤波器，因此，Mamyshev振荡器中的两个错位滤光片最终使高强度脉冲通过而阻止低于特定强度阈值的脉冲。由于错位滤光片的存在，Mamyshev振荡器无法工作在连续光输出状态。

使用时，首先是调整第二滤光器2的中心波长，使得第一滤光器2和第二滤光器2在某个波长范围内有交叉，然后调节第一偏振控制器14以及第二偏振控制器16，利用非线性偏振旋转锁模的作用产生锁模脉冲，此锁模脉冲为过渡到Mamyshev模式的种子脉冲，然后增加第一激光二极管17，第二激光二极管17的功率来提高腔内的非线性，同时调节第二滤光器2的中心波长，恢复到没有重合光谱的状态，即完成从非线性偏振旋转锁模脉冲到Mamyshev脉冲的过渡，从而完成整个系统的自启动，然后还可以进一步调节第二滤光片中心波长的错位量以及腔内的非线性效应，优化振荡器的输出；在此过程中，如第一激光二极管17及第一激光二极管17采用光纤耦合半导体激光二极管17，其输出的976nm泵浦光分别通过第一合束器18和第二合束器18进入第一增益光纤7及第二增益光纤，两增益光纤吸收泵浦光后通过能级跃迁产生1.5μm波段的激光；而色散补偿光纤在1.5μm波段的附近群速度色散为正值，从而补偿其它器件尾纤的负色散，使振荡器腔内总色散为正值，当然色散补偿光纤的长度根据腔内负色散值来确定。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims

1.一种自启动Mamyshev超短脉冲光纤振荡器，包括光环路，其特征在于：在光环路中包括两滤光器，其中至少一个滤光器的中心波长可调节；还包括一设在两滤光器之间的、可以产生初始脉冲的自锁模器，在光环路中还包括至少一个泵浦源和至少一个输出耦合器。

2.根据权利要求1所述的一种自启动Mamyshev超短脉冲光纤振荡器，其特征在于：所述自锁模器为非线性偏振旋转锁模器，所述自锁模器由依次相连的第一偏振控制器、偏振相关隔离器以及第二偏振控制器组成；所述第一偏振控制器和第二偏振控制器为三环式偏振控制器。

3.根据权利要求1所述的一种自启动Mamyshev超短脉冲光纤振荡器，其特征在于：所述泵浦源包括依次相连的激光二极管和合束器，所述合束器连通于光环路中。

4.根据权利要求3所述的一种自启动Mamyshev超短脉冲光纤振荡器，其特征在于：在合束器后还设有增益光纤；所述增益光纤为掺铒光纤或掺镱光纤。

5.根据权利要求1所述的一种自启动Mamyshev超短脉冲光纤振荡器，其特征在于：在光环路中还包括用于调节净色散的色散补偿光纤。

6.根据权利要求5所述的一种自启动Mamyshev超短脉冲光纤振荡器，其特征在于：在光环路中还包括用于脉冲光谱展宽的高非线性光纤；沿光传播方向，高非线性光纤设在色散补偿光纤之后。

7.根据权利要求1所述的一种自启动Mamyshev超短脉冲光纤振荡器，其特征在于：所述中心波长可调节的滤光器为可调谐滤光片。

8.根据权利要求1所述的一种自启动Mamyshev超短脉冲光纤振荡器，其特征在于：包括设在光环路中依次相连的第一泵浦源、第一增益光纤、输出耦合器、第一滤光器、自锁模器、第二泵浦源、第二增益光纤、第二滤光片、色散补偿光纤、高非线性光纤；所述第二滤光器为中心波长可调节的滤光器。

9.根据权利要求1所述的一种自启动Mamyshev超短脉冲光纤振荡器，其特征在于：所述输出耦合器的输出光的比例不高于10％。