CN216312322U - 一种脉冲分裂可恢复的耗散孤子共振型脉冲光纤激光器 - Google Patents
一种脉冲分裂可恢复的耗散孤子共振型脉冲光纤激光器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种脉冲分裂可恢复的耗散孤子共振型脉冲光纤激光器，包括泵浦源以及由波分复用器、掺镱光纤、光纤隔离器、第一段单模光纤、光纤输出耦合器、光纤非线性环形反射镜、带宽可变滤波器连接形成的光纤环形腔；所述光纤非线性环形反射镜包括四口光纤耦合器，所述四口光纤耦合器的两个输出端口连接第二段单模光纤和偏振控制器。本实用新型通过使用带宽可变滤波器，在光纤激光器中，实现耗散孤子共振型脉冲分裂的可恢复，输出具有更大能量的单个耗散孤子共振型脉冲。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学工程、超快非线性光纤光学动力学、光纤激光器技术领域，尤其涉及一种脉冲分裂可恢复的耗散孤子共振型脉冲光纤激光器。
背景技术
耗散孤子共振是光纤激光器工作的一个特殊区域，随增益的增加，在脉冲峰值功率受限的同时脉冲宽度增加，理论上脉冲能量能够无限提升。耗散孤子共振型脉冲具有平顶的时域结构且峰值功率受限，其光谱底座具有陡峭的光谱边缘。当脉冲能量增加时，脉宽增加且光谱的矩形基座基本不变，新出现的光谱成分位于光谱中间并形成尖峰。2008年，Chang等人通过求解复杂的立方五次金兹堡-朗道方程，从理论上发现并提出了耗散孤子共振的运行机制，预测了耗散孤子共振型脉冲的存在[1]。2009年，Wu等人在掺铒光纤激光器中采用非线性偏振旋转锁模，证实了耗散孤子共振型脉冲的存在[2]。随泵浦功率的提升，产生的耗散孤子共振型脉冲保持峰值功率不变，脉冲宽度增加。受限于最大泵浦功率，所产生的耗散孤子共振型脉冲的最大脉冲能量为281nJ，而且脉冲能量和脉冲宽度基本上随泵浦功率线性增长。
由于耗散孤子共振在获得大脉冲能量及脉冲可调谐方面的优越性，自其被提出以来，大量关于耗散孤子共振型脉冲的研究不断出现。随着研究的深入，人们发现在实际操作中，随着光纤激光器泵浦功率的提升，耗散孤子共振型脉冲仍有可能分裂。光纤激光器中积累的过量非线性相移将最终导致脉冲分裂[3]。初始工作条件和泵浦条件的改变都可能造成耗散孤子共振型脉冲的分裂[4,5]，特别是在强泵浦条件下。耗散孤子共振型脉冲的分裂使得继续提高泵浦能量以获得更大脉冲能量的设想不能实现。因此可实现脉冲分裂可恢复的耗散孤子共振型脉冲光纤激光器具有很高的应用和研究价值。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种脉冲分裂可恢复的耗散孤子共振型脉冲光纤激光器，基于非线性光纤环形镜锁模技术，利用滤波器的带宽与泵浦功率的相关性，旨在激光器中实现耗散孤子共振型脉冲分裂的可恢复，输出具有更大能量的单个耗散孤子共振型脉冲。
本实用新型为实现上述实用新型目的采用如下技术方案：
本实用新型提供了一种脉冲分裂可恢复的耗散孤子共振型脉冲光纤激光器，包括泵浦源以及由波分复用器、掺镱光纤、光纤隔离器、第一段单模光纤、光纤输出耦合器、光纤非线性环形反射镜、带宽可变滤波器连接形成的光纤环形腔；
所述光纤非线性环形反射镜包括四口光纤耦合器，所述四口光纤耦合器的两个输出端口连接第二段单模光纤和偏振控制器；
所述泵浦源与所述波分复用器的泵浦端口连接，所述波分复用器的公共端口依次经掺镱光纤、光纤隔离器、第一段单模光纤连接至所述光纤输出耦合器的能量输入端口；
所述光纤输出耦合器输出比例高于70％的能量输出端口连接至所述四口光纤耦合器的输入端口；
所述四口光纤耦合器的反射端口连接至所述带宽可变滤波器的输入端口；
所述带宽可变滤波器的输出端口连接至所述波分复用器的信号端口；
所述激光器稳定的耗散孤子共振型脉冲从所述光纤输出耦合器输出比例低于30％的能量输出端口输出。
进一步地，所述泵浦源为单模光纤耦合的半导体激光器，其中心波长位于973～980nm，其输出尾纤为在1μm波段为单模的单模光纤。
进一步地，所述波分复用器的工作波长是980/1030nm，其输出尾纤为在1μm波段为单模的单模光纤。
进一步地，所述光纤隔离器采用中心波长为1030nm的隔离器，其输出尾纤为在1μm波段为单模的单模光纤。
进一步地，所述第一段单模光纤为在1μm波段为单模的单模光纤，长度大于100米。
进一步地，所述光纤输出耦合器采用输出能量低于30％的光纤耦合器，其输出尾纤为在1μm波段为单模的单模光纤。
进一步地，所述四口光纤耦合器采用能量比为20:80的光纤耦合器，其输出尾纤在1μm波段为单模。
进一步地，所述偏振控制器为三片线圈旋转式偏振控制器或挤压式偏振控制器，其输出尾纤在1μm波段为单模。
进一步地，所述第二段单模光纤为在1μm波段为单模的单模光纤，长度大于200米。
进一步地，所述带宽可变滤波器采用带宽由泵浦功率控制的滤波器，其输出尾纤在1μm波段为单模。
本实用新型的有益效果如下：
通过使用带宽可变滤波器，在光纤激光器中，实现耗散孤子共振型脉冲分裂的可恢复，输出具有更大能量的单个耗散孤子共振型脉冲；
较低泵浦功率时形成单个耗散孤子共振型脉冲，但脉冲脉宽较窄、能量较低；随泵浦功率提高，脉冲展宽的同时脉冲能量提升，继续增加泵浦功率，因带宽可变滤波器带宽不够宽，导致带宽限制效应从而造成脉冲分裂，两个或多个耗散孤子共振型脉冲产生，进一步增加泵浦功率，带宽可变滤波器带宽随之提升，多个耗散孤子共振型脉冲将恢复成单个具有较大脉冲能量的耗散孤子共振型脉冲；
与恢复前的耗散孤子共振型脉冲相比，脉冲分裂恢复后的耗散孤子共振型脉冲可以容纳更多的脉冲能量，为进一步提升输出脉冲能量奠定基础。
附图说明
图1为根据本实用新型实施例提供的一种实现脉冲分裂可恢复的耗散孤子共振型脉冲光纤激光器的实验装置图；
图2为根据本实用新型实施例提供的数值仿真激光器输出的单个耗散孤子共振型脉冲时域图；
图3为根据本实用新型实施例提供的数值仿真激光器输出的已分裂的两个耗散孤子共振型脉冲时域图；
图4为根据本实用新型实施例提供的数值仿真激光器输出的已分裂的两个耗散孤子共振型脉冲恢复成的单个耗散孤子共振型脉冲时域图；
图5为根据本实用新型实施例提供的数值仿真激光器输出的已分裂的三个耗散孤子共振型脉冲时域图；
图6为根据本实用新型实施例提供的数值仿真激光器输出的已分裂的三个耗散孤子共振型脉冲恢复成的单个耗散孤子共振型脉冲时域图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
如图1所示，本实用新型提供了一种实现脉冲分裂可恢复的耗散孤子共振型脉冲光纤激光器，包括泵浦源1以及由波分复用器2、掺镱光纤3、光纤隔离器4、第一段单模光纤5、光纤输出耦合器6、光纤非线性环形反射镜和带宽可变滤波器10用光纤连接成光纤环形腔；其中光纤非线性环形反射镜是将一个四口光纤耦合器7的两个输出端口(7c和7d)通过第二段单模光纤8和偏振控制器9连接而成。所述的泵浦源1与波分复用器2的泵浦端口2a连接，波分复用器2的公共端口2c依次经掺镱光纤3、光纤隔离器4、第一段单模光纤5连接至光纤输出耦合器6的能量输入端口，光纤输出耦合器6的70％能量输出端口连接至光纤非线性环形反射镜的输入端口7a，光纤非线性环形反射镜的反射端口7b连接至带宽可变滤波器10的输入端口，带宽可变滤波器10的输出端口连接至波分复用器2的信号端口2b；光纤非线性环形反射镜与泵浦源1、波分复用器2、掺镱光纤3、光纤隔离器4、第一段单模光纤5、光纤输出耦合器6和带宽可变滤波器10之间通过使用在1μm波段为单模的单模光纤连接，光纤非线性环形反射镜内的四口光纤耦合器7、第二段单模光纤8和偏振控制器9通过使用在1μm波段为单模的单模光纤连接,该激光器稳定的耗散孤子共振型脉冲从光纤输出耦合器6的30％能量输出端口输出。通过调控偏振控制器9和泵浦功率，可以实现耗散孤子共振型脉冲分裂的恢复，并得到具有较大能量的单个耗散孤子共振型脉冲。
所述的泵浦源1为单模光纤耦合的半导体激光器，其中心波长位于973～980nm，对应于掺镱光纤的泵浦吸收峰，提高泵浦效率，输出尾纤类型为在1μm波段为单模的单模光纤。
优选地，所述泵浦源1的输出尾纤为Corning HI1060。
所述的波分复用器2的工作波长是980/1030nm，作用是将泵浦光耦合进谐振腔内，其尾纤类型为在1μm波段为单模的单模光纤。
优选地，其尾纤类型为Corning HI1060。
所述的掺镱光纤3型号为YB406，长度为40cm，采购于CorActive公司，其掺杂浓度高，最高泵浦吸收达到600dB/m，具有很强的增益。
该增益光纤优选为YB406，也可选用其它单模掺镱光纤。
所述的光纤隔离器4采用中心波长为1030nm的隔离器，作用是限制激光器单向运转，其尾纤类型为在1μm波段为单模的单模光纤。
优选地，其尾纤类型为Corning HI1060。
所述的第一段单模光纤5为在1μm波段为单模的单模光纤，长度大于100米。
优选地，其尾纤类型为Corning HI1060。
所述的光纤输出耦合器6采用能量比为30:70光纤耦合器，作用是输出腔内生成的耗散孤子共振型脉冲，其尾纤类型为在1μm波段为单模的单模光纤。
优选地，其尾纤类型为Corning HI1060。
所述的四口光纤耦合器7采用能量比为20:80光纤耦合器，作用是将其两个输出端口经第二段单模光纤8和偏振控制器9互相连接组成非线性环形反射镜，作为锁模启动装置，其尾纤类型满足1μm波段单模。
优选地，其尾纤类型为Corning HI1060。
所述的第二段单模光纤8为在1μm波段为单模的单模光纤，长度大于200米。
优选地，其尾纤类型为Corning HI1060。
所述的偏振控制器9为三片线圈旋转式偏振控制器或挤压式偏振控制器，作用是调节谐振腔中光脉冲的偏振及损耗，其尾纤类型为在1μm波段为单模的单模光纤。
优选地，其尾纤类型为Corning HI1060。
所述的带宽可变滤波器10采用带宽由泵浦控制的滤波器，泵浦越强，带宽越宽，其输出尾纤在1μm波段为单模。
优选地，其尾纤类型为Corning HI1060。
图1中，标记2a表示本实用新型的输入端口，本实用新型的耗散孤子共振型脉冲从光纤输出耦合器6输出。
本实用新型激光器中组成非线性环形反射镜的第二段单模光纤8长度为200米或更长。采用长非线性环形反射镜来引入对脉冲的峰值功率钳制效应是本实用新型激光器实现耗散孤子共振型脉冲的关键；采用带宽可由泵浦功率调控的滤波器，实现耗散孤子共振型脉冲分裂的可恢复，输出具有更大能量的单个耗散孤子共振型脉冲。
数值仿真所得激光器输出的在低泵浦条件下得到的单个耗散孤子共振型脉冲的时域图如图2所示；在较强泵浦条件下得到的2脉冲分裂和3脉冲分裂分别如图3和图5所示；图4和图6分别给出继续增加泵浦所获得的恢复后的单个耗散孤子共振型脉冲，相比图2，此时脉冲宽度更宽、脉冲能量更高。
本实用新型提供了一种耗散孤子共振型脉冲分裂可恢复的产生方法，具体步骤如下：通过波分复用器将泵浦连续光耦合进光纤激光器内；掺镱光纤吸收了泵浦连续光，受激辐射出长波段的增益脉冲；增益脉冲在光纤激光器腔内震荡；光隔离器使光纤激光器内的脉冲单向运行；增益脉冲输入非线性环形镜，顺时针和逆时针传输的脉冲在非线性环形镜中交会并在输出端经干涉输出；与传播方向相关的非线性相移积累的不同导致锁模脉冲的产生；较低泵浦功率时形成单个耗散孤子共振型脉冲，但脉冲脉宽较窄、能量较低；随泵浦功率提高，脉冲展宽的同时脉冲能量提升；继续增加泵浦功率，因带宽可变滤波器带宽不够宽，导致带宽限制效应从而造成脉冲分裂，两个或多个耗散孤子共振型脉冲产生；进一步增加泵浦功率，带宽可变滤波器带宽随之提升，多个耗散孤子共振型脉冲将恢复成单个具有较大脉冲能量的耗散孤子共振型脉冲。与恢复前的耗散孤子共振型脉冲相比，脉冲分裂恢复后的耗散孤子共振型脉冲可以容纳更多的脉冲能量。
以上所述仅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技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种脉冲分裂可恢复的耗散孤子共振型脉冲光纤激光器，其特征在于，包括泵浦源以及由波分复用器、掺镱光纤、光纤隔离器、第一段单模光纤、光纤输出耦合器、光纤非线性环形反射镜、带宽可变滤波器连接形成的光纤环形腔；
所述光纤非线性环形反射镜包括四口光纤耦合器，所述四口光纤耦合器的两个输出端口连接第二段单模光纤和偏振控制器；
所述泵浦源与所述波分复用器的泵浦端口连接，所述波分复用器的公共端口依次经掺镱光纤、光纤隔离器和第一段单模光纤连接至所述光纤输出耦合器的能量输入端口；
所述光纤输出耦合器输出比例高于70％的能量输出端口连接至所述四口光纤耦合器的输入端口；
所述四口光纤耦合器的反射端口连接至所述带宽可变滤波器的输入端口，所述带宽可变滤波器的输出端口连接至所述波分复用器的信号端口；
所述激光器稳定的耗散孤子共振型脉冲从所述光纤输出耦合器输出比例低于30％的能量输出端口输出。
2.根据权利要求1所述的一种脉冲分裂可恢复的耗散孤子共振型脉冲光纤激光器，其特征在于，所述泵浦源为单模光纤耦合的半导体激光器，其中心波长位于973～980nm，其输出尾纤为在1μm波段为单模的单模光纤。
3.根据权利要求1所述的一种脉冲分裂可恢复的耗散孤子共振型脉冲光纤激光器，其特征在于，所述波分复用器的工作波长是980/1030nm，其输出尾纤为在1μm波段为单模的单模光纤。
4.根据权利要求1所述的一种脉冲分裂可恢复的耗散孤子共振型脉冲光纤激光器，其特征在于，所述光纤隔离器采用中心波长为1030nm的隔离器，其输出尾纤为在1μm波段为单模的单模光纤。
5.根据权利要求1所述的一种脉冲分裂可恢复的耗散孤子共振型脉冲光纤激光器，其特征在于，所述第一段单模光纤为在1μm波段为单模的单模光纤，长度大于100米。
6.根据权利要求1所述的一种脉冲分裂可恢复的耗散孤子共振型脉冲光纤激光器，其特征在于，所述光纤输出耦合器采用输出能量低于30％的光纤耦合器，其输出尾纤为在1μm波段为单模的单模光纤。
7.根据权利要求1所述的一种脉冲分裂可恢复的耗散孤子共振型脉冲光纤激光器，其特征在于，所述四口光纤耦合器采用能量比为20:80的光纤耦合器，其输出尾纤在1μm波段为单模。
8.根据权利要求1所述的一种脉冲分裂可恢复的耗散孤子共振型脉冲光纤激光器，其特征在于，所述偏振控制器为三片线圈旋转式偏振控制器或挤压式偏振控制器，其输出尾纤在1μm波段为单模。
9.根据权利要求1所述的一种脉冲分裂可恢复的耗散孤子共振型脉冲光纤激光器，其特征在于，所述第二段单模光纤为在1μm波段为单模的单模光纤，长度大于200米。
10.根据权利要求1所述的一种脉冲分裂可恢复的耗散孤子共振型脉冲光纤激光器，其特征在于，所述带宽可变滤波器采用带宽由泵浦功率控制的滤波器，其输出尾纤在1μm波段为单模。
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| CN202123101987.0U CN216312322U (zh) | 2021-12-06 | 2021-12-06 | 一种脉冲分裂可恢复的耗散孤子共振型脉冲光纤激光器 |
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|---|---|---|---|---|
| CN113809622A (zh) * | 2021-09-10 | 2021-12-17 | 昆山瞬刻激光科技有限公司 | 一种单模多模共生的耗散孤子共振脉冲全光纤锁模激光器及产生方法 |
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- 2021-12-06 CN CN202123101987.0U patent/CN216312322U/zh active Active
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| CN113809622B (zh) * | 2021-09-10 | 2024-08-02 | 昆山瞬刻激光科技有限公司 | 一种单模多模共生的耗散孤子共振脉冲全光纤锁模激光器及产生方法 |
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