CN216720528U - 一种可调谐飞秒脉冲光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可调谐飞秒脉冲光纤激光器，特点是包括锁模掺铥振荡器模块、啁啾控制模块和掺铥光纤放大器模块，锁模掺铥振荡器模块包括EDFA泵浦激光器及沿第一光路依次设置的波分复用器、单包层掺铥光纤、第一激光准直器、第一1/4波片、1/2波片、偏振分束器、隔离器、第二1/4波片和第二激光准直器，啁啾控制模块包括沿偏振分束器的反射光输出端开始的第二光路依次设置的第三激光准直器和第一石英单模光纤，掺铥光纤放大器模块包括连续光半导体二极管激光器及沿第一石英单模光纤后的第三光路依次设置的高功率偏振无关隔离器、合束器、双包层掺铥光纤和第二石英单模光纤；优点是可以产生高功率以及高转换效率的拉曼孤子脉冲输出。

Description

一种可调谐飞秒脉冲光纤激光器

技术领域

本实用新型涉及一种飞秒脉冲光纤激光器，尤其是一种可调谐飞秒脉冲光纤激光器。

背景技术

孤子自频移是指孤子脉冲在光纤中传输时脉冲光谱的短波成分泵浦长波成分使光谱波长发生红移的现象；最近几年，国内外有很多对于光纤中孤子自频移过程的报道，他们均采用相对简单的实验原理，将一束超短脉冲激光耦合进一段高非线性光纤中产生孤子自频移效应，高非线性光纤如ZBLAN玻璃光纤、光子晶体光纤以及一些GeO₂掺杂光纤；但是在有源掺铥光纤中的孤子自频移过程研究非常少，主要原因可能有两点：第一点，搭建一个两微米稳定的窄脉宽锁模振荡器是比较困难的，因此他们在有源掺铥光纤中进行频移时会导致较低的转换效率，最终导致产生的拉曼孤子功率较低；第二点，由于石英基质的玻璃光纤在光波长超过2.26 µm之后会出现损耗加剧的上升，导致在有源掺铥光纤中进行频移时无法频移至2.3 µm；恰恰相反，在有源掺铥光纤中进行孤子自频移过程的优势是相当大的；首先，有源掺铥光纤既可以作为放大器也可以作为拉曼频移器，拉曼频移器可以产生拉曼孤子，放大器可以放大产生的拉曼孤子；其次，由于熔接技术的快速发展，各种光纤熔接机的研发和使用大大提高了石英光纤的熔接质量，掺铥光纤是种石英基质光纤，可以仅仅通过简单的熔接来大大提高光耦进光纤中的效率，产生的拉曼孤子具有更高的可靠性和功率，这大大增加了拉曼孤子可调谐激光器的应用价值；当然，实现高功率、高稳定大范围调谐的2µm以上拉曼孤子输出需要一个稳定的2 µm种子激光源，因此提高2 µm锁模振荡器的稳定性至关重要。

目前对于利用孤子自频移产生更长波长的超短脉冲激光输出多停留在研究新型高非线性光纤上，毫无疑问，由于不成熟的光纤工艺，即使可以实现更长波长的超短脉冲激光输出，光纤耦合效率的降低导致产生的超短脉冲激光输出功率的降低不可避免，几十毫瓦的激光输出功率使其在很多应用领域失去了它的研究价值，缺乏对于种子光源在孤子自频移过程中的研究，这使得他们很难实现高功率的飞秒激光输出。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可以产生高功率以及高转换效率的拉曼孤子脉冲输出的可调谐飞秒脉冲光纤激光器。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种可调谐飞秒脉冲光纤激光器，包括锁模掺铥振荡器模块、啁啾控制模块和掺铥光纤放大器模块，所述的锁模掺铥振荡器模块包括用于产生1560 nm的连续激光的EDFA泵浦激光器及沿所述的EDFA泵浦激光器的输出端开始的第一光路依次设置的波分复用器、单包层掺铥光纤、第一激光准直器、第一1/4波片、1/2波片、偏振分束器、隔离器、第二1/4波片和第二激光准直器，所述的EDFA泵浦激光器的输出端与所述的第二激光准直器的输出端分别通过传输光纤熔接于所述的波分复用器的输入端，所述的波分复用器用于将所述的EDFA泵浦激光器输出的1560 nm的连续激光耦合进所述的第一光路中，所述的单包层掺铥光纤用于将所述的波分复用器输出的1560 nm的连续激光转换为2 μm的连续激光，所述的偏振分束器的反射光与透射光的比例范围为2:3~1:1，所述的隔离器的输入端用于接收所述的偏振分束器的透射光输出端发出的透射光，所述的啁啾控制模块包括沿所述的偏振分束器的反射光输出端开始的第二光路依次设置的第三激光准直器和第一石英单模光纤，所述的第三激光准直器用于接收由所述的偏振分束器的反射光输出端输出的2 μm飞秒脉冲并发送至所述的第一石英单模光纤，所述的第一石英单模光纤用于为接收到的2 μm飞秒脉冲加上负啁啾，所述的掺铥光纤放大器模块包括连续光半导体二极管激光器及沿所述的第一石英单模光纤后的第三光路依次设置的高功率偏振无关隔离器、合束器、双包层掺铥光纤和第二石英单模光纤，所述的合束器用于将所述的连续光半导体二极管激光器产生的793 nm泵浦光及带有啁啾的2 μm飞秒脉冲耦合进所述的双包层掺铥光纤中，所述的双包层掺铥光纤用于对接收到的耦合光进行放大并产生放大后的可调谐飞秒脉冲，所述的第二石英单模光纤用于剥除放大后的可调谐飞秒脉冲中的793nm的泵浦光并输出2-2.3 μm可调谐飞秒脉冲，所述的第一光路、所述的第二光路及所述的第三光路中均采用石英单模光纤作为传输光纤。

所述的单包层掺铥光纤的纤芯直径为5 μm，包层直径为125 μm，所述的第一石英单模光纤的纤芯直径为8.2 μm，包层直径为125 μm，所述的双包层掺铥光纤的的纤芯直径为10μm，包层直径为130μm，所述的第二石英单模光纤的纤芯直径为8.2 μm，包层直径为125μm。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于装置依次包括用于产生稳定且光谱可调谐飞秒脉冲的锁模掺铥振荡器模块、用于对飞秒脉冲加上负啁啾的啁啾控制模块以及对于飞秒脉冲进行高功率放大同时产生2-2.35 μm光谱范围的掺铥光纤放大器模块，锁模掺铥振荡器模块是基于非线性偏振演化锁模的光纤激光器，非线性偏振演化锁模结构自带的双折射滤波效应可以实现种子波长调谐的输出；可以很好的研究泵浦脉冲中心波长对于拉曼频移的影响。啁啾控制模块中通过改变第一石英单模光纤的长度，可以很好的计算出经过其脉冲所带有的啁啾的大小，具有低成本、低损耗、更紧凑以及易全光纤化等优点，可以更全面研究脉冲初始啁啾对于孤子自频移在掺铥光纤放大器模块中的影响；

掺铥光纤放大器模块中的高功率偏振无关隔离器用来防止放大后的光由于菲涅尔反射造成的回光对于振荡器的扰动和损伤，连续光半导体二极管激光器作为放大器的泵浦源来给放大过程提供能量，合束器用来将2 µm的飞秒脉冲耦合进双包层掺铥光纤的纤芯中，将793 nm的连续激光耦合进双包层掺铥光纤的包层中，双包层掺铥光纤利用本身的非线性效应，从而产生2-2.35 µm可调谐的超短脉冲激光输出，采用双包层掺铥光纤作为放大器的增益介质，由于双包层掺铥光纤具有较低的非线性和较高的增益系数，可以产生高功率以及高转换效率的拉曼孤子脉冲输出。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

一种可调谐飞秒脉冲光纤激光器，包括锁模掺铥振荡器模块、啁啾控制模块和掺铥光纤放大器模块，锁模掺铥振荡器模块包括用于产生1560 nm的连续激光的EDFA泵浦激光器E1及沿EDFA泵浦激光器E1的输出端开始的第一光路依次设置的波分复用器WDM、单包层掺铥光纤TDF、第一激光准直器COL1、第一1/4波片QWP1、1/2波片HWP、偏振分束器PBS、隔离器ISO、第二1/4波片QWP2和第二激光准直器COL2，EDFA泵浦激光器E1的输出端与第二激光准直器COL2的输出端分别通过传输光纤熔接于波分复用器WDM的输入端，波分复用器WDM用于将EDFA泵浦激光器E1输出的1560 nm的连续激光耦合进第一光路中，单包层掺铥光纤TDF用于将波分复用器WDM输出的1560 nm的连续激光转换为2 μm的连续激光，偏振分束器PBS的反射光与透射光的比例范围为2:3~1:1，隔离器ISO的输入端用于接收偏振分束器PBS的透射光输出端发出的透射光，啁啾控制模块包括沿偏振分束器PBS的反射光输出端开始的第二光路依次设置的第三激光准直器COL3和第一石英单模光纤S1，第三激光准直器COL3用于接收由偏振分束器PBS的反射光输出端输出的2 μm飞秒脉冲并发送至第一石英单模光纤S1，第一石英单模光纤S1用于为接收到的2 μm飞秒脉冲加上负啁啾，掺铥光纤放大器模块包括连续光半导体二极管激光器LD及沿第一石英单模光纤S1后的第三光路依次设置的高功率偏振无关隔离器HISO、合束器Combiner、双包层掺铥光纤DC-TDF和第二石英单模光纤S2，合束器Combiner用于将连续光半导体二极管激光器LD产生的793 nm泵浦光及带有啁啾的2 μm飞秒脉冲耦合进双包层掺铥光纤DC-TDF中，双包层掺铥光纤DC-TDF用于对接收到的耦合光进行放大并产生放大后的可调谐飞秒脉冲，第二石英单模光纤S2用于剥除放大后的可调谐飞秒脉冲中的793nm的泵浦光并输出2-2.3 μm可调谐飞秒脉冲，第一光路、第二光路及第三光路中均采用石英单模光纤作为传输光纤。

单包层掺铥光纤TDF的纤芯直径为5 μm，包层直径为125 μm，第一石英单模光纤S1的纤芯直径为8.2 μm，包层直径为125 μm，双包层掺铥光纤DC-TDF的的纤芯直径为10μm，包层直径为130μm，第二石英单模光纤S2的纤芯直径为8.2 μm，包层直径为125 μm。

以上实施例的工作原理如下：

EDFA泵浦激光器E1作为锁模掺铥振荡器模块的泵浦源发射1560 nm的连续激光，1560 nm的连续激光功率增加到910 mW时，通过一个波分复用器WDM将1560nm的连续激光耦合进振荡器中，经过一段长度为0.18 m、纤芯直径为5 μm、包层直径为125 μm的单包层掺铥光纤TDF，单包层掺铥光纤TDF中的铥离子吸收1560 nm的光子能量产生2 μm的连续激光，2μm连续激光在随后的非线性偏振演化锁模结构中变成2 μm飞秒脉冲，通过轻微旋转锁模掺铥振荡器模块中的第一1/4波片QWP1可以实现对2 μm飞秒脉冲波长的调谐，锁模掺铥振荡器模块中的部分2 μm飞秒脉冲经过偏振分束器PBS输出至腔外；从偏振分束器PBS输出的2μm脉冲经过第三激光准直器COL3接收，此时的2 μm飞秒脉冲是无啁啾的，但是经过第一石英单模光纤S1之后，由于这种光纤在2 μm处于负色散区域，所以使得经过它的脉冲带有负啁啾，这会使得2 μm飞秒脉冲的脉冲宽度增加，第一石英单模光纤S1长度越长，2 μm飞秒脉冲所带的啁啾量越大，带有啁啾的2 μm飞秒脉冲首先进入一个高功率偏振无关隔离器HISO，高功率偏振无关隔离器HISO的作用是隔离反射回来的光，然后，一个连续光半导体二极管激光器LD作为掺铥光纤放大器的泵浦源，通过合束器Combiner将793 nm的泵浦光和带有啁啾的2 μm飞秒脉冲一起耦合进一段双包层掺铥光纤DC-TDF中，此时的双包层掺铥光纤DC-TDF作为一个带有啁啾的2 μm飞秒脉冲的放大器也作为产生可调谐波长的拉曼频移器，得到可调谐飞秒脉冲，之后经过一段30 cm的第二石英单模光纤S2剥除残余的793 nm的泵浦光，输出纯净的2-2.3 μm可调谐的飞秒脉冲；

在飞秒脉冲中心波长为1900 nm的情况下，实现了2-2.32 µm的拉曼孤子频移过程，而且在2.3 µm位置处飞秒脉冲输出的平均功率为1.34W，这是目前报道中在2.3 µm处实现的最大功率；将波长选定在1900 nm处，通过优化第一石英单模光纤S1长度至0.5m，得到了在2-2.3 µm内最高99%的拉曼孤子能量转换效率，最大频移范围覆盖1.9-2.35 µm。

Claims (2)

1.一种可调谐飞秒脉冲光纤激光器，其特征在于包括锁模掺铥振荡器模块、啁啾控制模块和掺铥光纤放大器模块，所述的锁模掺铥振荡器模块包括用于产生1560 nm的连续激光的EDFA泵浦激光器及沿所述的EDFA泵浦激光器的输出端开始的第一光路依次设置的波分复用器、单包层掺铥光纤、第一激光准直器、第一1/4波片、1/2波片、偏振分束器、隔离器、第二1/4波片和第二激光准直器，所述的EDFA泵浦激光器的输出端与所述的第二激光准直器的输出端分别通过传输光纤熔接于所述的波分复用器的输入端，所述的波分复用器用于将所述的EDFA泵浦激光器输出的1560 nm的连续激光耦合进所述的第一光路中，所述的单包层掺铥光纤用于将所述的波分复用器输出的1560 nm的连续激光转换为2 μm的连续激光，所述的偏振分束器的反射光与透射光的比例范围为2:3~1:1，所述的隔离器的输入端用于接收所述的偏振分束器的透射光输出端发出的透射光，所述的啁啾控制模块包括沿所述的偏振分束器的反射光输出端开始的第二光路依次设置的第三激光准直器和第一石英单模光纤，所述的第三激光准直器用于接收由所述的偏振分束器的反射光输出端输出的2 μm飞秒脉冲并发送至所述的第一石英单模光纤，所述的第一石英单模光纤用于为接收到的2μm飞秒脉冲加上负啁啾，所述的掺铥光纤放大器模块包括连续光半导体二极管激光器及沿所述的第一石英单模光纤后的第三光路依次设置的高功率偏振无关隔离器、合束器、双包层掺铥光纤和第二石英单模光纤，所述的合束器用于将所述的连续光半导体二极管激光器产生的793 nm泵浦光及带有啁啾的2 μm飞秒脉冲耦合进所述的双包层掺铥光纤中，所述的双包层掺铥光纤用于对接收到的耦合光进行放大并产生放大后的可调谐飞秒脉冲，所述的第二石英单模光纤用于剥除放大后的可调谐飞秒脉冲中的793nm的泵浦光并输出2-2.3 μm可调谐飞秒脉冲，所述的第一光路、所述的第二光路及所述的第三光路中均采用石英单模光纤作为传输光纤。

2.根据权利要求1所述的一种可调谐飞秒脉冲光纤激光器，其特征在于所述的单包层掺铥光纤的纤芯直径为5 μm，包层直径为125 μm，所述的第一石英单模光纤的纤芯直径为8.2 μm，包层直径为125 μm，所述的双包层掺铥光纤的纤芯直径为10μm，包层直径为130μm，所述的第二石英单模光纤的纤芯直径为8.2 μm，包层直径为125 μm。

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