CN220692518U - 一种半导体可饱和吸收镜锁模光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型实施例公开了一种半导体可饱和吸收镜锁模光纤激光器，包括种子激光器，种子激光器为环形腔结构，包括第一单模泵浦、第一波分复用器、第一增益光纤、第一环形器、半导体可饱和吸收镜、耦合器、第一隔离器；第一波分复用器的泵浦端与第一单模泵浦连接，公共端与第一增益光纤的一端连接，第一增益光纤的另一端与第一环形器的第一端口连接，第一环形器的第二端口与半导体可饱和吸收镜连接；第一环形器的第三端口与耦合器的第一端口连接；耦合器的第二端口与第一隔离器的一端连接；第一隔离器的另一端与第一波分复用器的信号端连接。本实用新型的激光器中各器件间通过单模保偏光纤连接，锁模稳定性好，体积小，可用于更紧凑的结构。
Description
技术领域
本实用新型实施例涉及激光技术领域，尤其涉及一种半导体可饱和吸收镜锁模光纤激光器。
背景技术
锁模激光器，具有峰值功率高、作用时间短、宽光谱等优点，在基础科学、材料精密加工、医疗检测以及通信等领域都有着广泛的应用。
目前实现锁模的方法主要分为基于腔内相位或幅度调制的主动锁模和基于可饱和吸收效应的被动锁模两种。主动锁模可以方便地实现重复频率的调谐，可获得更高的脉冲重复频率，但其结构比较复杂，能够获得的最窄脉冲宽度受到调制系统的限制。被动锁模中非线性偏振旋转锁模光纤激光器结构较为复杂，对激光器中光纤的长度、熔接角度等都需要精确设计。
实用新型内容
本实用新型提供一种半导体可饱和吸收镜锁模光纤激光器，激光器中各器件间通过单模保偏光纤连接，锁模稳定性好，体积小，可用于更紧凑的结构中。
第一方面，本实用新型实施例提供了一种半导体可饱和吸收镜锁模光纤激光器，包括种子激光器，所述种子激光器为环形腔结构，包括第一单模泵浦、第一波分复用器、第一增益光纤、第一环形器、半导体可饱和吸收镜、耦合器、第一隔离器；
所述第一波分复用器的泵浦端与所述第一单模泵浦通过单模保偏光纤连接，所述第一波分复用器的公共端与所述第一增益光纤的一端通过单模保偏光纤连接，所述第一增益光纤的另一端与所述第一环形器的第一端口通过单模保偏光纤连接，所述第一环形器的第二端口与所述半导体可饱和吸收镜通过单模保偏光纤连接；所述第一环形器的第三端口与所述耦合器的第一端口通过单模保偏光纤连接；所述耦合器的第二端口与所述第一隔离器的一端通过单模保偏光纤连接；所述第一隔离器的另一端与所述第一波分复用器的信号端通过单模保偏光纤连接。
可选地，所述种子激光器还包括第二隔离器和第二环形器；
所述第二隔离器的一端与所述耦合器的第三端口通过单模保偏光纤连接；所述第二隔离器的另一端与所述第二环形器的第一端通过单模保偏光纤连接。
可选地，还包括放大器，所述放大器的输入端与所述第二环形器的第二端通过单模保偏光纤连接。
可选地，所述放大器包括：第二单模泵浦、第二波分复用器、第二增益光纤、第三隔离器；
所述第二波分复用器的信号端与所述第二环形器的第二端通过单模保偏光纤连接，所述第二波分复用器的泵浦端与所述第二单模泵浦通过单模保偏光纤连接，所述第二波分复用器的公共端与所述第二增益光纤的一端通过单模保偏光纤连接，所述第二增益光纤的另一端与所述第三隔离器的一端通过单模保偏光纤连接。
可选地，所述第一波分复用器型号为PM980/1550WDM，所述耦合器型号为PM155050/50，所述半导体可饱和吸收镜工作波长为1550nm，所述第一单模泵浦为976nm单模泵浦，输出功率为100mw。
可选地，所述种子激光器中单模保偏光纤为PM1550光纤，在1550nm的色散参量为17ps/nm/km。
可选地，所述半导体可饱和吸收镜的工作温度为32℃。
可选地，所述第一增益光纤在1550nm的色散参量为-12ps/nm/km。
可选地，所述放大器中单模保偏光纤均为PM1550光纤，其在1550nm的色散参量是17ps/nm/km。
可选地，所述第二增益光纤在1550nm的色散参量是-23.6ps/nm/km。
本实用新型实施例提供的一种半导体可饱和吸收镜锁模光纤激光器，包括种子激光器，种子激光器为环形腔结构，包括第一单模泵浦、第一波分复用器、第一增益光纤、第一环形器、半导体可饱和吸收镜、耦合器、第一隔离器；第一波分复用器的泵浦端与第一单模泵浦通过单模保偏光纤连接，第一波分复用器的公共端与第一增益光纤的一端通过单模保偏光纤连接，第一增益光纤的另一端与第一环形器的第一端口通过单模保偏光纤连接，第一环形器的第二端口与半导体可饱和吸收镜通过单模保偏光纤连接；第一环形器的第三端口与耦合器的第一端口通过单模保偏光纤连接；耦合器的第二端口与第一隔离器的一端通过单模保偏光纤连接；第一隔离器的另一端与第一波分复用器的信号端通过单模保偏光纤连接，本实用新型的技术方案，采用半导体可饱和吸收镜，激光器中各器件间通过单模保偏光纤连接，使得激光器体积小，可用于更紧凑的结构中，锁模稳定性更好。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的一种半导体可饱和吸收镜锁模光纤激光器中种子激光器的结构示意图；
图2是本实用新型实施例提供的一种放大器结构示意图；
图3是本实用新型实施例提供的一种激光输出脉宽示意图；
图4是本实用新型实施例提供的一种激光输出重频示意图；
图5是本实用新型实施例提供的一种输出激光的光谱示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
在本实用新型实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。需要注意的是，本实用新型实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本实用新型实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
本实用新型使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”。
需要注意，本实用新型中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对相应内容进行区分，并非用于限定顺序或者相互依存关系。
需要注意，本实用新型中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
图1是本实用新型实施例提供的一种半导体可饱和吸收镜锁模光纤激光器中种子激光器的结构示意图，参考图1，包括种子激光器，种子激光器为环形腔结构，包括第一单模泵浦11、第一波分复用器12、第一增益光纤13、第一环形器14、半导体可饱和吸收镜15、耦合器16、第一隔离器17；第一波分复用器12的泵浦端121与第一单模泵浦11通过单模保偏光纤连接，第一波分复用器12的公共端122与第一增益光纤13的一端通过单模保偏光纤连接，第一增益光纤13的另一端与第一环形器14的第一端口141通过单模保偏光纤连接，第一环形器14的第二端口142与半导体可饱和吸收镜15通过单模保偏光纤连接；第一环形器14的第三端口143与耦合器16的第一端口161通过单模保偏光纤连接；耦合器16的第二端口162与第一隔离器17的一端通过单模保偏光纤连接；第一隔离器17的另一端与第一波分复用器12的信号端123通过单模保偏光纤连接。
具体的，参考图1，第一单模泵浦11提供光纤激光器的泵浦能量，在本实用新型一实施例中，第一单模泵浦11为976nm单模泵浦，输出功率为100mw，输出的泵浦光经光纤传输至第一波分复用器12，第一波分复用器12型号为PM980/1550WDM，将泵浦光耦合到单向环型腔光路内，进入第一增益光纤13，第一增益光纤13是在石英光纤中掺入少量的稀土元素，对光进行放大，第一增益光纤13输出的光输入到第一环形器14的第一端口141，并在第一环形器14的第二端口142出射至半导体可饱和吸收镜15，半导体可饱和吸收镜工作波长为1550nm，进入半导体可饱和吸收镜15的激光中，两侧强度较低的光在经过半导体可饱和吸收镜15的可饱和吸收体材料后，就会被吸收，而中间强度较高的光透过可饱和吸收体材料，通过半导体可饱和吸收镜15中的反射镜反射出来，从而压缩了脉冲宽度获得了较窄的脉冲，沿着来时的路径返回到第一环形器14，并通过第一环形器14的第三端口143经过单模保偏光纤传输至耦合器16的第一端口，耦合器16型号为PM155050/50，在耦合器16内分光；一部分在耦合器16的第二端口162输出，经过第一隔离器17进入第一波分复用器12的信号端口123，另一部分光在耦合器16的第三端口163即激光器输出端，输出1560nm的锁模激光。
本实用新型实施例提供的一种半导体可饱和吸收镜锁模光纤激光器，包括种子激光器，种子激光器为环形腔结构，包括第一单模泵浦、第一波分复用器、第一增益光纤、第一环形器、半导体可饱和吸收镜、耦合器、第一隔离器；第一波分复用器的泵浦端与第一单模泵浦通过单模保偏光纤连接，第一波分复用器的公共端与第一增益光纤的一端通过单模保偏光纤连接，第一增益光纤的另一端与第一环形器的第一端口通过单模保偏光纤连接，第一环形器的第二端口与半导体可饱和吸收镜通过单模保偏光纤连接；第一环形器的第三端口与耦合器的第一端口通过单模保偏光纤连接；耦合器的第二端口与第一隔离器的一端通过单模保偏光纤连接；第一隔离器的另一端与第一波分复用器的信号端通过单模保偏光纤连接，本实用新型的技术方案，采用半导体可饱和吸收镜，激光器中各器件间通过单模保偏光纤连接，使得激光器体积小，可用于更紧凑的结构中，锁模稳定性更好。
可选地，在本实用新型一实施例中，种子激光器还包括第二隔离器18和第二环形器19；第二隔离器18的一端与耦合器16的第三端口163通过单模保偏光纤连接；第二隔离器18的另一端与第二环形器19的第一端通过单模保偏光纤连接。
具体的，参考图1，锁模激光在耦合器16的第三端口163输出后，经过第二隔离器18，通过单模保偏光纤单向传播至第二环形器19的第一端，并通过第二环形器19输出。
为了实现稳定的锁模激光输出，还需要使环形腔内色散尽量接近于0，在本实用新型一个实施例中，种子激光器中无源器件的尾纤类型为单模保偏光纤PM1550，在1550nm的色散参量为17ps/nm/km，而第一增益光纤在1550nm的色散参量为-12ps/nm/km，通过优化这两种光纤的长度可以对整个腔的色散进行匹配，当腔的色散接近零时，会得到稳定的锁模激光器；同时设置半导体可饱和吸收镜的工作温度为32℃，使其工作在稳定的环境中，进一步增加了锁模的长时间稳定性。
可选地，图2是本实用新型实施例提供的一种放大器结构示意图，参考图2，在本实用新型一实施例中，还包括放大器，放大器的输入端与第二环形器19的第二端通过单模保偏光纤连接。其中，放大器包括：第二单模泵浦21、第二波分复用器22、第二增益光纤23、第三隔离器24；第二波分复用器22的信号端221与第二环形器19的第二端通过单模保偏光纤连接，第二波分复用器22的泵浦端222与第二单模泵浦21通过单模保偏光纤连接，第二波分复用器22的公共端223与第二增益光纤23的一端通过单模保偏光纤连接，第二增益光纤23的另一端与第三隔离器24的一端通过单模保偏光纤连接。
具体的，激光从第二环形器19的第二端出射后，通过单模保偏光纤，进入到放大器，首先进入到第二波分复用器22的信号端221，经过第二波分复用器22进入到第二增益光纤23，其中，放大器中无源器件的尾纤类型为单模保偏光纤PM1550，其在1550nm的色散参量是17ps/nm/km；第二增益光纤23在1550nm的色散参量是-23.6ps/nm/km，如此可以对整个光路的色散进行匹配，最大程度地降低色散带来的光谱和脉宽展宽。最后通过第三隔离器24出射1560nm的锁模激光，其中，第三隔离器24可以确保放大器内的光单向传播，第二单模泵浦21与第二波分复用器22的泵浦端222连接，用于为放大器供能。
在本实用新型一个实施例中，当第一单模泵浦11的功率为80mW时，输出种子的功率为1.4mW。当第二单模泵浦21的功率为400mW时，放大输出功率为50mW。在激光器输出端利用自相关仪可以观察输出脉宽，图3是本实用新型实施例提供的一种激光输出脉宽示意图，参考图3，实测输出脉宽＝15.5(ps/ms)*16.87(us)*0.707＝184.9(fs)；图4是本实用新型实施例提供的一种激光输出重频示意图，参考图4，用示波器测试了激光输出的重频为20.6MHz；图5是本实用新型实施例提供的一种输出激光的光谱示意图，参考图3、图4、图5本实用新型实施例提供的一种半导体可饱和吸收镜锁模光纤激光器，可以得到脉宽＜200fs，重频20.6MHz，平均功率50mW的脉冲激光输出，并通过改变激光器的腔长，可以得到重频40MHz～60MHz范围内的激光输出，在科研和加工领域具有重要的使用价值。
注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种半导体可饱和吸收镜锁模光纤激光器，其特征在于，包括种子激光器，所述种子激光器为环形腔结构，包括第一单模泵浦、第一波分复用器、第一增益光纤、第一环形器、半导体可饱和吸收镜、耦合器、第一隔离器；
所述第一波分复用器的泵浦端与所述第一单模泵浦通过单模保偏光纤连接，所述第一波分复用器的公共端与所述第一增益光纤的一端通过单模保偏光纤连接，所述第一增益光纤的另一端与所述第一环形器的第一端口通过单模保偏光纤连接，所述第一环形器的第二端口与所述半导体可饱和吸收镜通过单模保偏光纤连接；所述第一环形器的第三端口与所述耦合器的第一端口通过单模保偏光纤连接；所述耦合器的第二端口与所述第一隔离器的一端通过单模保偏光纤连接；所述第一隔离器的另一端与所述第一波分复用器的信号端通过单模保偏光纤连接。
2.根据权利要求1所述的锁模光纤激光器，其特征在于，所述种子激光器还包括第二隔离器和第二环形器；
所述第二隔离器的一端与所述耦合器的第三端口通过单模保偏光纤连接；所述第二隔离器的另一端与所述第二环形器的第一端通过单模保偏光纤连接。
3.根据权利要求2所述的锁模光纤激光器，其特征在于，还包括放大器，所述放大器的输入端与所述第二环形器的第二端通过单模保偏光纤连接。
4.根据权利要求3所述的锁模光纤激光器，其特征在于，所述放大器包括：第二单模泵浦、第二波分复用器、第二增益光纤、第三隔离器；
所述第二波分复用器的信号端与所述第二环形器的第二端通过单模保偏光纤连接，所述第二波分复用器的泵浦端与所述第二单模泵浦通过单模保偏光纤连接，所述第二波分复用器的公共端与所述第二增益光纤的一端通过单模保偏光纤连接，所述第二增益光纤的另一端与所述第三隔离器的一端通过单模保偏光纤连接。
5.根据权利要求4所述的锁模光纤激光器，其特征在于，所述第一波分复用器型号为PM980/1550WDM，所述耦合器型号为PM1550 50/50，所述半导体可饱和吸收镜工作波长为1550nm，所述第一单模泵浦为976nm单模泵浦，输出功率为100mw。
6.根据权利要求5所述的锁模光纤激光器，其特征在于，所述种子激光器中单模保偏光纤为PM1550光纤，在1550nm的色散参量为17ps/nm/km。
7.根据权利要求1所述的锁模光纤激光器，其特征在于，所述半导体可饱和吸收镜的工作温度为32℃。
8.根据权利要求6所述的锁模光纤激光器，其特征在于，所述第一增益光纤在1550nm的色散参量为-12ps/nm/km。
9.根据权利要求6所述的锁模光纤激光器，其特征在于，所述放大器中单模保偏光纤为PM1550光纤，在1550nm的色散参量是17ps/nm/km。
10.根据权利要求9所述的锁模光纤激光器，其特征在于，所述第二增益光纤在1550nm的色散参量是-23.6ps/nm/km。
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