专利名称：一种被动锁模导引增益调制的双波长脉冲光纤激光器的制作方法
技术领域：
本发明属于中红外激光技术领域，特别涉及一种被动锁模导引增益调制的双波长脉冲光纤激光器。
背景技术：
波长为2 5 μ m的中红外脉冲激光光源在医疗(激光微创手术)、国防(激光对抗制导)以及大气通信等方面有着重要的应用。光纤激光器具有激光阈值低、输出光束质量好、转换效率高、柔韧性与灵活性好、易于集成等显著优点，因此发展中红外脉冲光纤激光器有着重要的科学意义和应用价值。目前实现光纤脉冲激光的方式主要有三种1.增益调制，2.调Q (包括主动调Q和被动调Q)，3.锁模(包括主动锁模和被动锁模)。增益调制方式是通过脉冲泵浦的方式对激光跃迁上能级的粒子数进行周期性调制，实现激光的脉冲输出，但是该方式需要对泵浦激光器进行脉冲调制，容易损坏泵浦激光器和光纤端面。调Q方式主 要用于实现ns量级的脉冲激光，而锁模方式则一般用于实现ps乃至fs量级的超短脉冲激光。目前中红外脉冲光纤激光的研究大都集中于实现单波长的脉冲，为了满足实际需求，双波长乃至多波长脉冲光纤激光的研究得到了人们的重视。最近，已报道通过主动调Q和主动调Q导引增益调制的方式实现双波长中红外脉冲激光，然而主动调Q所引入的调制晶体使得该方法结构复杂，且使光纤激光器失去了固有的灵活、紧凑、体积小等优点，成本也非
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发明内容
本发明为了实现上述目的采用以下技术方案
一种被动锁模导引增益调制的双波长脉冲光纤激光器，其特征在于包括用来产生连续泵浦光的泵浦源(I)、用于对泵浦光合束的偏振合束器(2)、对泵浦光高透，对激光高反，用于导引谐振激光的二色镜(3)、耦合透镜(4)、半导体可饱和吸收镜(5)、掺Ho3+或Er3+ZBLAN光纤(7)、以及三个光栅，光纤布拉格光栅(6)、第一啁啾光纤光栅(8)、第二啁啾光纤光栅(9)和输出端(10)，所述泵浦源(I)采用LD泵浦源或半导体激光器泵浦源；所述耦合透镜(4)用于将产生的泵浦光耦合进所述掺Ho3+或Er3+ZBLAN光纤(7)中；所述二色镜(3)与光纤呈45度夹角；所述半导体可饱和吸收镜(5)与所述掺Ho3+或Er3+ZBLAN光纤
(7)水平放置，同时与二色镜(3)呈45度夹角；所述光纤布拉格光栅(6)和第一啁啾光纤光栅(8)刻写在所述掺Ho3+或Er3+ZBLAN光纤(7)上,构成一个激光谐振腔；所述掺Ho3+或Er3+ZBLAN光纤(7 )上的第二啁啾光纤光栅(9 )和半导体可饱和吸收镜(5 )构成另一激光谐振腔。上述方案中，所述半导体激光器波长为975 nm时采用掺Er3+ZBLAN光纤；LD泵浦源所述波长为1150 nm时所采用的是掺Ho3+ZBLAN光纤。上述方案中，当采用掺Ho3+或掺Er3+ZBLAN光纤时，若对3. O μ m或2. 7 μ m波长激光进行锁模，则第二啁啾光纤光栅(9)和半导体可饱和吸收镜(5)是3. O ym或2. 7 μπι波长的激光谐振腔，光纤布拉格光栅(6)和第一啁啾光纤光栅(8)是2.1 μπι或1.6 μπι波长的激光谐振腔；若对2.1 μπι或1.6 μ m波长激光进行锁模，则第二啁啾光纤光栅(9)和半导体可饱和吸收镜(5)是2.1 μπι或1.6 μ m波长的激光谐振腔,光纤布拉格光栅(6)和第一啁啾光纤光栅(8)是3. O μ m或2. 7 μπι波长的激光谐振腔。上述方案中，所述的掺Ho3+或Er3+ZBLAN光纤中(7)，Ho3+或Er3+离子的能级跃迁分别对应2.1 μπι或1.6 μπι和3.0 μπι或2. 7 μ m波长的跃迁辐射，同时产生两个波长的脉冲激光福射。上述方案中，所述的半导体可饱和吸收镜作为可饱和吸收体分别对掺Ho3+或Er3+ZBLAN光纤作为增益光纤构成的激光器中波长为2.1ym或1.6 μπι*3.0 ym或2. 7 μ m的激光进行锁模，对其级联激光进行增益调制，产生3. O μπι或2. 7 μπι或2.1 μπι或1.6 μ m的脉冲激光。本发明的有益效果是
一、避开了传统增益调制，主动调Q和锁模方法中，需要对泵浦光进行脉冲调制，进而可能引起泵浦源和光纤端面的损坏，以及使用外置调Q或者锁模器件从而降低装置灵活性等问题。二、利用新的脉冲产生机制，实现了 2 3 μ m波段的双波长脉冲输出，避开了传统可饱和吸收体工作波长较窄的缺点。三、装置可移植性和可集成度高，有利于实际应用。
图1为本发明的结构 图2为掺Ho3+ZBLAN能级示意 图3掺Er3+ZBLAN能级示意 I为泵浦源、2为偏振合束器、3为二色镜、4为耦合透镜、5为半导体可饱和吸收镜(SESAMl),6为光纤布拉格光栅、7为掺Ho3+或Er3+ZBLAN光纤、8为第一啁啾光纤光栅、9为第二啁啾光纤光栅、10为输出端。
具体实施例方式对3.0 m 锁模
泵浦源I采用1150 nm的LD，二色镜3，与光纤呈45度夹角，对泵浦光高透，对谐振激光高反，用于导引激光。耦合透镜4将泵浦光耦合进光纤中，对光纤左端面出射的激光准直。半导体可饱和吸收镜(SESAM1)，用于对左端光纤输出的3 m激光锁模，同时作为3 m激光谐振腔一个端面,为谐振腔提供反馈。光纤布拉格光栅6和第一啁啾光纤光栅8构成2.1 m激光的谐振腔，同时8还对2. l m激光进行色散补偿并作为2. l m激光的输出耦合。掺Ho3+ ZBLAN光纤两个端面都切8度角。第二啁啾光纤光栅9，构成3 m激光谐振腔的另一端，同时对3 m激光色散补偿。对2.1 m 锁模
泵浦源I采用1150 nm的LD，偏振合束器2用于对泵浦光合束。二色镜3，与光纤呈45度夹角，对泵浦光高透，对谐振激光高反，用于导引激光。耦合透镜4将泵浦光耦合进光纤中，对光纤左端面出射的激光准直。半导体可饱和吸收镜(SESAM2 ) 5，用于对左端光纤输出的2.1 m激光锁模，同时作为2.1 m激光谐振腔一个端面，为谐振腔提供反馈。光纤布拉格光栅6,第一啁啾光纤光栅8构成3 m激光的谐振腔，同时8还对3 m激光进行色散补偿并作为3 m激光的输出耦合。掺Ho3+ ZBLAN光纤两个端面都切8度角。第二啁啾光纤光栅9，构成2.1 m激光谐振腔的另一端，同时对2.1 m激光色散补偿。实验原理
掺Ho3+ZBLAN能级示意图，如图2所示，
对3. O m锁模
当采用SESAMl (可对3 m激光可饱和吸收)时 工作方式如下 将1150 nm LD I产生的连续泵浦光通过偏振合束器2和透镜4耦合进掺Ho3+ ZBLAN (氟化物)光纤7中，随着泵浦功率的增加，在第二啁啾光纤光栅9和半导体可饱和吸收镜(SESAMl) 5组成的谐振腔中产生了 3 μ m的连续激光(对应于5I6 — 5I7能级的跃迁)，通过半导体可饱和吸收镜(SESAM1)5的可饱和吸收作用，对3 μπι连续激光被动调制，产生了 3μ m的锁模脉冲激光，其脉冲周期由谐振腔长度决定，同时第二啁啾光纤光栅9又对3 μ m的锁模脉冲激光进行色散补偿，使其得到压缩。此时3 μ m锁模脉冲光又对5I7 —5I8的反转粒子数进行周期性调制，即对5I7 — 5I8能级跃迁所对应辐射光进行增益调制，从而在光纤布拉格光栅6和第一光纤啁啾光栅8构成的谐振腔中产生波长为2.1 μ m的增益调制脉冲激光，同时8对2.1 μ m脉冲进行色散补偿，使其得到压缩，最后通过输出端10同时输出波长为3 μ m和2.1 μ m的脉冲激光。对2.1 m 锁模
当采用SESAM2 (可对2.1 m激光可饱和吸收)
工作方式如下
将1150 nm LD I产生的连续泵浦光通过偏振合束器2和透镜4耦合进掺Ho3+ ZBLAN(氟化物)光纤7中，随着泵浦功率的增加，在第二啁啾光纤光栅9和半导体可饱和吸收镜(SESAM2) 5组成的谐振腔中产生了 2.1 μ m的连续激光(对应于5I7 — 5I8能级的跃迁)，通过半导体可饱和吸收镜(SESAM2) 5的可饱和吸收作用，对2.1 μπι连续激光被动调制，产生了 2.1 ym的锁模脉冲激光，其脉冲周期由谐振腔长度决定，同时第二啁啾光纤光栅9又对2.1 μ m的锁模脉冲激光进行色散补偿，使其得到压缩。此时2.1 μ m锁模脉冲光又对5I6 — 5I7的反转粒子数进行周期性调制，即对5I6 — 5I7能级跃迁所对应辐射光进行增益调制，从而在光纤布拉格光栅6和第一啁啾光纤光栅8构成的谐振腔中产生波长为3.0 μ m的增益调制脉冲激光，同时8对3. O μ m脉冲进行色散补偿，使其得到压缩，最后通过输出端10同时输出波长为3 μ m和2.1 μ m的脉冲激光。同理把惨Ho3+ZBLAN光纤换成惨Er3+ZBLAN光纤,描述如下
对2. 7 m锁模
采用975 nm的半导体激光器，作为泵浦源I。偏振合束器2，用于对泵浦光合束。二色镜3，对泵浦光高透，对谐振激光高反。耦合透镜4，将泵浦光耦合进光纤中，对光纤左端面出射的激光准直。半导体可饱和吸收镜(SESAM3)，用于对左端光纤输出的2.7 m激光锁模，同时作为2. 7 m激光谐振腔一个端面,为谐振腔提供反馈。光纤布拉格光栅6和第一啁啾光纤光栅8构成1. 6 m激光的谐振腔，同时8还对1. 6 m激光进行色散补偿并作为1. 6 m激光的输出耦合。掺Er3+ZBLAN光纤两个端面都切8度角。第二啁啾光纤光栅9，构成2. 7 m激光谐振腔的另一端，同时对2. 7 m激光色散补偿。对1.6 m 锁模
采用975 nm的半导体激光器，作为泵浦源I。偏振合束器2，用于对泵浦光合束。二色镜3，对泵浦光高透，对谐振激光高反。耦合透镜4，将泵浦光耦合进光纤中，对光纤左端面出射的激光准直。半导体可饱和吸收镜(SESAM4)5用于对左端光纤输出的1.6 m激光锁模，同时作为1. 6 m激光谐振腔一个端面,为谐振腔提供反馈。光纤布拉格光栅6和第一啁啾光纤光栅8构成2. 7 m激光的谐振腔，同时8还对2. 7 m激光进行色散补偿并作为2. 7 m激光的输出耦合。掺Er3+ZBLAN光纤两个端面都切8度。第二啁啾光纤光栅9，构成1. 6 m激光谐振腔的另一端，同时对1. 6 m激光色散补偿。实验原理
掺Er3+ZBLAN能级示意图如图3所示，
对2. 7 m锁模
当采用SESAM3 (可对2. 7 m激光可饱和吸收)时，
工作方式如下
将975 nm半导体激光器I产生的连续泵浦光通过偏振合束器2和透镜4耦合进掺Er3+ ZBLAN (氟化物)光纤7中，随着泵浦功率的增加，在第二啁啾光纤光栅9和半导体可饱和吸收镜(SESAM3) 5组成的谐振腔中产生了 2. 7 μ m的连续激光(对应于4111/2 — 4I1372能级的跃迁)，通过半导体可饱和吸收镜(SESAM3)5的可饱和吸收作用，对2. 7 μ m连续激光被动调制，产生了 2. 7 μ m的锁模脉冲激光，其脉冲周期由谐振腔长度决定，同时第二啁啾光纤光栅9又对2. 7 μ m的锁模脉冲激光进行色散补偿，使其得到压缩。此时2. 7 μπι锁模脉冲光又对4113/2 — 4I1572的反转粒子数进行周期性调制，即对4113/2 — 4I1572能级跃迁所对应福射光进行增益调制，从而在光纤布拉格光栅6和第一啁啾光纤光栅8构成的谐振腔中产生波长为1.6 μ m的增益调制脉冲激光，同时8对1. 6 μ m脉冲进行色散补偿，使其得到压缩，最后通过输出端10同时输出波长为1. 6 μ m和2.7 μπι的脉冲激光。对1.6 m 锁模
当采用SESAM4 (可对1. 6 m激光可饱和吸收)时，
工作方式如下
将975 nm半导体激光器I产生的连续泵浦光通过偏振合束器2和透镜4耦合进掺Er3+ ZBLAN (氟化物)光纤7中，随着泵浦功率的增加，在第二啁啾光纤光栅9和半导体可饱和吸收镜(SESAM4) 5组成的谐振腔中产生了 1.6 μ m的连续激光(对应于4113/2 — 4I1572能级的跃迁)，通过半导体可饱和吸收镜(SESAM4)5的可饱和吸收作用，对1. 6 μ m连续激光被动调制，产生了1. 6 μ m的锁模脉冲激光，其脉冲周期由谐振腔长度决定，同时第二啁啾 光纤光栅9又对1. 6 μ m的锁模脉冲激光进行色散补偿，使其得到压缩。此时1. 6 μπι锁模脉冲光又对％1/2 — 4I1372的反转粒子数进行周期性调制，即对4111/2 — 4I1372能级跃迁所对应福射光进行增益调制，从而在光纤布拉格光栅6和第一啁啾光纤8构成的谐振腔中产生波长为2.7 μ m的增益调制脉冲激光，同时8对2. 7 μ m脉冲进行色散补偿，使其得到压缩，最后通过输出端10同时输出波长为1. 6 μ m和2.7 μπι的脉冲激光。
权利要求
1.一种被动锁模导引增益调制的双波长脉冲光纤激光器，其特征在于包括用来产生连续泵浦光的泵浦源(I)、用于对泵浦光合束的偏振合束器(2)、对泵浦光高透，对激光高反，用于导引谐振激光的二色镜(3)、耦合透镜(4)、半导体可饱和吸收镜(5)、掺Ho3+或Er3+ZBLAN光纤(7)、以及三个光栅，光纤布拉格光栅(6)、第一啁啾光纤光栅(8)、第二啁啾光纤光栅(9)和输出端(10)，所述泵浦源(I)采用LD泵浦源或半导体激光器泵浦源；所述耦合透镜(4)用于将产生的泵浦光耦合进所述掺Ho3+或Er3+ZBLAN光纤(7)中；所述二色镜(3)与光纤呈45度夹角；所述半导体可饱和吸收镜(5)与所述掺Ho3+或Er3+ZBLAN光纤(7)水平放置，同时与二色镜(3)呈45度夹角；所述光纤布拉格光栅(6)和第一啁啾光纤光栅(8)刻写在所述掺Ho3+或Er3+ZBLAN光纤(7)上,构成一个激光谐振腔；所述掺Ho3+或Er3+ZBLAN光纤(7 )上的第二啁啾光纤光栅(9 )和半导体可饱和吸收镜(5 )构成另一激光谐振腔。
2.根据权利要求1所述的被动锁模导引增益调制的双波长脉冲光纤激光器，其特征在于所述半导体激光器波长为975 nm时采用掺Er3+ZBLAN光纤；LD泵浦源所述波长为1150nm时所采用的是掺Ho3+ZBLAN光纤。
3.根据权利要求1所述的被动锁模导引增益调制的双波长脉冲光纤激光器，其特征在于当采用掺Ho3+或掺Er3+ZBLAN光纤时，若对3. O μ m或2. 7 μπι波长激光进行锁模，则第二啁啾光纤光栅(9)和半导体可饱和吸收镜(5)是3. O ym或2. 7 μπι波长的激光谐振腔，光纤布拉格光栅(6)和第一啁啾光纤光栅(8)是2.1 μπι或1.6 μπι波长的激光谐振腔；若对2.1 μπι或1.6 μ m波长激光进行锁模,则第二啁啾光纤光栅(9)和半导体可饱和吸收镜(5)是2.1 μπι或1.6 μ m波长的激光谐振腔,光纤布拉格光栅(6)和第一啁啾光纤光栅(8)是3. O μπι或2. 7 μπι波长的激光谐振腔。
4.根据权利要求1所述的被动锁模导引增益调制的双波长脉冲光纤激光器，其特征在于所述的掺Ho3+或Er3+ZBLAN光纤(7)中，Ho3+或Er3+离子的能级跃迁分别对应2.1 μ m或1. 6 μ m和3.0 μπι或2. 7 μ m波长的跃迁辐射，同时产生两个波长的脉冲激光辐射。
5.根据权利要求1所述的被动锁模导引增益调制的双波长脉冲光纤激光器，其特征在于所述的半导体可饱和吸收镜作为可饱和吸收体分别对掺Ho3+或Er3+ZBLAN光纤作为增益光纤构成的激光器中波长为2.1 4 111或1.6 μπι或3. O μπι或2. 7 μπι的激光进行锁模，对其级联激光进行增益调制，产生3. O μπι或2.7 μπι或2.1 μπι或1.6 μπι的脉冲激光。
全文摘要
本发明提供了一种被动锁模导引增益调制的双波长脉冲光纤激光器，包括用来产生连续泵浦光的泵浦源、用于对泵浦光合束的偏振合束器、对泵浦光高透，对激光高反，用于导引谐振激光的二色镜、耦合透镜、半导体可饱和吸收镜、掺Ho3+或Er3+ZBLAN光纤、以及一个布拉格光纤光栅和两个啁啾光纤光栅，输出端，所述泵浦源采用LD泵浦源或半导体激光器泵浦源；所述耦合透镜用于将产生的泵浦光耦合进所述掺Ho3+或Er3+ZBLAN光纤中；所述二色镜与光纤呈45度夹角；所述半导体可饱和吸收镜与所述掺Ho3+或Er3+ZBLAN光纤水平放置，同时与二色镜呈45度夹角。
文档编号H01S3/11GK103022869SQ20121058982
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月31日 优先权日2012年12月31日
发明者李剑峰, 罗鸿禹, 何雨莲, 李静, 刘永 申请人:电子科技大学