一种2微米波段全保偏混合锁模超短脉冲光纤激光器的制作方法

本发明涉及涉及光纤激光器技术领域，特别是一种2微米波段全保偏混合锁模超短脉冲光纤激光器。

背景技术：

现有技术中，光纤激光器是以掺杂稀土元素的光纤作为增益介质的激光器，通过掺杂不同的稀土元素，可以使光纤激光器的工作波段覆盖到中红外波段。与固体激光器相比，光纤激光器具有体积小、阈值低、效率高、光束质量好、无需调整光路等优点。其中，2微米光纤激光器由于其输出波长接近羟基H-O的吸收峰，处于人眼安全范围内，在众多领域有着重要的前景。

近年来，高功率脉冲激光在加工、军事、医学中得到广泛应用。而普通的脉冲光纤激光器输出平均功率一般都只在mW量级，为了能获得高功率的全光纤结构的激光脉冲，我们一般需要通过对脉冲型种子光纤激光器进行主级振荡激光放大，即通过放大低平均功率的脉冲信号来获得高功率的脉冲激光输出。相比于普通光纤激光器输出的激光，使用全保偏光纤激光器输出的激光为线偏振光，种子源通过放大之后，其波型和脉宽几乎不会发生变化。

一般情况下，在“8”字形锁模脉冲光纤激光器中，要想达到自锁模就必须有足够大的泵浦阈值功率，而某些光纤激光器的功率相对比较低，不能够实现“8”字形光纤环镜的自锁模，且稳定性较低。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述提到的光纤激光器中存在的问题，提出了一种2微米波段全保偏混合锁模超短脉冲光纤激光器。本发明利用保偏的掺铥或掺钬或铥钬共掺光纤作为增益介质，可饱和吸收体或可饱和吸收镜同8字形谐振腔结合共同作为被动锁模器件，降低了实现锁模的泵浦阈值功率，最终实现了低泵浦功率、2微米波段、全保偏、混合锁模、超短脉冲的输出。本发明结构实现了全光纤焊接，具有泵浦功率相对较低、锁模稳定、结构简单、系统工作稳定可靠的优点，既可作为性能优良的激光光源使用，也可作为信号种子源进行进一步放大。本发明的技术方案如下：

一种2微米波段全保偏混合锁模超短脉冲光纤激光器，其包括用于产生激光的激光泵浦源、用于将泵浦激光耦合到谐振腔中的保偏输入耦合器、用于产生2微米输出激光的保偏增益光纤、用于将光信号进行分路以及合路的保偏定向耦合器、混合锁模吸收装置、用于对功率进行分配的三端口保偏耦合器及保偏无源光纤；其中，

所述激光泵浦源的输出端连接保偏输入耦合器的泵浦输入端a，保偏输入耦合器的输出端b连接保偏增益光纤的一端，保偏增益光纤的另一端连接保偏定向耦合器的输入端c，保偏定向耦合器的直通输出端d连接混合锁模吸收装置，混合锁模吸收装置的输出端连接三端口保偏耦合器的输入端j，三端口保偏耦合器的输出端有两路，一路作为锁模超短脉冲激光脉冲的输出端l，输出端l连接第二保偏隔离器的输入端n，另一路作为输出端k与保偏定向耦合器的隔离端m相连，其中各部件之间均通过保偏无源光纤进行连接。

进一步的，所述混合锁模吸收装置包括：“8”字形腔、用于锁模的可饱和吸收体或可饱和吸收镜，当混合锁模吸收装置为可饱和吸收体时，在所述可饱和吸收体与三端口保偏耦合器之间还设置有第一保偏隔离器；当混合锁模吸收装置为可饱和吸收镜时，在所述可饱和吸收镜与三端口保偏耦合器之间还设置有第一保偏隔离器保偏环形器。

进一步的，所述激光泵浦源的激光源为中心波长1570nm、输出功率1W的单模铒镱共掺光纤激光器。

进一步的，所述的保偏增益光纤的稀土掺杂元素为铥或钬或铥钬共掺。

进一步的，所述保偏无源光纤采用包括专用于传播2微米激光的PM1950光纤和PM2000光纤，并且各部件之间均采用纤芯对齐的方式通过保偏熔接机直接熔接在一起。

进一步的，所述可饱和吸收镜为半导体可饱和吸收镜、碳纳米管可饱和吸收镜、石墨烯可饱和吸收镜、氧化石墨烯可饱和吸收镜以及拓扑绝缘体可饱和吸收镜中的一种。

进一步的，所述可饱和吸收体为半导体可饱和吸收体、碳纳米管可饱和吸收体、石墨烯可饱和吸收体、氧化石墨烯可饱和吸收体以及拓扑绝缘体可饱和吸收体中的一种。

进一步的，保偏输入耦合器可以为保偏合束器或保偏波分复用器。

进一步的，所述的保偏定向耦合器包括50:50保偏定向耦合器。

进一步的，所述第二保偏隔离器的输入端n占30％，另一输出端k与50：50保偏定向耦合器4的隔离端m相连并占70％。

本发明的优点及有益效果如下：

1、本发明的优点在于实现了光纤激光器的混合锁模，方案中采用可饱和吸收体或可饱和吸收镜同“8”字形光纤环镜结合实现混合锁模，能够降低锁模的泵浦阈值，最终实现在较低泵浦功率下锁模的目的。

2、本发明采用可饱和吸收体或可饱和吸收镜同“8”字形光纤环镜结合实现的混合锁模，使锁模更稳定，最终实现光纤激光器的稳定锁模。

3、本发明的泵浦阈值比较低，对于保护可饱和吸收体、可饱和吸收镜有很大的作用，防止功率过高损坏锁模器件。

4、本发明采用的器件均为全保偏器件，输出的是线偏振光，稳定性好，可以用于高功率激光器的种子源，经过适量放大后可广泛用于航天、航空、航海、工业制造技术及通信等国民经济的各个领域。

5、本发明整个结构采用的是通过纤芯对齐的方式利用保偏熔接机将保偏光纤直接熔接在一起的方法，具有损耗低、结构简单、环境稳定性好等优点，易于实现产业化应用。

附图说明

图1是本发明提供优选实施例实施例1的原理结构示意图；

图2为实施例2的原理结构示意图；

图中标记：1、激光泵浦源，2、保偏输入耦合器，3、保偏增益光纤，4、保偏定向耦合器，5、保偏环形器，6、可饱和吸收镜，7、三端口保偏耦合器，8、保偏无源光纤，9、可饱和吸收体，10、第一保偏隔离器，11、第二保偏隔离器。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明作进一步说明：

如图1所示，实施例1

一种2微米波段全保偏混合锁模超短脉冲光纤激光器采用如图1所示的“8”字形腔结构，主要包括：中心波长1570nm、输出功率1W的单模铒镱共掺光纤激光器作为激光泵浦源1；作为保偏输入耦合器的1570/2000nm保偏波分复用器2；保偏单模单包层铥钬共掺光纤3作为增益介质；50：50保偏定向耦合器4；保偏环形器5；调制深度为20％的半导体可饱和吸收镜6；1*2结构、分光比为30：70的光纤耦合器7；PM-1950无源光纤8。其中：中心波长1570nm、输出功率1W的单模铒镱共掺光纤激光器1的输出端连接1570/2000nm保偏波分复用器2的输入端a，1570/2000nm保偏波分复用器2的输出端b连接保偏单模单包层铥钬共掺增益光纤3的一端，保偏铥钬共掺增益光纤3的另一端连接50：50保偏定向耦合器4的输入端c，50：50保偏定向耦合器4的直通输出端d连接1570/2000nm保偏波分复用器2的耦合端e，50：50保偏定向耦合器4的耦合输出端f连接保偏环形器5的输入端g，半导体可饱和吸收镜6的光纤输出端连接保偏环形器5的公共端i，保偏环形器5的输出端h连接30：70三端口保偏耦合器7的输入端j，30：70保偏耦合器7的输出端有两路，一路作为锁模超短脉冲激光脉冲的输出端l同第二保偏隔离器11的输入端n相连，这一部分占30％，另一输出端k与50：50保偏定向耦合器4的隔离端m相连，这一部分占70％，其中各部件之间均通过PM-1950无源光纤8进行连接。这样便实现了2微米波段、全保偏、混合锁模、超短脉冲激光的输出。

实施例2

一种2微米波段全保偏混合锁模超短脉冲光纤激光器采用如图2所示的“8”字形腔结构，主要包括：中心波长793nm，输出功率为5W的激光器作为激光泵浦源1；作为泵浦光合束器的793/2000nm保偏合束器2；作为增益介质的保偏掺铥增益光纤3；50：50保偏定向耦合器4；石墨烯可饱和吸收体9，其中，可利用旋转涂膜法将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)涂在有铜衬底的石墨烯薄层上，随后将其置于过硫酸铵水溶液中消除铜衬底形成聚甲基丙烯酸甲酯/石墨烯堆，用光纤插针将之捕获，在烤箱中干燥后夹在两个跳线头之间，并将跳线头用法兰盘固定制成；第一保偏隔离器10；第二保偏隔离器11；分光比为30：70的三端口保偏耦合器7；PM2000保偏无源光纤8；所述的中心波长793nm，输出功率为5W的激光器1作为激光泵浦源的输出端连接保偏合束器2的泵浦输入端a，保偏合束器2的输出端b连接掺铥增益光纤3的一端，掺铥增益光纤3的另一端连接50：50保偏定向耦合器4的输入端c，50：50保偏定向耦合器4的直通输出端d连接保偏合束器2的耦合端e，50：50保偏定向耦合器4的耦合输出端f连接石墨烯可饱和吸收体9的光纤输入端o，石墨烯可饱和吸收体9的光纤输出端p连接第一保偏隔离器10的输入端q，第一保偏隔离器10的输出端r连接30：70三端口保偏耦合器7的输入端j，30：70的保偏耦合器7的输出端有两路，一路作为锁模超短脉冲激光脉冲的输出端l同第二保偏隔离器11的输入端n相连，另一光纤输出端k与保偏定向耦合器4的隔离端m相连，其中各部件之间均通过PM2000保偏无源光纤8进行连接。这样便实现了2微米波段、全保偏、超短脉冲激光的输出。

以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。