一种双波长同步脉冲光纤激光器的制作方法

本实用新型涉及光纤激光器领域，具体涉及一种可输出双波长同步脉冲的光纤激光器。

背景技术：

双波长同步脉冲激光器在非线性频率转换、超宽带光源以及太赫兹波产生等方面有重要应用。锁模技术是获得超短光脉冲的常用方法。实现被动锁模的核心器件是可饱和吸收体，包括利用光纤非线性效应构成的等效可饱和吸收体和利用材料的可饱和吸收特性制作的真实可饱和吸收体。其工作原理是，可饱和吸收体的损耗随入射光强度的增加而减小，脉冲边缘部分强度小，损耗大，而脉冲中心部分强度大，损耗小，因此，脉冲通过可饱和吸收体时被窄化。

相比于固体同步脉冲激光器，光纤同步脉冲激光器具有结构紧凑、散热效果好、转换效率高以及光束质量好等优点。目前在光纤激光器中，实现双波长脉冲输出的方法一般是两个谐振腔共用一个可饱和吸收体，或者在一个谐振腔中使用两种增益光纤，同时获得1.0μm和1.5μm波段的脉冲。这种方式结构复杂，并且由于不同波长的脉冲在光纤中传输时速度不一样，很难使得两个脉冲完全同步。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型提供一种双波长同步脉冲光纤激光器，能够产生双波长同步脉冲输出。

本实用新型的技术方案是：一种双波长同步脉冲光纤激光器，包括：激光二极管(2)、合束器(3)、增益光纤(4)、第一准直器(1)、第二准直器(5)、第一光栅(11)、第二光栅(12)、直角棱镜(13)；

激光二极管(2)与合束器(3)连接，合束器(3)一路连接第一准直器(1)、另一路经增益光纤(4)连接第二准直器(5)；激光二极管(2)、合束器(3)、增益光纤(4)、第一准直器(1)、第二准直器(5)构成激光器的光纤部分；

第一准直器(1)与第二准直器(5)之间的自由空间部分，从第二准直器(5)至第一准直器(1)方向依次设置有第一偏振控制器(6)、偏振分束器(7)、双折射滤波片、偏振相关隔离器(9)和第二偏振控制器(10)；

激光器的光纤部分和自由空间部分共同构成环形腔；

偏振分束器(7)的反射光作为激光器的输出端口，输出双波长非同步锁模脉冲；

第一光栅(11)和第二光栅(12)平行放置组成光栅对，直角棱镜(13)将光栅对的输出光反回至光栅对；光栅对设置于激光器的输出端口处，对所输出的双波长非同步锁模脉冲进行色散补偿获得双波长同步锁模脉冲。

激光二极管(2)与合束器(3)连接。

进一步地，双折射滤光片(8)采用双折射晶体制成。

进一步地，增益光纤(4)为掺镱光纤。

进一步地，第一偏振控制器(6)包括二分之一波片(6-1)和第一四分之一波片(6-2)；二分之一波片(6-1)位于靠近第二准直器(5)的一侧，第一四分之一波片(6-2)位于靠近第一准直器(1)的一侧。

进一步地，第二偏振控制器(10)为第二四分之一波片(10-1)。

进一步地，第二偏振控制器(10)包括一个二分之一波片和一个四分之一波片。

进一步地，第一光栅(11)、第二光栅(12)均为反射光栅。

进一步地，第一光栅(11)、第二光栅(12)均为透射光栅。

本实用新型提供的双波长同步脉冲光纤激光器，激光器环形腔输出双波长非同步脉冲，该脉冲输出后经过光栅对进行色散补偿，光栅对可改变双波长脉冲的脉冲间隔，通过优化光栅对之间的间距，可使得非同步脉冲转化为同步脉冲，实现两个波长的脉冲完全同步。本光纤激光器还设置有双折射滤光片，旋转双折射滤光片，可实现不同中心波长的双波长同步脉冲输出。

附图说明

图1是本实用新型结构原理示意图。

图2是本实用新型一具体实现方式结构示意图。

图3是本实用新型一具体实现方式，光栅对采用反射光栅时的光路输出示意图。

图4是本实用新型具体实现方式数值模拟得到的双波长脉冲的光谱图。

图5是本实用新型具体实现方式数值模拟得到的偏振分束器输出的两个波长的两个脉冲。

图6是本实用新型具体实现方式数值模拟得到的经光栅对色散补偿后的双波长同步脉冲。

图中，1-第一准直器，2-激光二极管，3-合束器，4-增益光纤，5-第二准直器，6-第一偏振控制器，7-偏振分束器，8-双折射滤光片，9-偏振相关隔离器，10-第二偏振控制器，11-第一光栅，12-第二光栅，13-直角棱镜，6-1-二分之一波片，6-2-第一四分之一波片，10-1-第二四分之一波片。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本实用新型进行详细阐述，以下实施例是对本实用新型的解释，而本实用新型并不局限于以下实施方式。

如图1所示，本实用新型提供的双波长同步脉冲光纤激光器，包括：激光二极管2、合束器3、增益光纤4、第一准直器1、第二准直器5、第一偏振控制器6、偏振分束器7、双折射滤光片8、偏振相关隔离器9、第二偏振控制器10、第一光栅11、第二光栅12。

激光二极管2与合束器3连接。第一准直器1、合束器3、增益光纤4、以及第二准直器5按顺序连接构成激光器的光纤部分。激光二极管2为光纤耦合半导体激光二极管，输出的泵浦光通过合束器3进入增益光纤4，增益光纤4吸收泵浦光后通过能级跃迁产生1.0μm波段的激光。其中增益光纤4采用掺镱光纤。

第一偏振控制器6、偏振分束器7、双折射滤光片8、偏振相关隔离器9及第二偏振控制器10按顺序依次放置在第一准直器1以及第二准直器5的自由空间部分，其中第一偏振控制器6靠近第二准直器5一端，第二偏振控制器10靠近第一准直器1一端。

激光器的光纤部分及自由空间部分共同构成环形腔，激光在环形腔内准直、偏振调整等处理后，稳定激光经偏振分束器7的反射面输出。

第二准直器5用于将光纤输出的激光准直为平行光，第一准直器1用于将平行光耦合至光纤。

第一偏振控制器6和第二偏振控制器10，用于调节激光脉冲的偏振态。

环形腔中，第一偏振控制器6、偏振相关隔离器9以及第二偏振控制器10共同构成非线性偏振旋转模块。偏振分束器7、双折射滤光片8以及偏振相关隔离器9共同构成滤波模块。旋转双折射滤光片8，可改变双波长的中心频率。其中双折射滤光片8采用石英晶体制成。

偏振分束器7的反射光作为激光器的输出端口，输出双波长非同步锁模脉冲。第一光栅11和第二光栅12平行放置组成光栅对，直角棱镜(13)将光栅对的输出光反回至光栅对。光栅对设置于激光器的输出端口处，对所输出的双波长非同步锁模脉冲进行色散补偿，通过调节光栅对之间的间距，可以改变两个脉冲之间的间距，当光栅对间距合适时，可使得两个波长的脉冲完全重合，非同步锁模脉冲转化为同步锁模脉冲，最终获得双波长同步锁模脉冲。

本实用新型双波长同步脉冲光纤激光器的具体工作原理如下：

通过非线性偏振旋转的等效可饱和吸收作用获得超短脉冲。脉冲光经过偏振分束器7后转换为线偏振光，随后的第二偏振控制组件将线偏振光转化为椭圆偏振光。脉冲在光纤中传输时，光纤的非线性效应作用于两个正交偏振分量上，使脉冲的偏振态发生变化。由于非线性相移是强度相关的，偏振态沿整个脉冲不再一致。调节第一偏振控制组件，使得脉冲再一次通过偏振相关隔离器9时，脉冲强度较大的中心部分透过，而强度较低的边缘部分大部分被反射，从而起到脉冲整形的作用。

由于光纤的非线性作用及偏振控制组件的调节作用，脉冲经过偏振分束器7时被整形，中心部分透过率强，边缘部分透过率弱，偏振分束器7输出至腔外的反射光实际为脉冲整形时过滤掉的部分。并且，偏振分束器7输出的特性与激光器的工作状态有很大关系。当非线性偏振旋转效应较强时，脉冲中心部分近似无损地通过偏振分束器7，脉冲的前后边缘部分被反射，此时，偏振分束器7输出腔外的脉冲被分为两个脉冲。

在光纤激光器中，腔内净色散不同，脉冲有不同的演化机制。当光纤激光器腔内净色散为正时，腔内非线性、色散、增益以及滤光片损耗的综合作用产生耗散孤子。耗散孤子为线性啁啾脉冲，脉冲前后沿对应不同的频谱分量。因此，当激光器工作在耗散孤子状态，且偏振分束器7输出腔外的脉冲分为两个脉冲时，脉冲的光谱同时分成了两部分，成为对应不同中心频率的双波长光谱。

偏振分束器7输出的双波长的两个脉冲在时间上不同步。但由于此时两个脉冲近似线性啁啾，可通过光栅对在空间对脉冲进行色散补偿，使得两个波长的两个脉冲在时间上完全重合，从而获得双波长同步脉冲。

为了能更清楚地表述本实用新型的技术内容，本实施例给出以下一具体的实现方式。

如图2所示，该光纤激光器包括：第一准直器1、激光二极管2、合束器3、增益光纤4、第二准直器5、二分之一波片6-1、第一四分之一波片6-2、偏振分束器7、双折射滤光片8、偏振相关隔离器9、第二四分之一波片10-1、第一光栅11、第二光栅12以及直角棱镜13。

第一准直器1、合束器3、增益光纤4及第二准直器5按顺序连接，组成激光器的光纤部分。二分之一波片6-1、第一四分之一波片6-2、偏振分束器7、双折射滤光片8、偏振相关隔离器9及第二四分之一波片10-1按顺序依次摆放在两个准直器之间的自由空间部分，二分之一波片6-1位于靠近第二准直器5的位置，第二四分之一波片10-1位于靠近第一准直器1的位置。激光器的光纤部分及自由空间部分共同构成环形腔。

激光二极管2为光纤耦合半导体激光二极管2，输出的976nm泵浦光通过合束器3进入2m掺镱增益光纤4，增益光纤4吸收泵浦光后通过能级跃迁产生1.0μm波段的激光。

第二准直器5用于将光纤输出的激光准直为平行光，第一准直器1用于将平行光耦合至光纤。

第一四分之一波片6-2和二分之一波片6-1组成第一偏振控制器6，第二四分之一波片10-1为第二偏振控制器10。第一偏振控制器6件和第二偏振控制器10件，用于调节激光脉冲的偏振态。需要说明的是，第二偏振器10也可以包括一个二分之一波片和一个四分之一波片。

二分之一波片6-1、第一四分之一波片6-2、偏振相关隔离器9以及第二四分之一波片10-1共同构成非线性偏振旋转模块。偏振分束器7、双折射滤光片8以及偏振相关隔离器9共同构成滤波模块。

偏振分束器7的反射光作为激光器的输出端口，输出双波长非同步锁模脉冲。第一光栅11、第二光栅12用于对双波长两个脉冲进行色散补偿，调节两个波长的脉冲之间的间距。

第一光栅11、第二光栅12用于对双波长两个脉冲进行色散补偿，调节两个波长的脉冲之间的间距。

第一光栅11和第二光栅12可采用透射光栅或反射光栅。

当第一光栅11和第二光栅12采用透射光栅时，激光器输出的光照射到第一光栅11上时是平行光，经过第一光栅11和第二光栅12透射后，光斑被扩束，直角棱镜13将第二光栅12的透射光反回至第二光栅12，光束再一次经过光栅对，光斑压缩为原来的大小，光栅对提供的色散值加倍。

如图3所示，当第一光栅11和第二光栅12采用反射光栅时，激光器输出的光经第一光栅11、第二光栅12来回反射后，直角棱镜13将第二光栅12的反射光反回至第二光栅12。

图4所示为本具体实现方式数值模拟得到的双波长脉冲的光谱图。中心波长分别为1051.42nm和1067.9nm，3dB带宽均为1.06nm。

图5所示为本具体实现方式数值模拟得到的偏振分束器7输出腔外的双波长非同步脉冲。两个脉冲的宽度均为6.86ps，脉冲间隔为16.4ps。

图6所示为本具体实现方式数值模拟得到的透射光栅对提供的色散值为-0.62ps²时重合的双脉冲。重合后脉冲宽度为170fs。

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原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。