一种基于非线性偏振旋转的高能量锁模光纤激光器的制作方法

1.本发明属于激光技术及其非线性光学的技术领域，具体涉及一种基于非线性偏振旋转的高能量锁模光纤激光器。


背景技术：

2.锁模光纤激光器因其结构紧凑、性价比高、脉冲宽度窄、脉冲能量高、峰值功率高等优越性能而得到了广泛的研究。特别是高能量锁模光纤激光器在激光微加工、光学传感器、激光烧蚀等领域具有各种特殊的潜在应用前景。为了获得高能量锁模脉冲，已经成功地研究了方波、拉伸脉冲、自相似、类噪声等不同类型的锁模激光器。这些方法得到的高能量脉冲信号，相对比较稳定，但依然有很多可以优化的方面。


技术实现要素：

3.针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于非线性偏振旋转的高能量锁模光纤激光器，解决了背景技术中提到的问题。
4.优选的，一种基于非线性偏振旋转的高能量锁模光纤激光器，包括由泵浦激光器一、980/1550nm波分复用器一、掺铒光纤、980/1550nm波分复用器二、泵浦激光器一、输出耦合器、偏振控制器一、单模光纤、偏振无关隔离器和偏振控制器二依次首尾相连而构成的环形腔光纤激光器，所述泵浦激光器通过光纤连接至波分复用器。
5.优选的，所述掺杂光纤为61cm长的掺铒光纤。
6.优选的，所述输出耦合器的分光比为20:80，80％端口作为输出端口。
7.本发明与现有技术相比具备以下有益效果：本发明通过增加激光腔的长度和高功率泵浦源的非线旋转偏转(npr)技术，成功地得到了具有输出脉冲能量增强的掺铒锁模光纤激光器。在掺铒锁模光纤激光器中获得的脉冲能量高达 881.34nj，此结果较以往的报导有明显的提高。
附图说明
8.图1为本发明的激光器结构示意图；
9.图2为251-974mw之间的脉冲光谱图；
10.图3为泵浦功率在974mw时的脉冲序列图；
11.图4为泵浦功率在974mw时的单脉冲图；
12.图5为泵浦功率在974mw时的脉冲稳定性以及信噪比测量图；
13.图6为泵浦功率在974mw时泵浦功率与最大平均输出功率之间的关系图；
14.图7为泵浦功率在1152mw时的脉冲光谱图；
15.图8为泵浦功率在2318mw时的脉冲光谱图；
16.图9为泵浦功率在2318mw时的脉冲稳定性以及信噪比测量图；
17.图10为泵浦功率在2318mw时的脉冲序列图；
18.图11为泵浦功率在2318mw时的脉冲分裂序列图。
19.图中：1、泵浦激光一；2、波分复用器一；3、掺铒光纤；4、波分复用器二；5、泵浦光源二；6、输出耦合器；7、单模光纤；8、偏振控制器一；9、偏振无关隔离器；10、偏振控制器二。
具体实施方式
20.以下所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
21.本发明实施方式第一方面提供了一种被动锁模光纤激光器，本发明的实施方案中，如图1所示，所述的光纤激光器包括顺序设置的泵浦激光器一(1)、波分复用器一(2)、掺铒光纤(3)、波分复用器二(4)、泵浦激光器二(5)、输出耦合器(6)、单模光纤(7)、偏正控制器一(8)、偏振无关隔离器(9) 和偏振控制器二(10)其中，所述光纤激光器的泵浦光源一(1)和泵浦光源二 (5)为波长为980nm的激光二极管光源，最大功率2318mw。偏振无关隔离器 (9)为偏振不相关，其作用为保证光在环形腔内的单向传输。偏振控制器一(8) 和偏振控制器二(10)用于调节光纤的双折射，从而调节腔内光的相位。输出耦合器(6)选用光输出比为20:80的输出比例。适当增加泵浦功率和调节偏振控制器，可以得到锁模脉冲激光，记录到的脉冲激光性质如附图2至图5所示。
22.当泵浦功率在251～974mw之间时,通过调整两台偏振控制器来实现方波锁模操作。其中从图2中可以看出泵浦功率为251mw、434mw、615mw、795mw 和974mw下的中心波长分别为1559.372nm、1559.664nm、1561.462nm、1560.961 nm和1561.335nm。同时，相应的3db带宽分别为4.139nm、5.090nm、6.083 nm、5.718nm和5.847nm。
23.图3所示一个脉冲到下一个脉冲时间为5.97μs，对应于与腔长相关的基脉冲频率为167.62khz。图4为典型正方形单脉冲，脉冲宽度为81.41ns。图5 显示了在1khz的分辨率下，在250khz带宽下记录的射频光谱。显然，基频的峰值位于167.62khz，信噪比为～40db。证明本发明获得了具有高稳定性的锁模脉冲。当泵浦功率超过1152mw时，脉冲的形状演变为非矩形结构。图6 为泵浦功率与最大平均输出功率之间的关系如图所示，最大平均输出功率高达 17.92mw，对应的脉冲能量为106.91nj。长腔和腔内组件的插入损耗导致了低光学转换效率。图7为泵浦功率为1152mw下相应的光谱。中心波长为1557.878 nm，3db带宽约为4.364nm。它与正波脉冲的操作有所不同，表明锁模操作不再是方波脉冲。
24.在最大泵浦功率为2318mw的情况下，偏振控制器的调整也导致了脉冲分裂或高阶孤子操作的形成。高能脉冲分裂锁模操作的记录信息如图所示。其中图8显示了一个典型的双波长光谱。中心波长和相应的3db带宽分别为1556.315 和1557.130nm，带宽分别为0.322和0.336nm。图9为基频为167.62khz的射频光谱，分辨率为1khz。信噪比约为24db，与上述操作相比出现了明显的下降，这主要是由于脉冲分裂的缺陷。由于基频的信噪比是根据所记录的脉冲序列的一个脉冲到下一个脉冲时间的计算来记录的，因此脉冲的分裂会导致较大的波动，并导致对比度的降低。记录的脉冲序列和单脉冲形状如图10所示。脉冲分裂性能完全如图11所示，脉冲重复频率也对应于的基频167.62khz，对于脉冲分割操作，最大平均输出功率为147.73mw，对应的脉冲能量为881.34nj。


技术特征：
1.一种基于非线性偏振旋转的高能量锁模光纤激光器，其特征在于：包括由泵浦激光器一(1)、波分复用器一(2)、掺铒光纤(3)、波分复用器二(4)、泵浦激光器二(5)、输出耦合器(6)、单模光纤(7)、偏振控制器一(8)、偏振无关隔离器(9)和偏振控制器二(10)依次连接形成的环形谐振腔。2.根据权利要求1所述一种基于非线性偏振旋转的高能量锁模光纤激光器，其特征在于：所述泵浦激光器一(1)和泵浦激光器二(5)的输出中心波长为980nm。3.根据权利要求1所述一种基于非线性偏振旋转的高能量锁模光纤激光器，其特征在于：所述高掺杂的掺铒光纤(3)为61cm，型号为er80。4.根据权利要求1所述一种基于非线性偏振旋转的高能量锁模光纤激光器，其特征在于：所述耦合输出器(6)输出端的耦合比为20:80，其中80％的信号光输出用于数据的测量。5.根据权利要求1所述一种基于非线性偏振旋转的高能量锁模光纤激光器，其特征在于：所述单模光纤(7)长度为1215m。

技术总结
本发明公开了一种基于非线性偏振旋转的高能量锁模光纤激光器，属于激光技术及其非线性光学的技术领域。本发明基于非线偏振旋转(NPR)，首先在低泵浦功率下，找到了一种高能量方波模型的光纤激光脉冲。其中记录到的方波脉冲的最大脉冲能量为106.91nJ，当功率高于1152mW时，脉冲中断。其次，当在最大泵浦功率为2318mW的情况下，还成功地研究到几种大型能量锁模操作。最大输出脉冲能量为881.34nJ，较以往的报导有明显的增强。本发明将为演示高能量脉冲操作提供一个有用的指导。脉冲操作提供一个有用的指导。


技术研发人员：张华年 杨富豪 孙硕 隋志琦 尚新新 程帅
受保护的技术使用者：山东森格姆德激光科技有限公司
技术研发日：2021.11.18
技术公布日：2022/6/7