一种基于掺铥光纤激光器产生高能量矢量孤子雨装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于强激光与物质相互作用领域，尤其涉及一种基于掺铥光纤激光器产生高能量矢量孤子雨装置。
技术背景
[0002]近二十年来，锁模光纤激光器的基础研究获得快速发展，光纤激光器为非线性系统，当光脉冲强度较高时，非线性效应非常明显，会影响光纤激光器的性能，其中就包括多孤子脉冲的产生。可以利用多孤子态中的高阶谐波锁模获得高重复频率的脉冲。由于峰值钳制效应和能量量化效应，激光器在栗浦功率较高时可获得多孤子脉冲，并且在基于非线性偏振旋转锁模和饱和吸收体锁模的基础上进行了大量的研究。其中，孤子动态研究是人们研究的热点问题之一。孤子雨可以认为是处在连续波和稳定锁模之间的一种状态，叫“弱锁模”，也可以被认为是多孤子状态中的一种，但又不同于束缚多孤子。移动的孤子大部分来自连续波模式的放大和整形。如图1所示，孤子雨包括三个部分特征:孤子浓缩，孤子的移动，束缚孤子。移动的孤子沿着一个方向和速度向束缚孤子移动。这种现象类似束缚孤子下的孤子雨，孤子雨就是在锁模形成前的一种中间状态，对于它的研究，有益于锁模的孤子动态特性分析。文献S.ChouliandP.Grelu，0pt.Express.2009,1714)，ρρ.11776-11781.报道基于掺铒光纤非线性偏振旋转被动锁模激光器研究了多孤子移动。随后，基于石墨烯锁模惨辑光纤激光器SongYF,LiL,ZhangH,Opticsexpress.2013，218)，ρρ.10010-10018，非线性偏振旋转的被动锁模掺镱光纤激光器BaoC，XiaoX，YangC.0pt.1ett.2013,3811) ,pp.1875-1877.探讨了孤子动态问题。然而，他们工作集中在掺镱光纤激光器和掺铒光纤激光器，我们实验构建了一个基于石墨稀二硫化钼复合材料的双包层掺铥环形腔被动锁模光纤激光器，该锁模光纤激光器以石墨稀二硫化钼复合材料为可饱和吸收体。石墨稀二硫化钼复合材料有着恢复时间较快约几百飞秒)及光损伤阈值高，2000nm近红外激光脉冲更具有较强的非线性光学效应及更加优异的超带宽饱和吸收。这种锁模光纤激光器的优点为:1、可以实现在2微米附近且人眼安全波段观察到矢量孤子雨；2、当观察到矢量孤子雨时，不需要调整栗浦功率及腔内状态，就可实现对孤子定向移动速度进行控制，且可以控制脉冲强度;3采用环形谐振腔结构简单及双端栗浦技术提高转换效率;4、双包层掺铥单模光纤和2微米传输单模光纤可实现高能量脉冲输出。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种实现在2微米人眼安全波段观察到高能量矢量孤子雨，从而实现孤子脉冲强度可控，并且对孤子定向移动速度进行控制的基于掺铥光纤激光器产生高能量矢量孤子雨装置。
[0004]本发明的目的是这样实现的:
[0005]—种基于掺铥光纤激光器产生高能量矢量孤子雨装置，包括复合饱和吸收体的被动锁模光纤激光器1-10，2微米光纤偏振控制器11，2微米偏振分束器12，所述复合饱和吸收体的被动锁模光纤激光器包括沿光路依次连接的栗浦源I，多模栗浦用合束器2，双包层掺铥单模光纤3，多模栗浦用合束器4，栗浦源5，光学元件6，2微米偏振控制器7，耦合器8，隔离器9，2微米传输单模光纤10构成环形腔，親合输出端依次连接偏振控制器11，正交偏振分束器12。
[0006]所述复合饱和吸收体的被动锁模光纤激光器的单个孤子最大峰值功率大于20千瓦。
[0007]所述的栗浦源输出的栗浦光波长对应于掺铥石英光纤的吸收峰，分别为750纳米至IJ820纳米，单个栗浦功率输出大于10瓦。
[0008]所述的光学元件6为石墨稀二硫化钼复合可饱和吸收体，采用脉冲激光溅射法制备，将石墨稀二硫化钼材料附着于一段拉锥处理后的光纤倏逝场侧面，并耦合接入谐振腔内形成。
[0009]所述的双包层掺铥单模光纤3，纤芯直径从10微米到40微米，包层直径从130微米到400微米。
[0010]所述的2微米光纤偏振控制器11，控制两个偏振正交的孤子定向移动速度。
[0011]本发明的有益效果在于:
[0012]与现有技术相比，本发明实现了2微米观察到高能量矢量孤子雨，通过对偏振控制器11的调节，在不改变腔内状态情况下，从而实现孤子脉冲强度可控，并且对孤子定向移动速度进行控制。尤其是孤子雨的实现和重现，都具有很好的稳定性。本发明结构简单、转换效率高，可广泛应用于医疗、军事、激光雷达以及环境检测等领域。
【附图说明】
[0013]图1为孤子雨示意图。
[0014]图2为本发明基于掺铥光纤激光器产生高能量矢量孤子雨的装置。
【具体实施方式】
[0015]以下结合附图和实施例对本发明做详细的说明。
[0016]本发明提供一种基于石墨稀二硫化钼复合材料的双包层掺铥光纤激光器产生高能量矢量孤子雨的方法及其装置，其包括:石墨稀二硫化钼复合材料的被动锁模光纤激光器、2微米光纤偏振控制器11，2微米偏振分束器12。
[0017]所述的复合饱和吸收体的被动锁模光纤激光器为两个栗浦源I，5，两个合束器分别为合束器2和合束器4，隔离器9，光纤偏振控制器7，光学元件6，20: 80的耦合器8以及2微米传输单模光纤的光纤10;
[0018]所述栗浦源，合束器，隔离器，光学元件，耦合器，2微米传输单模光纤和双包层掺铥光纤构成环形腔，栗浦源I连接合束器2的输入端;合束器2的输出端连接双包层掺铥光纤3，双包层掺铥光纤3另一端和合束器4的输出端相连，合束器2的信号端依次连接着2微米传输单模光纤10，隔离器9，最后是親合器8的80 %输出端，親合器的输入端依次连接着偏振控制器7，光学兀件6，合束器4的信号端，20 %输出端连接着偏振控制器11和正交偏振分束器
12ο
[0019]所述的双包层掺铥光纤3，纤芯直径从10微米到40微米，包层直径从130微米到400微米。
[0020]所述的合束器2，4是多模栗浦用合束器。
[0021]所述的光学元件6是承载石墨稀二硫化钼复合材料可饱和吸收体，其有着恢复时间较快和单脉冲能量高及具有较强的非线性光学效应等优点。
[0022]所述的偏振控制器7是2微米光纤偏振控制器，对光纤环形腔补偿偏振色散。
[0023]所述的偏振分束器12是将孤子雨分解两个偏振正交的动态孤子。
[0024]所述的偏振控制器11是2微米光纤偏振控制器，控制脉冲强度及孤子定向移动速度。
[0025]实施例产生高能量矢量孤子雨的装置构建。
[0026]如图2所示，793nm栗浦源I连接多模栗浦用合束器2的栗浦输入端；多模栗浦用合束器2的输出端连接14米的掺铥光纤一端;掺铥光纤另一端连接多模栗浦用合束器4的输出端;793nm栗浦源5连接多模栗浦用合束器4的栗浦输入端;多模栗浦用合束器2的信号端依次连接着10米的2微米传输单模光纤10，2微米偏振无关隔离器9，最后是2微米耦合器8的80%输出端，2微米耦合器的输入端依次连接着2微米偏振控制器7，饱和吸收体光学元件6，多模栗浦用合束器4的信号端，20%输出端连接着2微米偏振控制器11和2微米正交偏振分束器12。整个用两个栗浦源、两个合束器、双包层掺铥光纤、单模光纤、隔离器、光学元件、偏振控制器、耦合器、偏振控制器和偏振分束器构成，实现复合饱和吸收体的被动锁模脉冲的输出，脉冲激光通过親合器的20%输出端输出，20%输出端连接着偏振控制器和偏振分束器。通过调节偏振控制器7和相应栗浦功率时，可以得到的孤子雨如图1所示，在通过调节偏振控制器11和正交偏振分束器12实现对孤子雨的孤子定向移动速度及脉冲强度可控。
【主权项】
1.一种基于掺铥光纤激光器产生高能量矢量孤子雨装置，包括复合饱和吸收体的被动锁模光纤激光器(1-10)，2微米光纤偏振控制器(11)，2微米偏振分束器(12)，其特征在于:所述复合饱和吸收体的被动锁模光纤激光器包括沿光路依次连接的栗浦源(I)，多模栗浦用合束器(2)，双包层掺铥单模光纤(3)，多模栗浦用合束器(4)，栗浦源(5)，光学元件(6)，2微米偏振控制器(7)，耦合器(8)，隔离器(9)，2微米传输单模光纤(10)构成环形腔，耦合输出端依次连接偏振控制器(11)，正交偏振分束器(12)。2.根据权利要求1所述的一种基于掺铥光纤激光器产生高能量矢量孤子雨装置，其特征在于:所述复合饱和吸收体的被动锁模光纤激光器的单个孤子最大峰值功率大于20千瓦。3.根据权利要求1所述的一种基于掺铥光纤激光器产生高能量矢量孤子雨装置，其特征在于:所述的栗浦源输出的栗浦光波长对应于掺铥石英光纤的吸收峰，分别为750纳米到820纳米，单个栗浦功率输出大于10瓦。4.根据权利要求1所述的一种基于掺铥光纤激光器产生高能量矢量孤子雨装置，其特征在于:所述的光学元件(6)为石墨稀二硫化钼复合可饱和吸收体，采用脉冲激光溅射法制备，将石墨稀二硫化钼材料附着于一段拉锥处理后的光纤倏逝场侧面，并耦合接入谐振腔内形成。5.根据权利要求1所述的一种基于掺铥光纤激光器产生高能量矢量孤子雨装置，其特征在于:所述的双包层掺铥单模光纤(3)，纤芯直径从10微米到40微米，包层直径从130微米到400微米。6.根据权利要求1所述的一种基于掺铥光纤激光器产生高能量矢量孤子雨装置，其特征在于:所述的2微米光纤偏振控制器(11)，控制两个偏振正交的孤子定向移动速度。
【专利摘要】本发明属于强激光与物质相互作用领域，尤其涉及一种基于掺铥光纤激光器产生高能量矢量孤子雨装置。一种基于掺铥光纤激光器产生高能量矢量孤子雨装置，包括复合饱和吸收体的被动锁模光纤激光器1-10，2微米光纤偏振控制器11，2微米偏振分束器12，所述复合饱和吸收体的被动锁模光纤激光器包括沿光路依次连接的泵浦源1，多模泵浦用合束器2，双包层掺铥单模光纤3，多模泵浦用合束器4，泵浦源5，光学元件6，2微米偏振控制器7，耦合器8，隔离器9，2微米传输单模光纤10构成环形腔，耦合输出端依次连接偏振控制器11，正交偏振分束器12。本发明结构简单、转换效率高，可广泛应用于医疗、军事、激光雷达以及环境检测等领域。
【IPC分类】H01S3/10, H01S3/11
【公开号】CN105591272
【申请号】CN201610152779
【发明人】张新陆, 王丰, 崔金辉
【申请人】哈尔滨工程大学
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2016年3月17日