一种高功率宽带可调谐孤子-自相似脉冲锁模光纤激光器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及高功率宽带可调谐孤子?自相似脉冲锁模光纤激光器，包括泵浦源、光纤合束器、第一色散补偿光纤和第二色散补偿光纤、第一准直器和第二准直器、第一1/4波片和第二1/4波片、1/2波片、偏振分光棱镜、双折射滤光片、光隔离器、Er:Yb共掺双包层增益光纤用光纤和空间部分连接成的环形腔。泵浦源与光纤合束器的泵浦端连接，光束分束器的信号端依次经第一色散补偿光纤、第一光纤耦合器与第一准直器连接，然后光束经过第一1/4波片、1/2波片、偏振分光棱镜、双折射滤光片、光隔离器和第二1/4波片耦合进入第二准直器，并经第二色散补偿光纤与第二光纤耦合器输入端进入，第二光纤耦合器的输出端与Er:Yb共掺增益光纤连接，最终增益光纤与光束耦合器信号端连接。
【专利说明】
一种高功率宽带可调谐孤子-自相似脉冲锁模光纤激光器
技术领域
[0001]本发明属于激光器技术领域，涉及一种高功率宽带可调谐孤子-自相似脉冲锁模光纤激光器，属于一种用Er: Yb双包层光纤实现高功率可调谐孤子-自相似光纤激光器。
【背景技术】
[0002]自1964年锁模技术提出以来，超短脉冲激光发展十分迅速，同时随着相关应用领域的不断需要，飞秒脉冲激光发展的深度和广度也在拓展。由于锁模脉冲激光具有峰值功率高、脉冲宽度窄等重要特点，已经在生物医学、太赫兹技术、信息通信、物理、化学等基础科学领域研究、军事国防等众多领域得到了广泛的应用。而飞秒光纤激光器具有电光转换效率高、光束质量好、结构紧凑简单、价格低廉、易维护等多种优点，已经成为目前国际最有发展前景的激光器之一。
[0003]超快锁模光纤激光的产生主要是由增益、色散和非线性效应复杂相互作用产生。在周期性边界条件和耗散效应限制条件下，可以比较方便的在实验上研究非线性波的产生机理。这些特性对于非线性波的形成机理的研究有着重要意义，因此对于超快锁模光纤激光的研究一直都是这个领域的热点内容之一。目前，大量的文献已经将光学孤子、光学自相似脉冲作为新的一类非线性波进行了大量报道。孤子脉冲式在负的群速度色散与自相位调制效应的共同作用下形成的，当两种效应得到平衡时，就可以实现孤子锁模光纤激光。由于群速度色散和自相位调制效应的平衡，使得孤子在激光腔内可以保持脉冲的形状和强度稳定如一，因此其锁模阈值较小。当脉冲能量增大时，附加产生的非线性相移量导致孤子发生分裂，实验上产生多脉冲或者谐波锁模现象。因此孤子锁模光纤激光器获得的单脉冲能量一般都比较低。自相似脉冲是在增益为常数的非线性薛定谔方程的渐近解，传输过程中脉冲不分裂，能量可以逐渐被放大，脉冲传输满足自相似特征，形成自相似抛物脉冲。自相似脉冲光纤激光可以保证脉冲在传输过程中的脉冲形状不变，等比例增益;可容忍较大的非线性效应，而且光纤传播中无波分裂;可以得到较短脉冲宽度。基于这样的特点，大功率光纤放大通常采用自相似脉冲激光作为种子源。
[0004]但是随着研究的深入，单一波段、单一非线性波类型输出飞秒激光已经不能满足与日倶增的应用需求，但是就目前的飞秒锁模光纤激光而言，大部分只能输出孤子脉冲或者自相似脉冲，而且输出波长一般都是单一波段，这些因素制约着飞秒锁模光纤激光应用范围。而对于某些应用领域不仅需要孤子-自相似脉冲同时输出，而且需要可调谐的高功率光纤飞秒激光输出。因此对于高功率宽带可调谐孤子-自相似脉冲锁模光纤激光器的研究是许多应用急需解决的问题。
【发明内容】
[0005]为了克服上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种结构简单，性能可靠而且成本低廉的高功率宽带可调谐孤子-自相似脉冲锁模光纤激光器，以产生高功率可调谐飞秒激光输出，同时保证孤子脉冲和自相似脉冲同时输出。
[0006]为实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案:
[0007]—种高功率宽带可调谐孤子-自相似脉冲锁模光纤激光器，其特征在于，包括栗浦源以及由光纤合束器、第一色散补偿光纤和第二色散补偿光纤、第一光纤耦合器和第二光纤親合器、第一光纤准直器和第二光纤准直器、第一 1/4波片和第二 1/4波片、1/2波片、偏振分光棱镜、双折射滤光片、光隔离器和Er:Yb共掺双包层增益光纤用单模光纤和空间光路构成激光环形腔；
[0008]所述的栗浦源与光纤合束器的栗浦端口连接，光纤合束器的信号端口依次经第一色散补偿光纤、第一光纤耦合器和第一光纤准直器连接，第一光纤准直器输出光经第一 1/4波片、1/2波片、偏振分光棱镜、双折射滤光片、光隔离器和第二 1/4波片親合进入第二光纤耦合器，然后经第二色散补偿光纤、第二光纤耦合器、Er:Yb共掺双包层增益光纤与光纤合束器的信号端连接;其稳定的飞秒激光脉冲通过第一光纤耦合器、第二光纤耦合器和偏振合束器三个端口输出。
[0009]根据本发明，所述的栗浦源为多模光纤耦合的半导体激光器，其中心波长位于975nm附近。
[0010]所述的光纤合束器的工作波长是980/1550nm，光纤合束器的尾纤类型为Er: Yb共掺双包层增益光纤的匹配光纤，该匹配光纤的吸收峰在1535nm，吸收系统为80dB/m，芯数值孔径为0.22，芯径约为Sum，提供正色散。
[0011]所述的色散补偿光纤采用正色散光纤。
[0012]所述的第一光纤耦合器采用5:95光纤耦合器，第一光纤耦合器的尾纤类型为单模光纤;所述第二光纤耦合器采用1:99光纤耦合器，第二光纤耦合器的尾纤类型为单模负色散光纤。
[0013]所述的第一光纤准直器和第二光纤准直器工作距离为200mm?500mm，尾纤类型为单模负色散光纤。
[0014]所述第一1/4波片、1/2波片和第二 1/4波片工作波长均为1550±40nm。
[0015]所述偏振分光棱镜分束比大于1000:1，工作波长为1550±4011111。
[0016]所述双折射滤波片厚度采用5mm?8mm的恪石英材料。
[0017]所述光隔离器采用中心波长为1550nm的偏振相关的隔离器，工作带宽为±40nmo
[0018]本发明的高功率宽带可调谐孤子-自相似脉冲锁模光纤激光器，简单可靠、维护方便、可实现自启动锁模、同时输出孤子脉冲和自相似脉冲、可实现波长调谐输出、输出脉冲功率高、成本低、易于操作，使得飞秒锁模光纤激光器成为一种常规的超快激光器，在光通信、光谱分析、精密测量等方面有更重要的应用。
[0019]带来的有益技术是:
[0020]1、采用Er: Yb共掺双包层光纤作为增益介质，可以实现高功率激光输出。
[0021]2、合理优化第一色散补偿光纤长度、第二色散补偿光纤和单模负色散光纤长度，实现孤子脉冲与自相似脉冲同时输出的飞秒激光。
[0022]3、通过波片能同时实现有效的偏振及波长控制，实现有效的非线性偏振旋转锁模，合理优化双折射滤光片的厚度和角度，利用其滤波效应实现波长可调谐的飞秒脉冲输出。
[0023]4、相应时间为飞秒量级且与波长无关，因此使用高功率宽带可调谐孤子-自相似脉冲锁模光纤激光在不同波长范围均可适用。
[0024]5、具有很好的实用性和可操作性，其结构紧凑小巧、适于重复生产和组装，适于批量化生产、成本较低、激光单向输出、高输出功率、宽带可调谐输出、孤子脉冲和自相似脉冲同时输出，高稳定性以及高光束质量等优点，可广泛应用于国防、工业、医疗、科研等领域，具有很好的应用前景和商业价值。
【附图说明】
[0025]图1为本发明实施例的高功率宽带可调谐孤子-自相似脉冲锁模光纤激光器结构示意图。
[0026]其中的标记分别表示:1、栗浦源，2、光纤合束器，3、第一色散补偿光纤，4、第一光纤親合器，5、第一光纤准直器，6、第一 I / 4波片，7、I / 2波片，8、偏振分光棱镜，9、双折射滤光片，10、光隔离器，11、第二 1/4波片，12、第二光纤准直器，13、第二色散补偿光纤，14、第二光纤親合器，15、Er: Yb共掺双层光纤。
[0027]以下结合附图和具体实施例对本发明进一步详细说明。
【具体实施方式】
[0028]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0029]本实施例给出一种高功率宽带可调谐孤子-自相似脉冲锁模光纤激光器，其光路结构如图1所示，包括:包括栗浦源I以及由光纤合束器2、第一色散补偿光纤3和第二色散补偿光纤13、第一光纤耦合器4和第二光纤耦合器14、第一光纤准直器5和第二光纤准直器
(12)、第一 1/4波片6和第二 1/4波片11、1/2波片7、偏振分光棱镜8、双折射滤光片9、光隔离器10和Er:Yb共掺双包层光纤15用单模光纤和空间光路构成激光环形腔；
[0030]其中，栗浦源I与光纤合束器2的栗浦端口2a连接，光纤合束器2的信号端口 2b依次经色散补偿光纤3、第一光纤耦合器4和第一光纤准直器5连接，第一光纤准直器5输出后经第一 1/4波片6、1/2波片7、偏振分光棱镜8、双折射滤光片9、光隔离器10和第二 1/4波片11親合进入第二光纤耦合器12，然后经色散补偿光纤13、第二光纤耦合器14、Er:Yb共掺双包层增益光纤15与光纤合束器(2)的信号端连接;其稳定的飞秒激光脉冲通过第一光纤耦合器
4、第二光纤耦合器14和偏振合束器8三个端口 A、B、C输出。
[0031 ]本实施例中的栗浦源I，为多模光纤耦合输出的半导体激光器，输出波长为975nm的栗浦激光，典型输出功率为10W，尾纤类型为105/125多模光纤；
[0032]光纤合束器2，为将栗浦光耦合进入激光腔内，栗浦端2a尾纤类型为105/125多模光纤，信号输出端2b和2c尾纤类型为双包层增益光纤匹配光纤。
[0033]第一色散补偿光纤3和第二色散补偿光纤13采用正色散补偿光纤，模场直径5um。
[0034]第一光纤耦合器4，分束比为5:95，第二光纤耦合器14，分束比为1:99，尾纤采用单模负色散光纤。
[0035]第一光纤准直器5和第二准直器12，为将空间光与光纤光相互转换，尾纤类型为单模负色散光纤。
[0036]第一1/4波片6、1/2波片7和第二 1/4波片11，用于改变激光偏振实现非线性偏振旋转锁模，波片镀有对激光在1500nm?1600nm高透膜；
[0037]偏振分光棱镜8，消光比大于1000:1，镀有对激光在1500nm?1600nm高透膜；
[0038]双折射滤波片9，采用熔石英材料，厚度为7.5mm;
[0039]空间光隔离器10，工作波长为1550±40nm，隔离度大于30dB;
[0040]本实施例的高功率宽带可调谐孤子-自相似脉冲锁模光纤激光器，采用多模栗浦源和Er: Yb共掺双包层光纤可以实现高功率输出；同时合理优化色散补偿光纤长度，调整腔内色散分布，保证孤子脉冲和自相似脉冲同时输出；通过调整双折射滤光片的角度可以有效实现激光的调谐输出。这样就实现了一种高功率宽带可调谐孤子-自相似脉冲锁模光纤激光器。
[0041]最后所应说明的是，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本发明不限于上述实施例，本领域的技术人员在本发明的技术方案的基础上所进行的简单修改或者等同替换，都不会脱离本发明技术方案保护的范围。
【主权项】
1.一种高功率宽带可调谐孤子-自相似脉冲锁模光纤激光器，其特征在于，包括栗浦源(I)以及由光纤合束器(2)、第一色散补偿光纤(3)和第二色散补偿光纤(13)、第一光纤耦合器(4)和第二光纤耦合器(14)、第一光纤准直器(5)和第二光纤准直器(12)、第一 1/4波片(6)和第二 1/4波片(11)、1/2波片(7)、偏振分光棱镜(8)、双折射滤光片(9)、光隔离器(10)和Er:Yb共掺双包层增益光纤(15)用单模光纤和空间光路构成激光环形腔；所述的栗浦源(I)与光纤合束器(2)的栗浦端口连接，光纤合束器(2)的信号端口依次经第一色散补偿光纤(3)、第一光纤耦合器(4)和第一光纤准直器(5)连接，第一光纤准直器(5)输出光经第一1/4波片(6)、1/2波片(7)、偏振分光棱镜(8)、双折射滤光片(9)、光隔离器(10)和第二 1/4波片(11)耦合进入第二光纤耦合器(12)，然后经第二色散补偿光纤(13)、第二光纤耦合器(14)、Er:Yb共掺双包层增益光纤(15)与光纤合束器(2)的信号端连接;其稳定的飞秒激光脉冲通过第一光纤耦合器(4)、第二光纤耦合器(14)和偏振合束器(8)三个端口输出。2.如权利要求1所述的高功率宽带可调谐孤子-自相似脉冲锁模光纤激光器，其特征在于，所述的栗浦源(I)为多模光纤耦合的半导体激光器，其中心波长位于975nm附近。3.如权利要求1所述的高功率宽带可调谐孤子-自相似脉冲锁模光纤激光器，其特征在于，所述的光纤合束器(2)的工作波长是980/1550nm，光纤合束器(2)的尾纤类型为Er:Yb共掺双包层增益光纤(15)的匹配光纤，该匹配光纤的吸收峰在1535nm，吸收系统为80dB/m，芯数值孔径为0.22，芯径约为Sum，提供正色散。4.如权利要求1所述的高功率宽带可调谐孤子-自相似脉冲锁模光纤激光器，其特征在于，所述的色散补偿光纤(3)采用正色散光纤。5.如权利要求1所述的高功率宽带可调谐孤子-自相似脉冲锁模光纤激光器，其特征在于，所述的第一光纤耦合器(4)采用5:95光纤耦合器，第一光纤耦合器(4)的尾纤类型为单模光纤;所述第二光纤耦合器(13)采用1:99光纤耦合器，第二光纤耦合器(13)的尾纤类型为单模负色散光纤。6.如权利要求1所述的高功率宽带可调谐孤子-自相似脉冲锁模光纤激光器，其特征在于，所述的第一光纤准直器(5)和第二光纤准直器(12)工作距离为200mm?500mm，尾纤类型为单模负色散光纤。7.如权利要求1所述的高功率宽带可调谐孤子-自相似脉冲锁模光纤激光器，其特征在于，所述第一 1/4波片(6)、1/2波片(7)和第二1/4波片(11)工作波长均为1550±4011111。8.如权利要求1所述的高功率宽带可调谐孤子-自相似脉冲锁模光纤激光器，其特征在于，所述偏振分光棱镜(8)分束比大于1000:1，工作波长为1550 土 40nm。9.如权利要求1所述的高功率宽带可调谐孤子-自相似脉冲锁模光纤激光器，其特征在于，所述双折射滤波片(9)厚度采用5mm?8mm的恪石英材料。10.如权利要求1所述的高功率宽带可调谐孤子-自相似脉冲锁模光纤激光器，其特征在于，所述光隔离器(10)采用中心波长为1550nm的偏振相关的隔离器，工作带宽为±40nmo
【文档编号】H01S3/11GK105896249SQ201610307341
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月10日
【发明人】白晋涛, 侯磊, 林启蒙, 陈浩伟, 齐新元
【申请人】西北大学