一种全光纤耗散孤子共振锁模激光器的制造方法
【专利摘要】一种全光纤耗散孤子共振锁模激光器，属于激光技术领域，包括泵浦源以及由波分复用器、掺镱光纤、光隔离器、光纤耦合器、偏振控制器和光纤非线性环形反射镜用光纤连接成光纤环形腔；其中光纤非线性环形反射镜是将一个光纤耦合器的两个输出端口通过一个偏振控制器互相连接而成。本发明光纤激光器采用全光纤结构，光束质量高，便于熔接耦合，维护方便，本发明没有采用窄带光谱滤波器，规避窄带滤波效应引起的脉冲分裂。
【专利说明】
一种全光纤耗散孤子共振锁模激光器
技术领域
[0001]本发明涉及激光技术领域，提供一种全光纤耗散孤子共振锁模激光器。
【背景技术】
[0002]超快锁模光纤激光器与传统的固体激光器相比具有光束质量好、增益高、效率高、阈值低、可调谐、结构紧凑、运转可靠、散热性好等优点。在过去的20年间里，超快光纤激光器得到了迅猛的发展，在光通讯、光传感、激光医疗、工业加工、航空航天、材料科学、光谱学以及非线性光学领域得到了广泛的应用。超快光纤激光器是当今光学研究活跃的领域之
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[0003]通过人为设计锁模光纤激光器腔内的色散特性，可以分别获得参数不同的超快脉冲。当腔内净色散为负时，由于光纤的反常色散和非线性克尔效应之间自发的平衡效应，激光器很容易输出传统的锁模孤子。但研究表明，过量的光纤非线性相移会导致脉冲分裂，从而限制脉冲的能量于0.1纳焦量级。通过在腔内插入一段正色散光纤将脉冲展宽，降低脉冲的平均峰值功率，一定程度上能使脉冲容纳更多的非线性相移，脉冲能量能达到10纳焦。之后的研究进一步发现，在全正色散的光纤激光器内也能获得稳定的锁模脉冲。研究认为这类孤子在正色散光纤激光器内是色散效应、非线性效应、增益和损耗等共同作用的结果，属于耗散孤子的范畴。与传统的孤子相比，耗散孤子脉冲宽度增大，能承受更大的非线性相位积累，脉冲的能量可以提升2到3个量级。然而，尽管如此，耗散孤子的能力最终还是会受到了脉冲分裂的限制。为了获得更高的脉冲能量，能实现无波分裂的脉冲锁模机制无疑具有巨大的潜力。最近理论研究发现的耗散孤子共振便是这么一种能够实现脉冲无波分裂的新型锁模脉冲。具有耗散孤子共振的超短脉冲理论上其脉冲能量可以为无穷大。因此能实现耗散孤子共振脉冲输出的光纤锁模激光器具有很大的应用和研究价值。
【发明内容】
[0004]为了克服非线性效应导致的脉冲分裂对光纤锁模激光器输出的脉冲能量限制，本发明提供一种无脉冲分裂的耗散孤子共振全光纤锁模激光器，光束质量高，便于熔接耦合，维护方便，规避窄带滤波效应引起的脉冲分裂。
[0005]本发明是以如下技术方案实现的:一种全光纤耗散孤子共振锁模激光器，包括栗浦源以及由波分复用器、掺镱光纤、光隔离器、光纤耦合器、偏振控制器和光纤非线性环形反射镜用光纤连接成光纤环形腔;其中光纤非线性环形反射镜是将一个光纤耦合器的两个输出端口通过一个偏振控制器互相连接而成。所述的栗浦源与波分复用器的栗浦端口连接，波分复用器的公共端口依次经掺镱光纤、光隔离器、连接至光纤耦合器的70%能量输入端口，光纤耦合器的70%能量输出端口经偏振控制器连接至光纤非线性环形反射镜的输入端口，反射镜的反射端口连接至波分复用器的信号端口；器件之间通过单模正色散光纤连接，其稳定的耗散孤子共振脉冲从光纤耦合器的30%能量输出端口输出。
[0006]所述的栗浦源为单模光纤耦合的半导体激光器，其中心波长位于976nm，对应于掺镱光纤的栗浦吸收峰，提高栗浦效率。
[0007]所述的波分复用器的工作波长是980/1064nm，作用是将栗浦光耦合进谐振腔内，其尾纤类型为单模正色散光纤。
[0008]所述的掺镱光纤3型号为YB406，长度为40 cm，采购于CorActive公司，其掺杂浓度高，最高栗浦吸收达到600dB/m，具有很强的增益。
[0009]所述的光纤隔离器采用中心波长为1064nm的与偏振无关的隔离器，作用是限制激光器单向运转，其尾纤类型为单模正色散光纤。
[0010]所述的光纤耦合器采用30:70光纤耦合器，作用是输出腔内生成的耗散孤子共振脉冲。
[0011]所述的偏振控制器为三片线圈旋转式偏振控制器或挤压式偏振控制器，作用是调节谐振腔中光脉冲的偏振及损耗。
[0012]所述的光纤耦合器采用20:80光纤耦合器，其尾纤类型为单模正色散光纤，作用是将其两个输出端口互相连接组成非线性环形反射镜，作为锁模启动该装置。
[0013]所述的偏振控制器为三片线圈旋转式偏振控制器或挤压式偏振控制器，加入环形反射镜中作用是调节光脉冲的偏振及损耗。
[0014]本发明的有益效果是:1.本发明光纤激光器采用全光纤结构，光束质量高，便于熔接耦合，维护方便。不同于其它普通耗散孤子光纤锁模激光器，本发明没有采用窄带光谱滤波器，规避窄带滤波效应引起的脉冲分裂。2.本发明激光器采用5米或更长的光纤环形镜的可饱和吸收机制来实现锁模。较长的环形镜在激光腔内引入强的脉冲峰值功率钳制效应。不引入窄带光谱滤波效应和强脉冲峰值功率钳制效应结合是实现耗散孤子共振的核心技术。3.本发明光纤激光器输出稳定的方形耗散孤子共振脉冲，脉冲随着栗浦功率增加不会发生分裂。脉冲的能量仅受栗浦功率限制。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的结构示意图。
图2为当栗浦功率为400mW时激光器输出的耗散孤子共振脉冲光谱图。
[0016]图3为当栗浦功率为400mW时激光器输出的耗散孤子共振脉冲序列图。
[0017]图4为不同栗浦功率下激光器输出的耗散孤子共振单脉冲时域图。
[0018]图5为激光器输出的耗散孤子共振脉冲能量、脉宽随栗浦功率的变化曲线。
[0019]图6为激光器输出的耗散孤子共振脉冲射频图。
[0020]附图标记:1、栗浦源，2、波分复用器，3、掺镱光纤4、光隔离器，5、光纤耦合器，6、偏振控制器，7、光纤耦合器。
【具体实施方式】
[0021]如图1所示，一种全光纤耗散孤子共振锁模激光器，包括栗浦源I以及由波分复用器2、掺镱光纤3、光隔离器4、光纤耦合器5、偏振控制器6和光纤非线性环形反射镜用光纤连接成光纤环形腔;其中光纤非线性环形反射镜是将一个光纤親合器7的两个输出端口 7c和7d通过一个偏振控制器8互相连接而成。所述的栗浦源I与波分复用器2的栗浦端口 2a连接，波分复用器2的公共端口 2c依次经掺镱光纤3、光隔离器4、连接至光纤耦合器5的70%能量输入端口 5a，光纤耦合器5的70%能量输出端口 5c经偏振控制器6连接至光纤非线性环形反射镜的输入端口 7a，反射镜的反射端口 7b连接至波分复用器2的信号端口 2b;器件之间通过单模正色散光纤连接，其稳定的耗散孤子共振脉冲从光纤耦合器5的30%能量输出端口 5b输出。
[0022]所述的栗浦源I为单模光纤耦合的半导体激光器，其中心波长位于976nm，对应于掺镱光纤的栗浦吸收峰，提高栗浦效率。
[0023]所述的波分复用器2的工作波长是980/1064nm，作用是将栗浦光耦合进谐振腔内，其尾纤类型为单模正色散光纤。
[0024]所述的掺镱光纤3型号为YB406，长度为40 cm，采购于CorActive公司，其掺杂浓度高，最高栗浦吸收达到600dB/m，具有很强的增益。
[0025]所述的光纤隔离器4采用中心波长为1064nm的与偏振无关的隔离器，作用是限制激光器单向运转，其尾纤类型为单模正色散光纤。
[0026]所述的光纤耦合器5采用30:70光纤耦合器，作用是输出腔内生成的耗散孤子共振脉冲。
[0027]所述的偏振控制器6为三片线圈旋转式偏振控制器或挤压式偏振控制器，作用是调节谐振腔中光脉冲的偏振及损耗。
[0028]所述的光纤耦合器7采用20:80光纤耦合器，其尾纤类型为单模正色散光纤，作用是将其两个输出端口互相连接组成非线性环形反射镜，作为锁模启动该装置。
[0029]所述的偏振控制器8为三片线圈旋转式偏振控制器或挤压式偏振控制器，加入环形反射镜中作用是调节光脉冲的偏振及损耗。
[0030]图1中，标记2表示本发明的输入端口，标记5b为本发明的输出端口。
[0031]本发明激光器中组成非线性环形反射镜的单模光纤长度为5米或更长。采用长非线性环形反射镜来引入对脉冲的峰值功率钳制效应是本发明激光器实现耗散孤子共振的关键。
[0032]激光器输出的耗散孤子共振脉冲的光谱和脉冲序列分别如图2和3所示，图4展示在逐渐增大的栗浦功率下的单脉冲时域示波器图形，其输出脉冲功率及脉宽随栗浦功率的变化如图5所示，可以看出激光器输出方波形脉冲，其功率随栗浦功率线性增加，且无脉冲分裂现象。这些都是耗散孤子共振脉冲的典型特征。图6为激光器输出的射频频谱图，其接近70 dB的边模抑制比表明本发明激光器具有很高的可靠性和稳定性。
【主权项】
1.一种全光纤耗散孤子共振锁模激光器，其特征在于:包括栗浦源(I)以及由波分复用器(2)、掺镱光纤(3)、光隔离器(4)、光纤耦合器(5)、偏振控制器(6)和光纤非线性环形反射镜用光纤连接成光纤环形腔;其中光纤非线性环形反射镜是将一个光纤耦合器(7)的两个输出端口(7c和7d)通过一个偏振控制器(8)互相连接而成;所述的栗浦源(I)与波分复用器(2)的栗浦端口(2a)连接，波分复用器(2)的公共端口(2c)依次经掺镱光纤(3)、光隔离器(4)、连接至光纤耦合器(5)的70%能量输入端口( 5a)，光纤耦合器(5)的70%能量输出端口(5c)经偏振控制器(6)连接至光纤非线性环形反射镜的输入端口(7a)，反射镜的反射端口(7b)连接至波分复用器(2)的信号端口(2b);器件之间通过单模正色散光纤连接，其稳定的耗散孤子共振脉冲从光纤親合器(5)的30%能量输出端口(5b)输出。2.根据权利要求1所述的一种全光纤耗散孤子共振锁模激光器，其特征在于:所述的栗浦源(I)为单模光纤耦合的半导体激光器，其中心波长位于976 nm，对应于掺镱光纤的栗浦吸收峰。3.根据权利要求1所述的一种全光纤耗散孤子共振锁模激光器，其特征在于:所述的波分复用器(2)的工作波长是980/1064 nm，其尾纤类型为单模正色散光纤。4.根据权利要求1所述的一种全光纤耗散孤子共振锁模激光器，其特征在于:所述的掺镱光纤(3)型号为YB406，长度为40 cm。5.根据权利要求1所述的一种全光纤耗散孤子共振锁模激光器，其特征在于:所述的光纤隔离器(4)采用中心波长为1064 nm的与偏振无关的隔离器，其尾纤类型为单模正色散光纤。6.根据权利要求1所述的一种全光纤耗散孤子共振锁模激光器，其特征在于:所述的光纤耦合器(5)采用30:70光纤耦合器。7.根据权利要求1所述的一种全光纤耗散孤子共振锁模激光器，其特征在于:所述的偏振控制器(6)为三片线圈旋转式偏振控制器或挤压式偏振控制器。8.根据权利要求1所述的一种全光纤耗散孤子共振锁模激光器，其特征在于:所述的光纤耦合器(7)采用20:80光纤耦合器，其尾纤类型为单模正色散光纤。9.根据权利要求1所述的一种全光纤耗散孤子共振锁模激光器，其特征在于:所述的偏振控制器(8)为三片线圈旋转式偏振控制器或挤压式偏振控制器。
【文档编号】H01S3/067GK106099631SQ201610592806
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月26日 公开号201610592806.3, CN 106099631 A, CN 106099631A, CN 201610592806, CN-A-106099631, CN106099631 A, CN106099631A, CN201610592806, CN201610592806.3
【发明人】赵鹭明, 李雷, 李道静, 唐定远, 沈德元
【申请人】江苏师范大学