一种锁模光纤激光器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种锁模光纤激光器，属于光纤激光器领域，所述锁模光纤激光器包括泵浦源和锁模激光谐振腔，锁模激光谐振腔包括依次耦合的反射部件、增益光纤、保偏滤波器和用于锁模的可饱和吸收镜。泵浦源发出的泵浦光进入增益光纤生成信号光，所述信号光经保偏滤波器处理为预设偏振方向和预设波长范围的信号光后进入可饱和吸收镜，经过可饱和吸收镜锁模后返回保偏滤波器，返回保偏滤波器的信号光再次进入增益光纤，经增益光纤放大后输入至反射部件，经增益光纤放大后的信号光中满足反射部件透射条件的部分输出。相比于传统的锁模光纤激光器，本实用新型提供的锁模光纤激光器结构简单，稳定可靠，便于工程应用。
【专利说明】
一种锁模光纤激光器
技术领域
[0001 ] 本实用新型涉及光纤激光器领域，具体而言，涉及一种锁模光纤激光器。
【背景技术】
[0002]锁模光纤激光器作为超短脉冲激光系统的前端种子源，是超短脉冲激光系统的关键，其基本性能指标和稳定性指标直接影响着系统的稳定可靠性。其中，锁模光纤激光器的自启动免维护功能是其实现工业化的必然要求。自启动是指锁模激光器可实现开机即启动，输出锁模脉冲。免维护是指锁模激光器可在各种复杂环境下实现锁模脉冲输出，如高温、低温、振动、高湿等恶劣环境。目前的锁模光纤激光器一般采用恒温控制(即利用恒温控制，抵御因温度引起的脉冲失锁)、电动控制和固化封装等实现锁模光纤激光器的免维护功能。然而，此类方法虽能实现锁模光纤激光器的工程化应用，但是结构复杂，免维护可靠性差。因此，锁模光纤激光器作为一种重要的超短脉冲激光输出装置，需要从锁模光纤激光器结构的设计入手，提高锁模光纤激光器的免维护功能的可靠性。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于提供一种锁模光纤激光器，可以通过对锁模光纤激光器自身结构的设计，有效地保证了锁模光纤激光器的免维护功能的可靠性，以改善上述的问题。
[0004]为了实现上述目的，本实用新型实施例采用的技术方案如下:
[0005]第一方面，本实用新型实施例提供的一种锁模光纤激光器，用于输出脉冲激光，包括:栗浦源和锁模激光谐振腔，所述锁模激光谐振腔包括依次耦合的反射部件、增益光纤、保偏滤波器和用于锁模的可饱和吸收镜，所述栗浦源发出的栗浦光进入所述增益光纤生成信号光，所述信号光经所述保偏滤波器处理为预设偏振方向和预设波长范围的信号光后进入所述可饱和吸收镜，所述预设偏振方向和预设波长范围的信号光经过所述可饱和吸收镜锁模后返回所述保偏滤波器，返回所述保偏滤波器的信号光再次进入所述增益光纤，经所述增益光纤放大后输入至所述反射部件，经所述增益光纤放大后的信号光中满足所述反射部件透射条件的部分输出。
[0006]结合第一方面，本实用新型实施例还提供了第一方面的第一种可能实施方式，其中，所述保偏滤波器包括壳体、用于将进入保偏滤波器的信号光调整为预设偏振方向的信号光的起偏器和用于将进入所述保偏滤波器的信号光调整为预设波长范围的信号光的带通滤光片，所述起偏器和所述带通滤光片均位于所述壳体内，所述带通滤光片的中心波长与所述脉冲激光的中心波长一致。
[0007]结合第一方面的第一种可能实施方式，本实用新型实施例还提供了第一方面的第二种可能实施方式，其中，所述保偏滤波器还包括第一准直透镜和第二准直透镜，所述第一准直透镜与所述第二准直透镜均位于所述壳体内，所述起偏器和所述带通滤光片位于所述第一准直透镜和所述第二准直透镜之间，所述第一准直透镜、所述带通滤光片、所述起偏器及所述第二准直透镜的光轴重合，所述第一准直透镜通过第一光纤与所述增益光纤耦合，所述第二准直透镜通过第二光纤与所述可饱和吸收镜耦合。
[0008]结合第一方面或第一方面的第一种可能实施方式或第一方面的第二种可能实施方式，本实用新型实施例还提供了第一方面的第三种可能实施方式，其中，所述锁模光纤激光器还包括波分复用器，所述波分复用器设置在所述锁模激光谐振腔外，所述波分复用器包括第一信号端和合束端，所述合束端与所述反射部件通过第三光纤耦合，所述第一信号端与所述栗浦源耦合，所述栗浦光进入所述第一信号端，从所述合束端输出至所述反射部件，从所述反射部件透过进入所述增益光纤。
[0009]结合第一方面的第三种可能实施方式，本实用新型实施例还提供了第一方面的第四种可能实施方式，其中，所述锁模光纤激光器还包括光隔离器，所述波分复用器还包括第二信号端，所述光隔离器与所述第二信号端耦合。
[0010]结合第一方面的第四种可能实施方式，本实用新型实施例还提供了第一方面的第五种可能实施方式，其中，所述反射部件与所述增益光纤之间通过第四光纤耦合，所述第三光纤和所述第四光纤均为保偏光纤。
[0011]结合第一方面或第一方面的第一种可能实施方式或第一方面的第二种可能实施方式，本实用新型实施例还提供了第一方面的第六种可能实施方式，其中，所述锁模光纤激光器还包括波分复用器，所述波分复用器设置在所述锁模激光谐振腔内，所述波分复用器包括第一信号端、第二信号端和合束端，所述合束端与所述增益光纤耦合，所述第一信号端与所述栗浦源耦合，所述第二信号端与所述反射部件耦合。
[0012]结合第一方面，本实用新型实施例还提供了第一方面的第七种可能实施方式，其中，所述可饱和吸收镜为半导体可饱和吸收镜、碳纳米管可饱和吸收镜、石墨烯可饱和吸收镜或氧化石墨烯可饱和吸收镜中的任一种。
[0013]结合第一方面，本实用新型实施例还提供了第一方面的第八种可能实施方式，其中，所述反射部件为光纤光栅，所述光纤光栅的中心波长与所述脉冲激光的波长一致。
[0014]结合第一方面，本实用新型实施例还提供了第一方面的第九种可能实施方式，其中，所述增益光纤为保偏光纤。
[0015]本实用新型提供的锁模光纤激光器设计了保偏滤波器，用于锁模脉冲偏振态的主动控制，通过保偏滤波器将锁模脉冲偏振态固定，有效地抵御了温度、振动、应力等因素对该锁模光纤激光器的影响，保证了该锁模光纤激光器具有可靠的免维护功能。本实用新型相比于传统的锁模光纤激光器，结构简单，稳定可靠，便于工程应用。进一步的，本实用新型采用可饱和吸收镜作为锁模器件，使得本锁模光纤激光器同时具有自启动功能。
[0016]本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型实施例而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【附图说明】
[0017]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本实用新型的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。
[0018]图1示出了本实用新型实施例提供的一种锁模光纤激光器的结构示意图；
[0019]图2示出了本实用新型实施例提供的一种锁模光纤激光器的保偏滤波器的结构示意图；
[0020]图3示出了本实用新型实施例提供的另一种锁模光纤激光器的结构示意图。
[0021]其中，附图标记分别为:
[0022]栗浦源100;波分复用器200;锁模激光谐振腔300;反射部件310;增益光纤320;保偏滤波器330;壳体331;第一准直透镜332;带通滤光片333;起偏器334;第二准直透镜335;可饱和吸收镜340;光隔离器400。
【具体实施方式】
[0023]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0024]本实用新型实施例提供了一种锁模光纤激光器，用于输出脉冲激光，包括:栗浦源100和锁模激光谐振腔300。如图1所示，锁模激光谐振腔300又包括依次耦合的反射部件310、增益光纤320、保偏滤波器330和用于锁模的可饱和吸收镜340。
[0025]反射部件310和可饱和吸收镜340用于使增益光纤320产生的信号光在锁模激光谐振腔300内多次振荡，以输出锁模脉冲激光。其中，反射部件310主要用于锁模脉冲激光输出，将一部分锁模脉冲激光输出，另一部分反射回锁模激光谐振腔300内继续振荡，例如，可以采用光纤光栅或激光输出镜，所述激光输出镜为可以透过部分激光的反射镜;可饱和吸收镜340主要用于对激光纵模进行锁定，以得到脉冲激光，例如可以为半导体可饱和吸收镜、石墨烯可饱和吸收镜等具有可饱和吸收效应的锁模器件。保偏滤波器330用于实现激光偏振态控制、锁模脉冲中心波长选择以及残余栗浦光的滤除。增益光纤320用于产生信号光，并将锁模脉冲放大，以输出锁模脉冲激光。栗浦源100用于提供栗浦光。
[0026]所述锁模光纤激光器输出脉冲激光的工作过程为:栗浦源100发出的栗浦光进入增益光纤320，使得增益光纤320生成信号光，需要说明的是，所述信号光指的是增益光纤320在栗浦光的激励下，自发辐射产生的用于输出脉冲激光的光。增益光纤320生成的信号光经所述保偏滤波器330处理为预设偏振方向和预设波长范围的信号光后进入所述可饱和吸收镜340;所述预设偏振方向和预设波长范围的信号光经过所述可饱和吸收镜340锁模后返回所述保偏滤波器330，返回所述保偏滤波器330的信号光经过保偏滤波器330的偏振控制和滤波处理后，再次进入所述增益光纤320，经所述增益光纤320放大后输入至所述反射部件310，经所述增益光纤320放大后的信号光中满足所述反射部件310透射条件的部分输出，而不满足透射条件的部分信号光被反射回锁模激光谐振腔中继续振荡。所述透射条件为反射部件310的透过率，例如，反射部件310的透过率为10%，则经所述增益光纤320放大后的信号光中10%的光能量输出，90%的光能量被反射回锁模激光谐振腔中继续振荡。上述过程为信号光在锁模激光谐振腔300内完成一次振荡的过程，经过多次振荡后，即可输出稳定的脉冲激光。
[0027]其中，增益光纤320生成的信号光经所述保偏滤波器330处理为预设偏振方向和预设波长范围的信号光后进入所述可饱和吸收镜340具体为:只有满足预设偏振方向和预设波长范围的部分信号光可以通过保偏滤波器330进入可饱和吸收镜340，其它不满足预设偏振方向和预设波长范围的部分信号光则被滤除。具体的，可以根据用户的需要将保偏滤波器330的透光条件设计为预设偏振方向及预设波长范围。
[0028]本实施例中，增益光纤320可以为掺杂有稀土离子的光纤，所述增益光纤320，可以为掺镱光纤、掺铒光纤、掺铥光纤等，这些增益光纤320在栗浦光的激励下发生粒子数反转，进而自发辐射产生信号光，例如当增益光纤320采用掺铒光纤时，通过975nm的栗浦光可以实现1560nm波段的超短激光脉冲输出。
[0029]本实施例提供的锁模光纤激光器通过保偏滤波器330将锁模脉冲偏振态固定，以实现线偏振锁模脉冲激光输出，通过保偏滤波器330可以有效地抵御温度、振动、应力等因素对锁模光纤激光器的影响，使得本锁模光纤激光器具有可靠的免维护功能。因此，本实用新型相比于传统的锁模光纤激光器，结构简单，稳定可靠，便于工程应用。进一步的，本实用新型采用可饱和吸收镜作为锁模器件，使得本锁模光纤激光器同时具有自启动功能。
[0030]本实施例中，反射部件310优选采用光纤光栅，所述光纤光栅的反射率可以根据用户的需要设计。传输至光纤光栅的信号光可以根据光纤光栅的反射率条件一部分被反射回锁模激光谐振腔300内继续振荡，另一部分输出。该光纤光栅的中心波长与锁模光纤激光器需要输出的脉冲激光的波长一致。栗浦源100可以采用激光二极管，当然，也可以采用其它可以用于激发增益光纤320的光源。所述可饱和吸收镜340由可饱和吸收体和反射镜构成，由于可饱和吸收体的激光振幅调制特性，实现了在锁模激光谐振腔300内振荡的激光的纵模相位锁定，以使得本锁模光纤激光器输出脉冲激光。其中，所述可饱和吸收体可以为半导体可饱和吸收体、碳纳米管、石墨烯或氧化石墨烯。
[0031 ]进一步的，本实施例中，保偏滤波器330可以包括起偏器334、带通滤光片333和壳体331，起偏器334和带通滤光片333均位于壳体331内。其中，起偏器334用于将进入保偏滤波器330的信号光调整为预设偏振方向的信号光;带通滤光片333用于将进入所述保偏滤波器330的信号光调整为预设波长范围的信号光，带通滤光片333的低损耗透光波段范围为预设波长范围，且带通滤光片333的中心波长与本锁模光纤激光器需要输出的脉冲激光的波长一致。当然，由于锁模激光谐振腔300中，无论是从增益光纤320输出至保偏滤波器330的光，还是由可饱和吸收镜340反射至保偏滤波器330的光均存在发散角，因此为了提高信号光的有效利用率，保偏滤波器330中还包括第一准直透镜332和第二准直透镜335，第一准直透镜332和第二准直透镜335均位于壳体331内。起偏器334和带通滤光片333则位于第一准直透镜332和第二准直透镜335之间，如图2所示，第一准直透镜332、第二准直透镜335、起偏器334及带通滤光片333的光轴在同一条直线上。此时，第一准直透镜332通过第一光纤与增益光纤320耦合，增益光纤320通过第四光纤与反射部件310耦合，第二准直透镜335通过第二光纤与可饱和吸收镜340耦合。
[0032]具体的，由于增益光纤320输出至保偏滤波器330的光除了增益光纤320在栗浦光激励下产生的具有较宽光谱的信号光外，还包括残余的栗浦光。也就是说，增益光纤320中输出的光通过第一光纤进入保偏滤波器330的壳体331内部，经过第一准直透镜332准直后平行入射至带通滤光片333，带通滤光片333对残余栗浦光进行滤除并对信号光进行中心波长选择后，透过带通滤光片333的信号光入射至起偏器334，预设偏振方向的线偏振态光通过起偏器334，其它偏振态被截止。例如，起偏器334可以采用快轴截止起偏器。透过起偏器334的信号光平行入射至第二准直透镜335，经第二准直透镜335聚焦后再通过第二光纤传输至可饱和吸收镜340。此时，进入可饱和吸收镜340的光为预设偏振方向且预设波长范围的信号光。
[0033]当然，本实施例提供的锁模光纤激光器还包括波分复用器200，波分复用器200与栗浦源100—起构成栗浦光耦合系统。如图1所示，所述波分复用器200设置在锁模激光谐振腔300外，所述波分复用器200包括第一信号端、第二信号端和合束端，所述合束端与反射部件310通过第三光纤耦合，所述第一信号端与栗浦源100耦合。栗浦源100发出的栗浦光从波分复用器200的所述第一信号端进入，从所述合束端输出至反射部件310，从反射部件310透过进入所述增益光纤320。需要说明的是，波分复用器200的第二信号端用于输出脉冲激光。
[0034]此外，本锁模光纤激光器还包括光隔离器400，所述光隔离器400与波分复用器200的第二信号端耦合。由于光隔离器400的方向限制特性，有效地避免了满足反射部件310透过条件的脉冲激光经所述第二信号端输出后部分被光纤端面反射回锁模激光谐振腔300，有效地提高了脉冲激光的传输效率，进而提高了锁模光纤激光器的输出功率。
[0035]为了进一步保证锁模激光谐振腔300内振荡的信号光的偏振方向固定，实现线偏振锁模脉冲激光输出，反射部件310、增益光纤320、保偏滤波器330、可饱和吸收镜340依次通过保偏光纤耦合，即上述的第一光纤、第二光纤、第三光纤和第四光纤均为保偏光纤。此夕卜，增益光纤320也采用保偏光纤。需要说明的是，光纤的光纤色散值也影响着锁模光纤激光器输出脉冲激光的脉冲宽度，因此，采用具有不同光纤色散值的光纤可以使得本锁模光纤激光器输出不同脉冲宽度的脉冲激光。
[0036]另外，如图3所示，本实施例还提供了另一种锁模光纤激光器的实施方式，将波分复用器200设置在所述锁模激光谐振腔300内。此时，波分复用器200的合束端与增益光纤320耦合，第一信号端与栗浦源100耦合，第二信号端与反射部件310耦合，而光隔离器400与反射部件310耦合。栗浦光通过波分复用器200耦合直接进入增益光纤320，增益光纤320收到栗浦光激励生成信号光并传输至保偏滤波器330。进入保偏滤波器330的信号光经过保偏滤波器330处理为预设偏正方向且预设波长范围的信号光后，传输至可饱和吸收镜340，经可饱和吸收镜340锁模后返回在锁模激光谐振腔300内多次振荡，振荡过程中，传输至反射部件310的脉冲激光一部分透射通过光隔离器400后输出，另一部分反射返回锁模激光谐振腔300继续振荡。具体的，脉冲激光的透射输出部分与反射返回部分的比例由反射部件310的反射率决定。
[0037]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0038]在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“耦合”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0039]以上所述，仅为本实用新型的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1.一种锁模光纤激光器，用于输出脉冲激光，其特征在于，包括:栗浦源和锁模激光谐振腔，所述锁模激光谐振腔包括依次耦合的反射部件、增益光纤、保偏滤波器和用于锁模的可饱和吸收镜，所述栗浦源发出的栗浦光进入所述增益光纤生成信号光，所述信号光经所述保偏滤波器处理为预设偏振方向和预设波长范围的信号光后进入所述可饱和吸收镜，所述预设偏振方向和预设波长范围的信号光经过所述可饱和吸收镜锁模后返回所述保偏滤波器，返回所述保偏滤波器的信号光再次进入所述增益光纤，经所述增益光纤放大后输入至所述反射部件，经所述增益光纤放大后的信号光中满足所述反射部件透射条件的部分输出。2.根据权利要求1所述的锁模光纤激光器，其特征在于，所述保偏滤波器包括壳体、用于将进入保偏滤波器的信号光调整为预设偏振方向的信号光的起偏器和用于将进入所述保偏滤波器的信号光调整为预设波长范围的信号光的带通滤光片，所述起偏器和所述带通滤光片均位于所述壳体内，所述带通滤光片的中心波长与所述脉冲激光的中心波长一致。3.根据权利要求2所述的锁模光纤激光器，其特征在于，所述保偏滤波器还包括第一准直透镜和第二准直透镜，所述第一准直透镜与所述第二准直透镜均位于所述壳体内，所述起偏器和所述带通滤光片位于所述第一准直透镜和所述第二准直透镜之间，所述第一准直透镜、所述带通滤光片、所述起偏器及所述第二准直透镜的光轴重合，所述第一准直透镜通过第一光纤与所述增益光纤耦合，所述第二准直透镜通过第二光纤与所述可饱和吸收镜耦入口 ο4.根据权利要求1-3中任一项所述的锁模光纤激光器，其特征在于，还包括波分复用器，所述波分复用器设置在所述锁模激光谐振腔外，所述波分复用器包括第一信号端和合束端，所述合束端与所述反射部件通过第三光纤耦合，所述第一信号端与所述栗浦源耦合，所述栗浦光进入所述第一信号端，从所述合束端输出至所述反射部件，从所述反射部件透过进入所述增益光纤。5.根据权利要求4所述的锁模光纤激光器，其特征在于，还包括光隔离器，所述波分复用器还包括第二信号端，所述光隔离器与所述第二信号端耦合。6.根据权利要求5所述的锁模光纤激光器，其特征在于，所述反射部件与所述增益光纤之间通过第四光纤耦合，所述第三光纤和所述第四光纤均为保偏光纤。7.根据权利要求1-3中任一项所述的锁模光纤激光器，其特征在于，还包括波分复用器，所述波分复用器设置在所述锁模激光谐振腔内，所述波分复用器包括第一信号端、第二信号端和合束端，所述合束端与所述增益光纤耦合，所述第一信号端与所述栗浦源耦合，所述第二信号端与所述反射部件耦合。8.根据权利要求1所述的锁模光纤激光器，其特征在于，所述可饱和吸收镜为半导体可饱和吸收镜、碳纳米管可饱和吸收镜、石墨烯可饱和吸收镜或氧化石墨烯可饱和吸收镜中的任一种。9.根据权利要求1所述的锁模光纤激光器，其特征在于，所述反射部件为光纤光栅，所述光纤光栅的中心波长与所述脉冲激光的波长一致。10.根据权利要求1所述的锁模光纤激光器，其特征在于，所述增益光纤为保偏光纤。
【文档编号】H01S3/067GK205488987SQ201620022312
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月11日
【发明人】赵磊, 李超, 黎玥, 梁小宝, 徐振源, 封建胜, 张昊宇, 周泰斗, 温静, 王建军, 景峰
【申请人】中国工程物理研究院激光聚变研究中心