一种2微米波段可调谐铥钬共掺锁模全光纤激光器的制作方法

本发明涉及光纤激光器技术领域，特别是一种2微米波段可调谐铥钬共掺锁模全光纤激光器。

背景技术：

光纤激光器是以掺杂稀土元素的光纤作为增益介质的激光器，通过掺杂铒、镱、铥、钬等不同的稀土元素，可以使光纤激光器的工作波段覆盖到中红外波段。与半导体激光器相比，光纤激光器具有体积小、阈值低、效率高、光束质量好、无需调整光路等优点。其中，2微米光纤激光器由于其输出波长接近羟基H-O的吸收峰，处于人眼安全范围内，所以在激光手术、激光雷达、超快光学等领域有着重要的前景。近年来，随着光纤激光器的相关研究不断深入，2微米光纤激光器在工业、医学、通信等领域的应用已经越来越广泛。然而，现在的2微米光纤激光器大多数只有一个中心波长，并且泵浦效率比较低，这样便会增加系统的运营成本和备份成本，而可调谐铥钬共掺锁模全光纤激光器可以实现用一个可调谐光纤激光器代替多个固定波长的光纤激光器，同时，使用铥钬共掺光纤作为增益介质还具有低阈值、泵浦效率高等特点，此种可调谐光纤激光器也可以作为可调谐高功率光纤激光器的种子源。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述提到的光纤激光器中存在的问题，提出了一种2微米波段可调谐铥钬共掺锁模全光纤激光器。本发明利用铥钬共掺光纤作为增益介质，可饱和吸收体或可饱和吸收镜作为被动锁模器件，再通过改变可调谐带通滤波器的透过波长，实现了2微米波段、波长可调谐、短脉冲的输出。本发明的优点在于整个结构实现了全光纤焊接，具有结构简单、环境稳定性好等优点，易于实现产业化应用。本发明的技术方案如下：

一种2微米波段可调谐铥钬共掺锁模全光纤激光器，其包括：用于产生激光的激光泵浦源、用于将泵浦激光耦合到环形腔当中的波分复用器、用于产生2微米激光的铥钬共掺光纤、用于调整偏振的偏振控制器、用于锁模的被动锁模器件、用于选择输出激光波长的滤波器及用于对功率进行分配的耦合器；其中

所述激光泵浦源连接波分复用器的泵浦输入端，波分复用器的合束端口连接铥钬共掺光纤的一端，铥钬共掺光纤的另一端连接偏振控制器的输入端，偏振控制器的输出端连接被动锁模器件的输入端，被动锁模器件的输出端连接滤波器的输入端，滤波器的输出端与耦合器的输入端相连，耦合器的输出端有两路，一路作为锁模超短脉冲激光脉冲的输出端，另一路与波分复用器的信号端相连，其中各部件之间均通过无源光纤进行连接。

进一步的，所述被动锁模器件包括：用于锁模的可饱和吸收体或可饱和吸收镜，当被动锁模器件为可饱和吸收体时，所述可饱和吸收体与滤波器之间还设置有隔离器；当被动锁模器件为可饱和吸收镜时，在所述偏振控制器与滤波器之间还设置有环形器，偏振控制器的输出端连接环形器的输入端，环形器的输出端连接滤波器的输入端，可饱和吸收镜位于环形器公共端的位置。

进一步的，所述的连接各个部件的无源光纤采用的均为同种的专门用于传播2微米光的无源光纤，并且各部件之间均采用纤芯对齐的方式直接熔接在一起。

进一步的，所述铥钬共掺光纤为单模单包层铥钬共掺光纤作为增益介质，单模单包层铥钬共掺光纤的纤芯直径为9μm，包层直径为125μm，数值孔径为0.16。

进一步的，所述滤波器的调节精度为0.01nm，调谐范围为1750nm-2100nm之间，光纤耦合器采用1*2结构、分光比为30:70。

进一步的，所述的激光泵浦源为半导体激光器、光纤激光器或拉曼光纤激光器，其中，半导体激光器输出激光的中心波长位于700-900nm之间，光纤激光器和拉曼光纤激光器输出激光的中心波长位于1050-1300nm之间或者1500-1700nm之间。

进一步的，所述的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、氧化石墨烯可饱和吸收镜以及拓扑绝缘体可饱和吸收镜中的一种。

进一步的，所述的可饱和吸收体为半导体可饱和吸收体、碳纳米管可饱和吸收体、石墨烯可饱和吸收体、氧化石墨烯可饱和吸收体以及拓扑绝缘体可饱和吸收体中的一种。

本发明的优点及有益效果如下：

1、本发明的优点在于通过调节滤波器进行输出激光波长的选择，实现了2微米波段短脉冲波长的可调谐，解决了传统2微米光纤激光器大多数只有一个中心波长的缺点，减少系统的运营成本和备份成本。

2、对于单掺Ho³⁺系统，由于无辐射跃迁占据主导地位，激光产生效率比较低，本发明采用铥钬共掺光纤作为增益介质，将高浓度的Tm³⁺与Ho³⁺共掺，这样可以获得200％的理论泵浦量子效率，从而使转换效率得到很大提高。

3、本发明中连接各部件的无源光纤采用的均为同种的专门用于传播2微米光的无源光纤，使得光在传播中的损耗大大降低。

4、本发明整个结构采用的是纤芯对齐的方式直接熔接在一起，具有损耗低、结构简单、环境稳定性好等优点，易于实现产业化应用。

附图说明

图1是本发明提供优选实施例原理结构示意图。

图2为实施例2的原理结构示意图。

图3为铥钬共掺光纤的吸收光谱示意图。

图4为铥钬共掺光纤的发射光谱示意图。

图中标记：1、激光泵浦源，2、波分复用器，3、铥钬共掺光纤，4、偏振控制器，5、环形器，6、可饱和吸收镜，7、滤波器，8、耦合器，9、无源光纤，10、隔离器，11、可饱和吸收体。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明作进一步说明：

如图1所示，实施例1

一种2微米波段可调谐铥钬共掺锁模全光纤激光器采用如图1所示的环形腔结构，主要包括：中心波长1570nm、输出功率1W的单模铒镱共掺光纤激光器作为激光泵浦源1；作为泵浦光合束器的1570/2000nm波分复用器2；3m长的单模单包层铥钬共掺光纤3作为增益介质，单模单包层铥钬共掺光纤3的纤芯直径为9μm，包层直径为125μm，数值孔径为0.16，其中，图3为铥钬共掺光纤的吸收光谱示意图，图4为铥钬共掺光纤的发射光谱示意图；三环偏振控制器4；三端口光纤环形器5；调制深度为20％的半导体可饱和吸收镜6；可调谐的带通滤波器7，其调节精度为0.01nm，调谐范围为1750nm-2100nm之间；1*2结构、分光比为30:70的光纤耦合器8；SM-1950无源光纤9。其中：中心波长为1570nm，输出功率为1W的单模铒镱共掺光纤激光器1连接1570\2000nm波分复用器2的泵浦输入端；1570\2000nm波分复用器2的合束端口连接3m长的单模单包层铥钬共掺光纤3的一端；单模单包层铥钬共掺光纤3的另一端连接三环偏振控制器4的输入端，三环偏振控制器4的输出端连接三端口环形器5的输入端；由于光只能单向顺序通过环形器5的三个端口，因而光由光纤环形器5的输入端进入，光经过光纤环形器5的公共端后经过半导体可饱和吸收镜6，经过半导体可饱和吸收镜6反射回来的光从光纤环形器5的公共端出来，再按单向顺序的方向从光纤环形器5的输出端输出；光纤环形器5输出的光进入可调谐带通滤波器7，进行波长选择；经过波长选择的光进入分光比为30:70的光纤耦合镜8的输入端，光纤耦合器8将光分为两束，70％的光由光纤耦合器8的输出端输出，另外30％的光到1570\2000nm波分复用器2的信号端，各个部件之间均通过SM-1950无源光纤9连接。3m长的单模单包层铥钬共掺光纤3作为增益介质，半导体可饱和吸收镜6作为被动锁模器件，再通过改变可调谐带通滤波器7的透过波长，实现了2微米波段、波长可调谐、短脉冲的输出。

实施例2

一种2微米波段可调谐铥钬共掺锁模全光纤激光器采用如图2所示的环形腔结构，主要包括：中心波长1212nm、输出功率500mW的拉曼光纤激光器作为激光泵浦源1；作为泵浦光合束器的1212/2000nm波分复用器2；50cm长的单模单包层铥钬共掺光纤3作为增益介质，单模单包层铥钬共掺光纤3的纤芯直径为9μm，包层直径为125μm，数值孔径为0.16，其中，图3为铥钬共掺光纤的吸收光谱示意图，图4为铥钬共掺光纤的发射光谱示意图；三环偏振控制器4；光纤隔离器10；透射式结构的拓扑绝缘体可饱和吸收体11；可调谐带通滤波器7，其调节精度为0.01nm，调谐范围为1750nm-2100nm之间；1*2结构、分光比为50:50的光纤耦合器8；SM-2000无源光纤。其中：中心波长为1212nm，输出功率为500mW的拉曼光纤激光器l连接1212\2000nm波分复用器2的泵浦输入端；1212\2000nm波分复用器2的合束端口连接50cm长的单模单包层铥钬共掺光纤3的一端；单模单包层铥钬共掺光纤3的另一端连接三环偏振控制器4的输入端，三环偏振控制器4的输出端连接隔离器10的输入端，拓扑绝缘体可饱和吸收体11位于隔离器10与可调谐带通滤波器7之间，可调谐带通滤波器7用于波长的选择；经过波长选择的光进入分光比为50:50的光纤耦合器10的输入端，光纤耦合器10将光分为两束，50％的光通过光纤耦合器10的输出端输出，另外50％的光进入1212\2000nm波分复用器2的信号端，各个部件之间均通过SM-2000无源光纤9连接。50cm长的单模单包层铥钬共掺光纤3作为增益介质，拓扑绝缘体可饱和吸收体10作为被动锁模器件，再通过改变可调谐带通滤波器7的透过波长，实现了2微米波段、波长可调谐、短脉冲的输出。

以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。