一种基于非线性光学环形镜的全保偏光纤脉冲激光器的制作方法

本实用新型属于激光技术与非线性光学领域，尤其涉及一种基于非线性光学环形镜的全保偏光纤脉冲激光器。

背景技术：

光纤激光器由于具有体积小、成本低、光束质量好、效率高等优点，近年来得到了迅猛发展并且受到了人们的广泛关注。具有高输出功率、高光束质量、高稳定性的脉冲激光器是激光领域人们关注的热点之一，在激光加工、通信传感、探测诊断、生物医学、大气监测、雷达等众多领域有着广阔的前景。

在脉冲激光器的研究中，锁模激光器能产生超短脉冲，调Q激光器也能实现纳秒或亚毫秒脉宽的激光(巨脉冲)输出。通常来说，传统获得纳秒级脉冲激光输出的手段主要包括声光调Q、电光调Q、被动调Q和增益开关半导体激光器等。但前两者需引入相应的声光或者电光调制器，破坏了全光纤结构且引起额外插入损耗。被动调Q则一般受环境干扰较大，不利于长期稳定工作。而增益开关半导体激光器作为种子源功率一般太小，需要多级放大才能实现高峰值功率激光输出，这样就会导致系统复杂，成本过高。

近年来，锁模激光器因其结构简单紧凑而得到了越来越多的关注和研究，常用的方法有利用半导体可饱和吸收镜(SESAM)作为可饱和吸收体的被动锁模技术、采用非线性环形镜(NOLM)锁模技术以及采用基于非线性偏振旋转(NPR)效应的锁模技术。然而，上述研究中采用半导体可饱和吸收镜作为锁模器件导致成本较高，而且会存在一个损伤阈值；而基于NPR或者NOLM锁模的激光器都采用了随机偏振的光纤系统，其稳定性容易受到振动、温度变化等因素的影响.。

技术实现要素：

为了解决传统方法中主动调Q(如声光调Q、电光调Q技术)涉及的系统成本和复杂性问题、半导体可饱和吸收镜(SESAM)存在的制作工艺难、生产成本高等问题，本实用新型提出一种基于非线性光学环形镜的全保偏光纤脉冲激光器，实现了激光器的全光纤化，无需额外调制器件，特别是无需偏振控制器的机械调节即可实现自启动，且因为采用了全保偏光纤结构而具有非常优异的稳定性，能长时间在较强振动环境等恶劣条件下保持不失锁。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于非线性光学环形镜的全保偏光纤脉冲激光器，包括：主振荡环路和非线性光学环形镜环路；其中，

非线性光学环形镜环路由保偏无源光纤和2x2保偏耦合器的第二输出端口c和第三输出端口d连接成腔，用于锁模的启动；

主振荡环路由2x2保偏耦合器的一端依次连接保偏隔离器、保偏增益光纤、保偏合束器或保偏波分复用器、1x2保偏耦合器串接成腔；泵浦源连接保偏合束器或保偏波分复用器的泵浦输入端；保偏合束器或保偏波分复用器的公共端连接保偏增益光纤的一端；保偏增益光纤的另一端连接保偏隔离器；保偏隔离器的另一端连接2x2保偏耦合器的第一输入端口a；2x2保偏耦合器的第一输出端口b连接1x2保偏耦合器的输入端口e；1x2保偏耦合器的第一输出端口f与保偏合束器或保偏波分复用器的信号端连接并接在激光器腔内，1x2保偏耦合器的第二输出端口g作为整个激光器的输出。

泵浦源提供的泵浦光经过保偏合束器或保偏波分复用器被耦合传输至保偏增益光纤，经过增益放大后产生的激光经过保偏隔离器单向传输至2x2保偏耦合器，进入非线性光学环形镜环路分别沿顺时针和逆时针的方向(即从第一输入端口a进入，依次经过第二输出端口c、保偏无源光纤、第三输出端口d，最后从第一输出端口b输出，实现沿顺时针方向，从第一输入端口a进入，依次经过第二输出端口d、保偏无源光纤、第三输出端口c，最后从第一输出端口b输出，实现沿逆时针方向)，两束相向的光经过保偏无源光纤后再传输至2x2保偏耦合器，然后返回主振荡环路，经过1x2保偏耦合器，一部分脉冲信号由1x2耦合器的g端输出腔外，一部分脉冲信号由耦合器的f端输出在主振荡环路中继续振荡。

作为优选，所述的保偏无源光纤可以在腔内的任意位置。

作为优选，所述的泵浦源是半导体激光器、固体激光器、气体激光器、光纤激光器或拉曼激光器，输出的泵浦光中心波长λ的范围为：700nm≦λ≦2000nm。

作为优选，所述的保偏增益光纤是掺有稀土离子的光纤或者光子晶体光纤，其中掺杂的稀土元素师镱(Yb)、铒(Er)、钬(Ho)、铥(Tm)、钐(Sm)、铋(Bi)中的一种或几种。

作为优选，所述的泵浦方式是纤芯单端泵浦、纤芯双端泵浦、包层单端泵浦、包层双端泵浦。

作为优选，所述的保偏合束器是(2+1)x1或(6+1)x1合束器。

作为优选，所述的2x2保偏耦合器和1x2保偏耦合器的分束比在0到1之间。

本实用新型提出的一种基于非线性光学环形镜的全保偏光纤脉冲激光器，利用全保偏光纤和保偏器件实现了激光器的全光纤化，无需额外调制器件，特别是无需偏振控制器的机械调节即可实现自启动，且因为采用了全保偏光纤结构而具有非常优异的稳定性，能长时间在较强振动环境等恶劣条件下保持不失锁。本实用新型设计简单、结构紧凑、成本低，同时可以输出稳定性高、脉冲能量大的脉冲激光，易于实现产业化。

附图说明

图1为实施例1基于非线性光学环形镜的全保偏光纤脉冲激光器的结构示意图。

图2为实施例2基于非线性光学环形镜的全保偏光纤脉冲激光器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合几个附图和实施例，对本实用新型做进一步说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，但不限定本实用新型。

实施例1

如图1所示，本实用新型实施例提供一种基于非线性光学环形镜的全保偏光纤脉冲激光器，包括：图中1为泵浦源，可选用中心波长为976nm的半导体激光二极管；2为保偏合束器，可选用(2+1)x1泵浦信号合束器，如8/125型或6/125型；3为保偏增益光纤，可选用CorActive公司生产的高性能保偏铒镱共掺光纤，如10/128型；4为保偏隔离器；5为2x2保偏耦合器，可选用分束比为10/90、20/80、30/70或40/60型；6为1x2保偏耦合器，可选用分束比10/90、20/80、30/70、40/60或50/50型；7为保偏无源光纤，可选用美国Nufern公司生产的无源光纤PM 1550。

一种基于非线性光学环形镜的全保偏光纤脉冲激光器，包括：主振荡环路和非线性光学环形镜环路，通过光纤分别构成两个闭合环路并分别与2x2保偏耦合器5的四个端口连接并呈“8”字腔形。非线性光学环形镜环路由保偏无源光纤和2x2保偏耦合器的第二输出端口c和第三输出端口d连接成腔，用于锁模的启动。主振荡环路由2x2保偏耦合器5的一端依次连接保偏隔离器4、保偏增益光纤3、保偏合束器2、1x2保偏耦合器6串接成腔，非线性光学环形镜由保偏无源光纤7和2x2保偏耦合器5的另一端连接成腔，泵浦源1连接保偏合束器2的泵浦输入端；保偏合束器2的公共端连接保偏增益光纤3；保偏增益光纤3的另一端连接保偏隔离器4；保偏隔离器4的另一端连接2x2保偏耦合器5的a端口；2x2保偏耦合器5的b端口连接1x2保偏耦合器6输入端的e端口；1x2保偏耦合器6的输出端的两个端口为f端口和g端口，其中f端口与保偏合束器2的信号端连接并接在激光器腔内，g端口作为整个激光器的输出。

实施例2

如图2所示，本实用新型实施例提供一种基于非线性光学环形镜的全保偏光纤脉冲激光器，包括：图中1为泵浦源，可选用中心波长为976nm的半导体激光二极管；2为保偏合束器，可选用(2+1)x1泵浦信号合束器，如8/125型或6/125型；3为保偏增益光纤，可选用CorActive公司生产的高性能保偏铒镱共掺光纤，如10/128型；4为保偏隔离器；5为2x2保偏耦合器，可选用分束比为10/90、20/80、30/70或40/60型；6为1x2保偏耦合器，可选用分束比10/90、20/80、30/70、40/60或50/50型；7为保偏无源光纤，可选用美国Nufern公司生产的无源光纤PM 1550。

一种基于非线性光学环形镜的全保偏光纤脉冲激光器，包括：主振荡环路和非线性光学环形镜环路，通过光纤分别构成两个闭合环路并分别与2x2保偏耦合器5的四个端口连接并呈“8”字腔形。非线性光学环形镜环路由保偏无源光纤和2x2保偏耦合器的第二输出端口c和第三输出端口d连接成腔，用于锁模的启动。主振荡环路2x2保偏耦合器5的一端(a端口和b端口)依次连接保偏隔离器4、保偏无源光纤7、保偏增益光纤3、保偏合束器2、1x2保偏耦合器6串接成腔，非线性光学环形镜由保偏无源光纤7和2x2保偏耦合器5的另一端(c端口和d端口)连接成腔，泵浦源1连接保偏合束器2的泵浦输入端；保偏合束器2的公共端连接保偏增益光纤3；保偏增益光纤3的另一端连接保偏无源光纤7；保偏无源光纤7连接保偏隔离器4；保偏隔离器4的另一端连接2x2保偏耦合器5的a端口；2x2保偏耦合器5的b端口连接1x2保偏耦合器6输入端的e端口；1x2保偏耦合器6的输出端的两个端口为f端口和g端口，其中f端口与保偏合束器2的信号端连接并接在激光器腔内，g端口作为整个激光器的输出。

在环形谐振腔中，锁模脉冲激光的重复频率f由公式：f＝C/nL计算出，其中，C为光速，n为折射率，L是谐振腔的总腔长，所述总腔长包含增益光纤和单模传输光纤长度，通过改变单模传输光纤长度，进而改变整个谐振腔腔长来通过改变腔长可以改变重复频率。通过延长单模传输光纤的长度增大整体腔长，有效降低谐振腔内锁模脉冲的重复频率，并实现纳秒脉冲输出。

本实用新型利用全保偏光纤和保偏器件实现了激光器的全光纤化，无需额外调制器件，特别是无需偏振控制器的机械调节即可实现自启动，且因为采用了全保偏光纤结构而具有非常优异的稳定性，能长时间在较强振动环境等恶劣条件下保持不失锁。本实用新型设计简单、结构紧凑、成本低，同时可以输出稳定性高、脉冲能量大的脉冲激光，易于实现产业化。