一种基于SESAM的1.7微米皮秒级超快光纤激光器

本发明涉及光纤激光器领域，具体涉及一种1.7微米波段的光纤激光器。

背景技术：

1.7μm波段具有非常独特的光谱位置，同时处于聚合物分子中c-h键的最强吸收波段处和水分子吸收的低谷位置，这使得该波段超短脉冲激光光源在聚合物先进激光制造、光学相干层析成像(oct)、激光手术、聚合物切割和焊接、多光子显微等诸多领域中均有广阔的应用前景和极好的应用价值。

皮秒脉冲激光器因兼具有超短脉宽、超高峰值功率的特点，尤其适合上述的应用场景。因此，如何来发展1.7μm波段处高质量的皮秒激光光源也就成为了科研人员的研究热点。

目前国内外研究机构在1.7微米波段超短脉冲光纤激光器方面取得了一定的进展。已有报道，科研人员基于空间结构的声光调制器，实现了该波段处增益调制的纳秒级超短脉冲光纤激光输出，但由于该激光器结构采用了空间耦合结构，其激光输出稳定性难以保证，而且受限于器件的时域特性，其难以实现更短脉冲尺度的激光输出。另外还有相关报道，俄罗斯科研人员基于铋掺杂锗硅酸盐光纤，利用非线性偏转效率实现了该波段处的皮秒级锁模光纤激光输出，但该激光器结构中增益光纤材料的制备极其复杂和昂贵，而且由于非线性光纤长度太长，使得整个激光器结构不够紧凑和稳定。

因此，发展一种稳定、结构简单紧凑、便宜和高效的1.7μm波段皮秒脉冲光纤激光器具有十分重要的现实意义。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种稳定、结构简单紧凑、便宜和高效的1.7μm波段皮秒脉冲光纤激光器。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于sesam的1.7微米皮秒级超快光纤激光器，包括激光泵浦源、波分复用器、掺铥石英光纤、偏振无关隔离器、第一光纤带通滤波器、第二光纤带通滤波器、环形器、sesam、光纤耦合器、偏振控制器、单模光纤；

其中，激光泵浦源与波分复用器的分束端a熔接；波分复用器的合束端c与掺铥石英光纤的一端熔接，掺铥石英光纤的另一端与偏振无关隔离器的一端熔接；偏振无关隔离器的另一端与第一光纤带通滤波器的一端熔接；第一光纤带通滤波器的另一端与第二光纤带通滤波器的一端熔接；第二光纤带通滤波器的另一端与环形器的d端熔接；环形器的e端与sesam熔接、环形器的f端与光纤耦合器的合束端g熔接，光纤耦合器一个分束端j作为激光器的输出端，光纤耦合器的另一个分束端h与偏振控制器的一端熔接；偏振控制器的另一端与单模光纤的一端熔接；单模光纤的另一端与波分复用器的分束端b熔接。

本发明的工作原理：泵浦源通过波分复用器的泵浦端将泵浦光注入掺铥石英光纤中，形成一个前向泵浦光，并产生信号增益，依次经过偏振无关隔离器、第一光纤带通滤波器、第二光纤带通滤波器、环形器、sesam、光纤耦合器、普通单模光纤，最后再返回谐振中，循环往复多次，最终形成激光振荡；与此同时，激光腔中sesam材料会对激光信号进行损耗调制，进而通过自启动锁模机制来形成稳定的皮秒脉冲激光，并通过光纤耦合器的分束端输出。其中偏振无关隔离器的作用是保证激光在环形腔中单向运行，光纤带通滤波器的作用是选择激光波长和过滤掉ase以及未被增益光纤吸收完全的泵浦光；环形器的作用是保证激光信号能经过sesam后再被反射回激光腔中。

基于以上方案，本发明还进一步作了如下优化：

第一光纤带通滤波器、第二光纤带通滤波器的高通波段均为1700～1720nm，高阻波段(截止波段)均为1600～1700nm和1720～2000nm，隔离度≥25db，损伤阈值功率≥10w。

sesam工作波段为1650～1720nm，调制深度为1％～12％，非线性可饱和损耗为1％～5％，饱和通量为50～200μj/cm²。

环形器工作波段为1700～1720nm，三通结构(从e口进，从f口出，从f口进，从g口出)，隔离度大于40db。

激光泵浦源为掺铒光纤激光器，激光输出波长为1530～1560nm，输出功率≤10w。

单模光纤可采用普通单模光纤，例如康宁smf28e。

本发明提出的一种基于半导体可饱和吸收镜(sesam)的1.7微米皮秒级超快光纤激光器，具有以下有益效果：

1.本发明采用已经成熟商品化的sasam作为反射式锁模器件，并使用一个环形器，将反射式锁模器件sasam巧妙地接入激光器环形腔中，能很好地保证锁模过程的自启动、易操作性和皮秒脉冲激光的稳定性；

2.本发明中激光光路为全光纤结构，结构简单、紧凑，工作稳定，使用便捷，开发成本极低，未来在聚合物先进激光制造以及激光手术等领域有着极好的应用前景。

3.本发明中还巧妙地使用了两个光纤带通滤波器，在作为激光波长选择器件的基础上，它能进一步地有效抑制掺铥石英光纤中极易出现的长波段(＞1750nm)处放大的自发辐射(ase)导致的信号光增益饱和效应，此外还能显著提高1.7微米皮秒脉冲激光的信噪比(经测试，若仅采用单个光纤带通滤波器则难以抑制ase效应，无法实现1.7微米光纤激光输出)。

附图说明

图1为本发明一个实施例的1.7μm皮秒脉冲光纤激光器的结构示意图。

图2为本发明一个实施例的锁模激光光谱图。

图3为本发明一个实施例的脉冲信号图。

图4为本发明一个实施例的皮秒脉冲激光的自相关曲线图。

具体实施方式

以下结合附图，通过实施例进一步介绍本发明可选的具体方案及效果。

一种1.7μm波段皮秒脉冲光纤激光器，其具体光路结构主要由激光泵浦源1、波分复用器2、掺铥石英光纤3、偏振无关隔离器4、光纤带通滤波器5、光纤带通滤波器6、环形器7、sesam8、光纤耦合器9、偏振控制器(pc)10、普通单模光纤11组成；其中，所述激光泵浦源1与波分复用器2分束端a熔接；波分复用器2合束端c与掺铥石英光纤3一端熔接、掺铥石英光纤3另一端与偏振无关隔离器4一端熔接；偏振无关隔离器4另一端与光纤带通滤波器5一端熔接；光纤带通滤波器5另一端与光纤带通滤波器6一端熔接；光纤带通滤波器6另一端与环形器7的d端熔接；环形器7的e端与sesam8熔接、环形器f端与光纤耦合器9合束端g熔接；光纤耦合器9分束端h与偏振控制器10一端熔接；偏振控制器10另一端与普通单模光纤11一端熔接；普通单模光纤11另一端与波分复用器分束端b熔接。光纤耦合器9分束端j作为激光器的输出端。

激光泵浦源1可以采用ipg公司的掺铒石英光纤激光器，输出波长为1530～1560nm，输出功率为0～20w；波分复用器2工作波长为1550/1710±10nm插入损耗小于0.1db；掺铥石英光纤3可以采用coractive公司生产的光纤，其纤芯和内包层直径分别均为9μm和125μm，数值孔径为0.18，长度为300mm；偏振无关隔离器4工作波长范围为1550～1750nm，隔离度大于50db；光纤带通滤波器5和6的带通波段为1700～1720nm，插入损耗小于0.1db，高阻波段为1650～1700nm和1720～2000nm，隔离度大于25db；环形器7的工作波段范围为1700～1750nm，隔离度大于40db；半导体可饱和吸收镜sesam8的工作波长为1640～1720nm，调制深度为5％，非线性可饱和损耗为1％，饱和通量为100μj/cm²；光纤耦合器9工作波长范围为1700～1720nm，分束比为20/80，插入损耗小于0.1db；普通单模光纤11可以选择康宁公司smf28e光纤。

以上各个光纤器件的参数均可以做小范围内的调整，但各个器件间参数是匹配的。例如，选取的sesam的工作参数在调制深度1％～12％，非线性可饱和损耗1％～5％，饱和通量50～200μj/cm²范围时，也基本上都能取得满意效果。

掺铒光纤激光器作为泵浦源，掺铥石英光纤作为增益光纤介质，半导体可饱和吸收镜sesam作为锁模材料，光纤带通滤波器作为激光波长选择器件，激光泵浦源通过波分复用器的泵浦端将泵浦光注入掺铥石英光纤中，形成一个前向泵浦光，并产生信号增益，依次经过偏振无关隔离器、光纤带通滤波器1、光纤带通滤波器2、环形器、sesam、光纤耦合器、普通单模光纤，最后再返回谐振中，循环往复多次，最终形成激光振荡；与此同时，激光腔中sesam材料会对激光信号进行损耗调制，进而通过自启动锁模机制来形成稳定的皮秒脉冲激光，并通过光纤耦合器20％的分束端输出。

图2、图3、图4分别为泵浦光功率为2w、增益光纤(掺铥石英光纤)长度为300mm条件下得到的激光光谱、脉冲信号、自相关曲线图。从图中可以看出，激光半高宽为0.9nm，激光脉冲间隔为30ns，激光脉冲宽度为14ps。因此，该全光纤激光器可以实现稳定、高效的1.7μm皮秒超短脉冲激光输出，而且激光器运行成本低、结构简单紧凑，使用便捷，实用性强。可以通过调节增益光纤长度和泵浦光功率来实现对激光波长(调谐范围1700～1720nm)和重复频率(25～200mhz)的综合定量调控。