一种基于偏振分束器的掺铥光纤激光器的制作方法

本发明涉及一种激光器，具体是一种基于偏振分束器的掺铥光纤激光器。

背景技术：

1、掺铥光纤激光器的工作波长涵盖了1.8-2.1 um的大气中水分子高吸收带、大气高透过窗口和人眼安全波段，被广泛应用于生物医学、激光雷达探测、激光工业加工等领域，还是获得中红外激光的理想泵浦源。在生物医学领域，掺铥激光器可以起到手术刀的作用。激光手术刀在切开组织的同时能对组织切面产生汽化和凝固作用，因而具有良好的止血效果，有利于缩短术后康复时间[1-3]。在激光探测领域，掺铥光纤激光器因处于大气的低损耗窗口，可作为激光雷达光源用于激光测距及风速测量等，还可作为检测光源对大气中的气体成分进行监控，对风、烟、尘、气溶胶、湍流进行探测，对温室气体如二氧化碳的含量进行监测[4]。在材料加工方面，2微米激光适用于ito背面消融、硅的透射焊接、高分子材料的直接切割、焊接，无需添加辅助吸收材料。掺铥激光还是3~5 um中红外激光的理想光参量振荡光源[5]。

2、被动锁模光纤激光器因其特有的优点，如结构简单紧凑、量子效率高、大脉冲能量和高平均功率等，在非线性光学、超快光学和生物医学光子学等方面，有着巨大的应用前景。目前实现被动锁模的方法主要有半导体可饱和吸收镜、单壁碳纳米管[6]、石墨烯[7]、非线性偏振旋转技术等。非线性偏振旋转技术是在偏振控制器的作用下，改变腔内双折射，调节腔内脉冲的偏振状态，得到稳定的光孤子脉冲输出。

3、利用非线性偏振旋转技术的掺铥光纤激光器的研究已有报道，但是基于偏振分束器的掺铥光纤激光器还未见诸文献。

4、参考文献

5、[1] enikeevd, grigoryanvfokin i.et al. endoscopic lithotripsy with asuperpulsed thulium-fiber laser for ureteral stones: a single-centerexperience [j].int.j.urol.,2021,28(3):261-265.

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7、[3] wendt-nordahl g, huckele s, honeck p, et al. systematicevaluation of a recently introduced 2-um continuous-wave thulium laser forvaporesection of the prostate [j]. j. endourol.2008,22(5):1041-1046.

8、[4] michael j. kavaya, mulugeta petros, farzin amzajerdian, et al.high-energy 2 um doppler lidar forwind measurements[j]. optical engineering,2007,46(11):116201-1-14-0.

9、[5] 刘茵紫, 邢颍滨,徐中巍, 李进延.高功率掺铥石英光纤激光器研究进展[j]. 激光与光电子学进展,2018,55(05):27-41.

10、[6] 陈海燕.基于碳纳米管饱和吸收体的光纤激光器[j].光通信技术,2008,32(12):5-7.

11、[7] 田振,刘山亮,张丙元,郑宏军,孙彦星,闫循领.石墨烯锁模掺铒光纤脉冲激光器的实验研究[j].中国激光,2011,38(03):22-24.

技术实现思路

1、本发明根据上述现有技术的不足之处，提出一种基于偏振分束器的掺铥光纤激光器，在1800 nm-2000 nm波段全光纤激光器中，实现光孤子脉冲的输出。

2、本发明解决技术问题的技术方案如下：基于偏振分束器的掺铥光纤激光器，其特征在于：其包括泵浦源和光纤环形谐振腔；所述的光纤环形谐振腔由波分复用器、掺铥光纤、偏振无关隔离器、偏振控制器和偏振分束器通过单模光纤依次连接而成；泵浦源通过波分复用器2-1端的泵浦光输入端口把泵浦光注入光纤环形谐振腔，偏振分束器的输出端6-3输出腔内震荡产生的光孤子脉冲。

3、激光泵浦源（1）与波分复用器（2）的2-1端连接，波分复用器（2）的2-2端和2-3端分别与掺铥光纤（3）的3-1端和偏振分束器（6）的6-2端连接，掺铥光纤（3）的3-2端与隔离器（4）的4-1端连接，隔离器（4）的另一端4-2与偏振控制器（5）的5-1端连接，偏振控制器（5）的5-2端与偏振分束器的6-1端连接，形成全光纤激光环形腔。

4、所述泵浦源采用中心波长为1570 nm的ld放大器。

5、所述波分复用器为1570/2000 nm波分复用器。

6、所述掺铥光纤采用2 m-5 m长的掺铥光纤作为激光增益介质。

7、所述隔离器为偏振无关隔离器。

8、所述偏振控制器为挤压式偏振控制器。

9、所述偏振分束器中心波长为2000 nm。

10、所述单模光纤采用10 m-80 m长的单模光纤。

11、 本发明的有益效果：本发明通过优化谐振腔的设计，在1900 nm波段实现了基于偏振分束器的锁模光孤子脉冲输出。本发明的掺铥光纤激光器方案为全光纤结构，其结构紧凑、光光转换效率高、运行稳定，便于制造使用，功能性好。

技术特征：

1.一种基于偏振分束器的掺铥光纤激光器，其特征在于：其包括泵浦源（1）和光纤环形谐振腔；所述的光纤环形谐振腔由波分复用器（2）、掺铥光纤（3）、偏振无关隔离器（4）、偏振控制器（5）和偏振分束器（6）通过单模光纤依次连接而成；泵浦源（1）通过波分复用器（2）的泵浦光输入端口把泵浦光注入光纤环形谐振腔，偏振分束器（6）的输出端输出腔内震荡产生的光孤子脉冲。激光泵浦源（1）与波分复用器（2）的2-1端连接，波分复用器（2）的2-2端和2-3端分别与掺铥光纤（3）的3-1端和偏振分束器（6）的6-2端连接，掺铥光纤（3）的3-2端与隔离器（4）的4-1端连接，隔离器（4）的另一端4-2与偏振控制器（5）的5-1端连接，偏振控制器（5）的5-2端与偏振分束器的6-1端连接，形成全光纤激光环形腔。

2.如权利要求1所述的基于偏振分束器的掺铥光纤激光器，其特征在于：所述泵浦源（1）采用自制的中心波长为1570 nm的 ld放大器。

3.如权利要求1所述的基于偏振分束器的掺铥光纤激光器，其特征在于：所述波分复用器（2）为1570/2000 nm波分复用器。

4.如权利要求1所述的基于偏振分束器的掺铥光纤激光器，其特征在于：所述的掺铥光纤（3）采用 2 m-5 m 长的掺铥光纤作为激光增益介质。

5.如权利要求1所述的基于偏振分束器的掺铥光纤激光器，其特征在于：所述隔离器（4）为偏振无关隔离器。

6.如权利要求1所述的基于偏振分束器的掺铥光纤激光器，其特征在于：所述的偏振控制器（5）为挤压式偏振控制器。

7.如权利要求1所述的基于偏振分束器的掺铥光纤激光器，其特征在于：所述的偏振分束器（6）中心波长为 2000 nm。

8.如权利要求1所述的基于偏振分束器的掺铥光纤激光器，其特征在于：所述单模光纤采用10 m-80 m 长单模光纤。

技术总结
本发明提供了一种基于偏振分束器的掺铥光纤激光器。通过单模光纤将波分复用器、掺铥光纤、偏振无关隔离器、偏振控制器和偏振分束器依次连接成光纤环形腔，所述波分复用器还连接有自制的泵浦光源，偏振分束器的输出端用来输出腔内产生的激光脉冲，偏振控制器来调节激光腔内的偏振状态。通过调节偏振控制器，实现光孤子脉冲输出，输出脉冲的中心波长范围为1800 nm‑2000 nm，脉冲间隔为59 ns‑417 ns，脉冲重复频率为2.4 MHz‑17 MHz。成功实现基于偏振分束器的掺铥光纤激光器脉冲输出。

技术研发人员：李晓辉,郭潇潇,黄玺玮
受保护的技术使用者：陕西润诚莱光电科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22