一种高阶群速度锁定矢量孤子激光器及产生方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种激光器，具体是一种高阶群速度锁定矢量孤子激光器及产生方法。
【背景技术】
[0002]矢量孤子是指具有多个孤子分量且各孤子分量親合在一起以相同的群速度在介质中传播的孤子。单模光纤通常都具有弱的双折射，导致光纤中存在两个正交的偏振方向，使矢量孤子在单模光纤中产生成为可能。Curtis R Menyuks首先预言了光纤中存在矢量?瓜子([1] C.R.Menyuk, "Stability of solitons in birefringent optical fibers.1: Equal propagat1n amplitudes, 〃 Opt.Lett.12, 614-616 (1987))。随后的研究表明，根据光纤双折射大小的不同，光纤中能产生各种类型的矢量孤子，例如相位锁定矢量孤子，偏振锁定矢量孤子，群速度锁定矢量孤子。
[0003]除了在光纤中，实验上在锁模光纤激光器中也获得了矢量孤子。光纤激光器中矢量孤子的产生不仅取决于群速度色散和非线性科尔效应之间的相互作用，还受到腔的增益与损耗以及腔的边界条件的影响。对于相位锁定矢量孤子，它们的脉冲时域形状和偏振态在传播过程中保持不变。基阶和高阶形式的相位锁定矢量孤子都已经在实验中得到([2]D.Y.Tang, Observat1n of high—order polarizat1n-locked vector solitons in afiber laser [J], Phys.Rev.Lett., 2008, 101 (15): 153904.)。对于群速度锁定的矢量孤子，虽然光纤双折射可以导致两个正交的偏振分量的群速度不一样，但是两个偏振分量通过自相位调制和交叉相位调制从而使中心波长发生偏移，因此在弱双折射光纤中两个偏振方向上产生的孤子可以相互捕获，并作为一个整体在光纤中传输。
[0004]基阶群速度锁定矢量孤子的研究已有所报道([3] Luming Zha0.Solitontrapping in fiber lasers [J].0ptics Express, 2008, 16(13):9528_9533)，但高阶群速度锁定矢量孤子的形成还未见诸文献。
【发明内容】
[0005]为了解决目前尚未有产生高阶群速度锁定矢量孤子的问题，本发明提供一种高阶群速度锁定矢量孤子激光器及高阶群速度锁定矢量孤子产生方法，实现高阶群速度锁定矢量孤子光脉冲输出。
[0006]本发明是以如下技术方案实现的:一种高阶群速度锁定矢量孤子激光器，包括栗浦源以及由波分复用器、掺铒光纤、保偏光纤、光纤耦合器、光环行器和偏振控制器I通过单模被动光纤依次连接成光纤环形腔；光环行器的一端连接半导体可饱和吸收镜，将半导体可饱和吸收镜耦合进光纤环形腔内形成光纤兼容型器件；光纤耦合器的输出端通过单模被动光纤依次连接偏振控制器I1、偏振分束器；栗浦源通过波分复用器的栗浦光输入端口把栗浦光注入光纤环形腔，所述光纤耦合器的输出端输出产生基阶群速度锁定矢量孤子，偏振控制器II联合偏振分束器将基阶群速度锁定矢量孤子转变为高阶群速度锁定矢量孤子激光脉冲。
[0007]—种高阶群速度锁定矢量孤子产生方法；具体步骤如下:通过腔外偏振控制器有效调节腔内输出的基阶群速度锁定矢量孤子两正交成分之间的相位，使相位差为2 JT的整数倍，随后经过偏振控制器II后基阶群速度锁定矢量孤子通过偏振分束器，基阶矢量孤子的两个正交成分分别在偏振分束器的横轴和纵轴上投影；当基阶群速度锁定矢量孤子两个偏振成分之间的时域间隔比较小时，横轴的投影结果为两个同相位的脉冲的叠加成一个单峰脉冲，纵轴投影结果为双峰脉冲，两个峰之间的相位差为η，称之为“1+2”型高阶群速度锁定矢量孤子；当基阶群速度锁定矢量孤子两个偏振成分之间的时域间隔比较大时，横轴的投影结果为双峰脉冲，两个峰同相位，纵轴投影结果为双峰脉冲，两个峰之间的相位差为
，称之为“2+2”型高阶群速度锁定矢量孤子。
[0008]本发明的有益效果是:在光纤激光器中，实现高阶群速度锁定矢量孤子光脉冲输出。
【附图说明】
[0009]图1为本发明结构组成示意图；
图2为高阶群速度锁定矢量孤子的光谱图；
图3为高阶群速度锁定矢量孤子的强度自相关曲线。
【具体实施方式】
[0010]如图1所示，一种高阶群速度锁定矢量孤子激光器，其特征在于:包括栗浦源I以及由波分复用器2、掺铒光纤3、保偏光纤4、光纤耦合器5、光环行器6和偏振控制器I 8通过单模被动光纤依次连接成光纤环形腔；光环行器6的一端连接半导体可饱和吸收镜7，将半导体可饱和吸收镜7耦合进光纤环形腔内形成光纤兼容型器件；光纤耦合器5的输出端通过单模被动光纤依次连接偏振控制器II 9、偏振分束器10 ;栗浦源I通过波分复用器2的栗浦光输入端口把栗浦光注入光纤环形腔，所述光纤耦合器5的输出端输出基阶群速度锁定矢量孤子，偏振控制器II 9联合偏振分束器10将基阶群速度锁定矢量孤子转变为高阶群速度锁定矢量孤子激光脉冲。
[0011]本实施例中，栗浦源I采用单模光纤耦合的半导体激光器，波长为1480 nm或980nm，最大输出功率1W。为防止残余栗浦光对半导体可保和吸收镜的损害，本实施例中采用反向栗浦结构，标记A为栗浦光输入，标记B为高阶群速度锁定矢量孤子的激光输出。
[0012]波分复用器2的工作波长是1480/1550 nm或980/1550 nm，其中标记2a、2b和2c分别为该波分复用器的栗浦端、公共端和信号端。栗浦源I通过波分复用器2的栗浦光输入端口把栗浦光注入光纤环形腔。
[0013]掺铒光纤3采用2 m长的掺铒光纤作为激光增益介质，可购自LIEKKI公司型号为Erl 10-4/125的掺铒光纤。
[0014]保偏光纤4采用0.25m长的保偏光纤，型号为PM1550-XP，可购自Nufern公司，增加光纤环形腔的双折射。
[0015]光纤親合器5米用80:20光纤親合器，其中标记5a、5b、5c分别为该光纤親合器的输入端、80%输出端、20%输出端。
[0016]半导体可饱和吸收镜7通过光环行器的6b —端耦合进腔内形成光纤兼容型器件，用于实现光纤谐振腔中的锁模机制。光环行器的6a端连接偏振控制器I 8，6c端连接光纤耦合器的输入端。半导体可饱和吸收镜7可选择参数为中心波长1550 nm，调制深度5.5%，弛豫时间2 ps的半导体可饱和吸收镜。
[0017]偏振控制器I 8采用三片线圈旋转式的偏振控制器，购自Thorlabs公司，型号为FPC560，也可以采用挤压式偏振控制器，通过调节偏振控制器I 8来改变光纤谐振腔的双折射。
[0018]偏振控制器II 9采用三片线圈旋转式的偏振控制器，购自Thorlabs公司，型号为FPC560。通过调节偏振控制器II 9来改变腔外基阶矢量孤子两正交成分之间的相位差，可以