一种锁模光纤器件及锁模光纤激光器的制造方法
【专利摘要】本发明实施例提供了一种锁模光纤器件，应用于锁模光纤激光器，属于光纤激光器领域。所述锁模光纤器件包括壳体、可饱和吸收体、滤波器及起偏器，所述可饱和吸收体、所述滤波器及所述起偏器集成在所述壳体内，所述壳体设有通光口。本发明实施例提供的锁模光纤器件不仅有利于减小锁模光纤激光器的谐振腔的长度，从而提高锁模光纤激光器产生的锁模脉冲激光的重复频率，还有利于锁模光纤激光器的结构简化。另外，本发明实施例还提供了一种基于上述锁模光纤器件的锁模光纤激光器。
【专利说明】
一种锁模光纤器件及锁模光纤激光器
技术领域
[0001 ]本发明涉及光纤激光器领域，具体而言，涉及一种锁模光纤器件及一种锁模光纤激光器。
【背景技术】
[0002]锁模光纤激光器是产生超短脉冲的重要手段，传统的锁模光纤激光器结构一般为环形腔或线性腔，谐振腔由多个器件组成。例如，环形腔锁模光纤激光器一般包括波分复用器，增益光纤，親合输出器，环形器，滤波器及锁模器件;线性腔结构的锁模光纤激光器一般包括锁模器件，增益光纤，谐振部件及波分复用器。因此，由于传统的锁模激光谐振腔包含多个离散的光纤器件，使得光纤激光器难以集成，此外，各光纤器件的尾纤将增加锁模激光谐振腔的长度，限制了锁模光纤激光器产生的锁模脉冲激光的重复频率。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种锁模光纤器件，以改善上述问题。
[0004]本发明的另一目的在于提供一种基于上述锁模光纤器件的锁模光纤激光器。
[0005]为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下:
[0006]第一方面，本发明实施例提供了一种锁模光纤器件，应用于锁模光纤激光器，所述锁模光纤激光器包括壳体、可饱和吸收体、滤波器及起偏器，所述可饱和吸收体、滤波器及起偏器集成在所述壳体内，所述壳体设有通光口。所述可饱和吸收体用于对进入所述可饱和吸收体的光束进行非线性饱和吸收以形成锁模脉冲激光。所述滤波器用于根据预设波长范围对进入所述滤波器的光束进行处理。所述起偏器用于调节所述锁模脉冲激光的偏振方向以形成预设偏振方向的锁模脉冲激光。
[0007]结合第一方面，本发明实施例还提供了第一方面的第一种可能实施方式，其中，所述锁模光纤器件还包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜与所述第二透镜均集成在所述壳体内，所述可饱和吸收体、所述第一透镜、所述滤波器、所述起偏器及所述第二透镜依次耦合，所述第二透镜与所述通光口耦合。
[0008]结合第一方面的第一种可能实施方式，本发明实施例还提供了第一方面的第二种可能实施方式，其中，所述锁模光纤器件还包括匹配光纤，所述匹配光纤的一端经所述通光口与所述第二透镜耦合。
[0009]结合第一方面的第二种可能实施方式，本发明实施例还提供了第一方面的第三种可能实施方式，其中，所述匹配光纤为保偏光纤。
[0010]结合第一方面或第一方面的第一种可能实施方式或第一方面的第二种可能实施方式或第一方面的第三种可能实施方式，本发明实施例还提供了第一方面的第四种可能实施方式，其中，所述锁模光纤器件还包括用于辅助所述可饱和吸收体散热的热沉，所述热沉与所述可饱和吸收体接触。
[0011]结合第一方面的第四种可能实施方式，本发明实施例还提供了第一方面的第五种可能实施方式，其中，所述可饱和吸收体为半导体可饱和吸收镜、石墨烯可饱和吸收镜、碳纳米管可饱和吸收镜或氧化石墨烯可饱和吸收镜中的任一种。
[0012]结合第一方面，本发明实施例还提供了第一方面的第六种可能实施方式，其中，所述锁模光纤器件还包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜与所述第二透镜均集成在所述壳体内，所述可饱和吸收体、所述第一透镜、所述起偏器、所述滤波器及所述第二透镜依次耦合，所述第二透镜与所述通光口耦合。
[0013]第二方面，本发明实施例提供了一种锁模光纤激光器，包括增益光纤、光纤光栅、栗浦光源、波分复用器以及上述的锁模光纤器件。所述栗浦光源发出的栗浦光进入所述增益光纤，所述增益光纤在所述栗浦光的作用下产生的信号光经所述通光口进入所述锁模光纤器件;进入所述锁模光纤器件的信号光经所述锁模光纤器件锁模并处理为预设波长范围及预设偏振方向的锁模脉冲激光后返回所述增益光纤;所述锁模脉冲激光经所述增益光纤放大后进入所述光纤光栅，部分入射到所述光纤光栅的所述锁模脉冲激光透过所述光纤光栅输出。
[0014]结合第二方面，本发明实施例还提供了第二方面的第一种可能实施方式，其中，所述波分复用器设置在所述光纤光栅与所述增益光纤之间。
[0015]结合第二方面，本发明实施例还提供了第二方面的第二种可能实施方式，其中，所述光纤光栅设置在所述波分复用器与所述增益光纤之间。
[0016]本发明实施例将可饱和吸收体、滤波器及起偏器集成在带有通光口的壳体内构成锁模光纤器件，当应用于锁模光纤激光器时，不仅有利于减小锁模光纤激光器的谐振腔的长度，从而提高锁模光纤激光器产生的锁模脉冲激光的重复频率，还有利于锁模光纤激光器的结构简化。此外，本实施例提供的锁模光纤器件中集成了滤波器及起偏器，将锁模脉冲偏振态固定，以实现线偏振锁模脉冲激光输出，可以有效地抵御温度、振动、应力等因素对锁模光纤器件的性能的影响，使得应用本锁模光纤器件的锁模光纤激光器具有可靠的免维护功能。
[0017]另外，相比于传统的锁模光纤激光器，本发明实施例提供的基于上述锁模光纤器件的锁模光纤激光器，结构简单，易于集成，有利于实现大规模生产。
[0018]本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【附图说明】
[0019]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
[0020]图1示出了本发明第一实施例提供的一种锁模光纤器件的结构示意图；
[0021]图2示出了本发明第二实施例提供的一种锁模光纤激光器的结构示意图；
[0022]图3示出了本发明第二实施例提供的另一种锁模光纤激光器的结构示意图。
[0023]图中，附图标记分别为:
[0024]锁模光纤器件100 ；壳体110;通光口 111;可饱和吸收体120;第一透镜130;滤波器140;起偏器150;第二透镜160;热沉170;匹配光纤180;锁模光纤激光器200;增益光纤210;光纤光栅220;波分复用器230;栗浦光源240。
【具体实施方式】
[0025]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0026]因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0027]应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0028]在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0029]在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“親合”、“连接”应做广义理解，例如，“親合”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0030]第一实施例
[0031]由于传统的锁模激光谐振腔包含多个离散的光纤器件，使得光纤激光器难以集成，此外，各光纤器件的尾纤将增加锁模激光谐振腔的长度，限制了锁模光纤激光器产生的锁模脉冲激光的重复频率。鉴于此，本发明实施例提供了一种锁模光纤器件，应用于锁模光纤激光器中，不仅有利于减小锁模光纤激光器的谐振腔的长度，从而提高锁模光纤激光器产生的锁模脉冲激光的重复频率，还有利于锁模光纤激光器的结构简化。
[0032]如图1所示，本发明实施例提供的锁模光纤器件100包括壳体110、可饱和吸收体120、滤波器140及起偏器150。可饱和吸收体120、滤波器140及起偏器150集成在壳体110内，壳体110设有通光口 111。
[0033]其中，可饱和吸收体120用于对进入所述可饱和吸收体120的光束进行非线性饱和吸收以形成锁模脉冲激光。本实施例中，所述可饱和吸收体120可以为半导体可饱和吸收镜、石墨烯可饱和吸收镜、碳纳米管可饱和吸收镜或氧化石墨烯可饱和吸收镜中等。
[0034]所述锁模光纤器件100还包括热沉170。热沉170与可饱和吸收体120接触，用于辅助可饱和吸收体120散热，将可饱和吸收体120非线性饱和吸收产生的热量导向壳体110外部，从而提高可饱和吸收体120的工作性能。本实施例中，热沉170可以为散热基座，也可以是多个微型散热片。
[0035]滤波器140用于根据预设波长范围对进入所述滤波器140的光束进行处理。本实施例中，滤波器140优选为带通滤光片。带通滤光片用于将残余栗浦激光滤除，并通过所要产生的激光。
[0036]起偏器150用于调节所述锁模脉冲激光的偏振方向以形成预设偏振方向的锁模脉冲激光。锁模光纤器件100中，预设偏振方向的线偏振光可以透过起偏器150，其它偏振态的光束被截止。其中，预设偏振方向即为起偏器150的透振方向。例如，起偏器150可以为偏振片或尼科耳棱镜等。
[0037]通光口 111用于锁模光纤器件100的进光和出光。例如，通光口 111可以是壳体110上设置的一个预设口径的通孔，也可以是一个用于插入光纤的端口。本实施例中，优选的，所述锁模光纤器件100还包括匹配光纤180，所述匹配光纤180的一端与通光口 111耦合。此时，进入所述锁模光纤器件100的光束以及由所述锁模光纤器件100出射的光束均经过匹配光纤180传输。匹配光纤180的设置有利于所述锁模光纤器件100与外部光纤器件例如增益光纤等耦合。需要说明的是，为了保持由锁模光纤器件100出射的光束的偏振方向不变，所述匹配光纤180优选为保偏光纤。
[0038]进一步地，本发明实施例提供的锁模光纤器件100还包括第一透镜130和第二透镜160，且第一透镜130与第二透镜160均集成在壳体110内。如图1所示，本实施例中，可饱和吸收体120、第一透镜130、滤波器140、所述起偏器150及第二透镜160依次耦合，且第二透镜160与通光口 111耦合。其中，第一透镜130和第二透镜160均为准直透镜。例如，第一透镜130和第二透镜160可以为凸透镜，也可以为具有准直功能及消色差功能的透镜组等。
[0039]当然，除了上述位置关系外，可饱和吸收体120、第一透镜130、滤波器140、起偏器150及第二透镜160的位置关系还可以为:可饱和吸收体120、第一透镜130、起偏器150、滤波器140及第二透镜160依次耦合。
[0040]本实施例提供的锁模光纤器件100可以应用于锁模光纤激光器。当然，除了包括上述锁模光纤器件100外，所述锁模光纤激光器还可以包括增益光纤，光纤光栅、栗浦光源及波分复用器等。其中，锁模光纤器件100、增益光纤及光纤光栅构成锁模激光谐振腔。具体的，基于本实施例提供的锁模光纤器件100的锁模光纤激光器的工作过程可以为:
[0041]栗浦光源发出的栗浦光经波分复用器进入所述锁模激光谐振腔中的增益光纤，使得增益光纤生成信号光，需要说明的是，所述信号光指的是增益光纤在栗浦光的激励下，受激辐射产生的用于输出锁模脉冲激光的光束。增益光纤生成的信号光经耦合光纤进入所述锁模光纤器件100。在锁模光纤器件100内，所述信号光经第二透镜160准直后入射到起偏器150。起偏器150将入射的信号光处理为预设偏振方向的信号光并将所述预设偏振方向的信号光入射到滤波器140。滤波器140的中心波长与本锁模光纤激光器需要输出的脉冲激光的波长一致。滤波器140透过预设波长范围的信号光并滤除残余的栗浦光。透过滤波器140的预设波长范围及预设偏振方向的信号光经第一透镜130会聚到可饱和吸收体120，可饱和吸收体120对所述预设波长范围及预设偏振方向的信号光进行非线性饱和吸收以实现信号光的纵模相位锁定。
[0042]经过所述可饱和吸收体120锁模后的信号光反射回第一透镜130，经第一透镜130准直后再次依次入射到滤波器140及起偏器150。再次经过滤波处理以及偏振态控制后的信号光经第二透镜160耦合至匹配光纤180，并通过匹配光纤180传输至增益光纤，经增益光纤放大后输入至光纤光栅。其中，满足光纤光栅透射条件的部分信号光输出，而不满足透射条件的部分信号光被反射回锁模激光谐振腔中继续振荡。所述透射条件为光纤光栅对信号光的透过率，例如，光纤光栅对信号光的透过率为10%，则经增益光纤放大后的信号光中10%的光能量输出，90%的光能量被反射回锁模激光谐振腔中继续振荡。上述过程为信号光在锁模激光谐振腔内完成一次振荡的过程，经过多次振荡后，即可输出稳定的单偏振锁模脉冲激光。
[0043]综上所述，本发明实施例将可饱和吸收体120、滤波器140及起偏器150集成在带有通光口 111的壳体110内构成锁模光纤器件100。当将本实施例提供的锁模光纤器件100应用于锁模光纤激光器时，由锁模光纤器件100、增益光纤及光纤光栅构成锁模激光谐振腔，利于锁模光纤激光器的结构简化。可饱和吸收体120、滤波器140及起偏器150之间的耦合不经过匹配光纤180，有利于减小锁模光纤激光器的锁模激光谐振腔的长度，提高锁模光纤激光器产生的锁模脉冲激光的重复频率。此外，本实施例提供的锁模光纤器件100中集成了滤波器140及起偏器150，将锁模脉冲偏振态固定，以实现线偏振锁模脉冲激光输出，可以有效地抵御温度、振动、应力等因素对锁模光纤器件100的性能的影响，使得应用本锁模光纤器件100的锁模光纤激光器具有可靠的免维护功能。
[0044]第二实施例
[0045]如图2所示，本发明实施例提供了一种锁模光纤激光器200，包括增益光纤210、光纤光栅220、栗浦光源240、波分复用器230以及上述第一实施例提供的锁模光纤器件100。此时，锁模光纤激光器200的锁模激光谐振腔包括锁模光纤器件100、增益光纤210以及光纤光栅220。波分复用器230设置在所述模激光谐振腔外，即光纤光栅220设置在波分复用器230与增益光纤210之间。
[0046]其中，栗浦光源240可以采用激光器或激光二极管。增益光纤210可以为掺杂有稀土离子的光纤，例如可以为掺镱光纤、掺铒光纤、掺铥光纤等。这些增益光纤210在栗浦光的激励下发生粒子数反转，进而自发辐射产生信号光，例如当增益光纤210采用掺铒光纤时，通过975nm的栗浦光可以实现1560nm波段的超短激光脉冲输出。
[0047]光纤光栅220，即光纤布拉格光栅，允许栗浦光自由通过，对锁模激光谐振腔产生的激光具有滤波选频作用，一方面将部分锁模激光谐振腔产生的脉冲激光反射回锁模激光谐振腔中继续振荡，另一方面将部分锁模激光谐振腔产生的脉冲激光输出。
[0048]为了进一步保证本实施例提供的锁模光纤激光器200输出线偏振锁模脉冲激光，光纤光栅220、增益光纤210以锁模光纤器件100之间依次通过保偏光纤耦合。此外，增益光纤210及光纤光栅220均采用保偏光纤制成。需要说明的是，光纤的光纤色散值也影响着锁模光纤激光器200输出脉冲激光的脉冲宽度，因此，采用具有不同光纤色散值的光纤可以使得本锁模光纤激光器200输出不同脉冲宽度的脉冲激光。
[0049]栗浦光源240发出的栗浦光经波分复用器230进入所述模激光谐振腔中的增益光纤210。增益光纤210在所述栗浦光的作用下产生的信号光经所述通光口 111进入所述锁模光纤器件100。进入所述锁模光纤器件100的信号光经所述锁模光纤器件100的滤波处理、偏振态控制以锁模处理后经所述通光口 111返回所述增益光纤210，经所述增益光纤210放大后进入所述光纤光栅220。其中，满足光纤光栅220透射条件的部分信号光输出，而不满足透射条件的部分信号光被反射回锁模激光谐振腔中继续振荡。其中，所述透射条件为光纤光栅220对信号光的透过率。上述过程为增益光纤210中产生的信号光在锁模激光谐振腔内完成一次振荡的过程，经过多次振荡后，即可输出稳定的单偏振锁模脉冲激光。
[0050]另外，需要说明的是，本实施例提供的锁模光纤激光器200的结构也可以为:锁模光纤激光器200包括增益光纤210、光纤光栅220、栗浦光源240、波分复用器230以及上述第一实施例提供的锁模光纤器件100。锁模光纤激光器200的锁模激光谐振腔包括锁模光纤激光器200、增益光纤210以及光纤光栅220。波分复用器230设置在所述模激光谐振腔内，即将波分复用器230设置在光纤光栅220与增益光纤210之间，如图3所示。
[0051]综上所述，本发明实施例提供了一种基于锁模光纤器件100的锁模光纤激光器200。相比于传统的锁模光纤激光器，本发明实施例提供的锁模光纤激光器200的锁模激光谐振腔的长度更短，产生的锁模脉冲激光的重复频率更高，且结构简单，易于集成，有利于实现大规模生产。
[0052]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种锁模光纤器件，应用于锁模光纤激光器，其特征在于，所述锁模光纤器件包括壳体、可饱和吸收体、滤波器及起偏器，所述可饱和吸收体、所述滤波器及所述起偏器集成在所述壳体内，所述壳体设有通光口； 所述可饱和吸收体用于对进入所述可饱和吸收体的光束进行非线性饱和吸收以形成锁模脉冲激光； 所述滤波器用于根据预设波长范围对进入所述滤波器的光束进行处理； 所述起偏器用于调节所述锁模脉冲激光的偏振方向以形成预设偏振方向的锁模脉冲激光。2.根据权利要求1所述的锁模光纤器件，其特征在于，所述锁模光纤器件还包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜与所述第二透镜均集成在所述壳体内，所述可饱和吸收体、所述第一透镜、所述滤波器、所述起偏器及所述第二透镜依次耦合，所述第二透镜与所述通光口耦合。3.根据权利要求2所述的锁模光纤器件，其特征在于，所述锁模光纤器件还包括匹配光纤，所述匹配光纤的一端第二透镜经所述通光口与所述第二透镜耦合。4.根据权利要求3所述的锁模光纤器件，其特征在于，所述匹配光纤为保偏光纤。5.根据权利要求1-4中任一项所述的锁模光纤器件，其特征在于，所述锁模光纤器件还包括用于辅助所述可饱和吸收体散热的热沉，所述热沉与所述可饱和吸收体接触。6.根据权利要求5所述的锁模光纤器件，其特征在于，所述可饱和吸收体为半导体可饱和吸收镜、石墨烯可饱和吸收镜、碳纳米管可饱和吸收镜或氧化石墨烯可饱和吸收镜中的任一种。7.根据权利要求1所述的锁模光纤器件，其特征在于，所述锁模光纤器件还包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜与所述第二透镜均集成在所述壳体内，所述可饱和吸收体、所述第一透镜、所述起偏器、所述滤波器及所述第二透镜依次耦合，所述第二透镜与所述通光口耦合。8.—种锁模光纤激光器，其特征在于，包括增益光纤、光纤光栅、栗浦光源、波分复用器以及权利要求1-7中任一项所述的锁模光纤器件，所述栗浦光源发出的栗浦光进入所述增益光纤，所述增益光纤在所述栗浦光的作用下产生的信号光经所述通光口进入所述锁模光纤器件，进入所述锁模光纤器件的信号光经所述锁模光纤器件锁模并处理为预设波长范围及预设偏振方向的锁模脉冲激光后返回所述增益光纤，所述锁模脉冲激光经所述增益光纤放大后进入所述光纤光栅，部分入射到所述光纤光栅的所述锁模脉冲激光透过所述光纤光栅输出。9.根据权利要求8所述的锁模光纤激光器，其特征在于，所述波分复用器设置在所述光纤光栅与所述增益光纤之间。10.根据权利要求8所述的锁模光纤激光器，其特征在于，所述光纤光栅设置在所述波分复用器与所述增益光纤之间。
【文档编号】H01S3/106GK105846303SQ201610410041
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】李超, 黎玥, 封建胜, 赵磊, 梁小宝, 张昊宇, 徐振源, 周泰斗, 王建军, 景峰
【申请人】中国工程物理研究院激光聚变研究中心