一種基于多模干涉器件克爾效應(yīng)的全光纖鎖模激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于多模干涉器件克爾效應(yīng)的全光纖鎖模激光器，泵浦源發(fā)射有源光纖吸收帶內(nèi)的泵浦光，泵浦光經(jīng)信號(hào)泵浦合束器耦合進(jìn)入有源光纖；有源光纖吸收泵浦光，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生激光增益；多模干涉器件由兩段單模光纖中間熔接一段多模光纖構(gòu)成，多模光纖的透射峰與有源光纖的增益峰相一致；信號(hào)泵浦合束器、有源光纖、多模干涉器件、輸出耦合器、隔離器順次布置熔接，構(gòu)成單向的環(huán)形激光諧振腔；在激光的作用下，多模光纖折射率發(fā)生變化，且多模干涉自映像點(diǎn)的位置發(fā)生改變，多模光纖在激光波長(zhǎng)處的透過(guò)率發(fā)生變化，對(duì)環(huán)形激光諧振腔的激光光強(qiáng)構(gòu)成調(diào)制作用；輸出耦合器輸出超短脈沖激光。本發(fā)明提高了激光輸出功率，成本低廉。
【專利說(shuō)明】一種基于多模干涉器件克爾效應(yīng)的全光纖鎖模激光器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光器領(lǐng)域，尤其涉及一種基于多模干涉器件克爾效應(yīng)的全光纖鎖模激光器。

【背景技術(shù)】
[0002]超快鎖模激光器在基礎(chǔ)研究、醫(yī)學(xué)、國(guó)防和工業(yè)加工中有著廣泛的應(yīng)用。由于光纖激光器有結(jié)構(gòu)緊湊、高效、堅(jiān)固以及高性價(jià)比等諸多優(yōu)勢(shì)，各種工作穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊的鎖模光纖激光器被研制出來(lái)。相對(duì)主動(dòng)鎖模而言，被動(dòng)鎖模的光纖激光器在諸多方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，例如:可飽和吸收體或者克爾型裝置的響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間一般都很短，因此被動(dòng)鎖模產(chǎn)生的脈沖寬度通常比主動(dòng)鎖模要窄；無(wú)需空間光調(diào)制器和相應(yīng)的電子設(shè)備，因而結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單緊湊；也不會(huì)受到調(diào)制器中電噪聲的影響。
[0003]現(xiàn)有的被動(dòng)鎖模光纖激光器主要依靠可飽和吸收器件實(shí)現(xiàn)，如專利“雙波長(zhǎng)超短脈沖輸出的被動(dòng)鎖模光纖激光器”(ZL 200910029722.9)和“石墨烯被動(dòng)鎖模光纖激光器”(ZL201110101110.3)等。此類被動(dòng)鎖模光纖激光器的一個(gè)明顯缺點(diǎn)在于，所用的可飽和吸收器件，如半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SESAM)、碳納米管和石墨烯等，損傷閾值普遍較低，因此能夠產(chǎn)生的平均輸出功率被限制在幾個(gè)到幾十個(gè)mW的量級(jí)，更高功率的鎖模脈沖激光只能靠光纖放大器來(lái)得到，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種基于多模干涉器件克爾效應(yīng)的全光纖鎖模激光器，本發(fā)明提高了激光輸出功率，成本低廉，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的高功率鎖模光纖激光器，詳見(jiàn)下文描述:
[0005]一種基于多模干涉器件克爾效應(yīng)的全光纖鎖模激光器，所述全光纖鎖模激光器包括:泵浦源，還包括:信號(hào)泵浦合束器、有源光纖、多模干涉器件、輸出耦合器和隔離器，
[0006]所述泵浦源發(fā)射有源光纖吸收帶內(nèi)的泵浦光，所述泵浦光經(jīng)所述信號(hào)泵浦合束器耦合進(jìn)入所述有源光纖；所述有源光纖吸收泵浦光，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生激光增益；所述多模干涉器件由兩段單模光纖中間熔接一段多模光纖構(gòu)成，所述多模光纖的透射峰與所述有源光纖的增益峰相一致；
[0007]所述信號(hào)泵浦合束器、所述有源光纖、所述多模干涉器件、所述輸出耦合器、所述隔離器順次布置熔接，構(gòu)成單向的環(huán)形激光諧振腔；
[0008]在激光的作用下，所述多模光纖折射率發(fā)生變化，且多模干涉自映像點(diǎn)的位置發(fā)生改變，所述多模光纖在激光波長(zhǎng)處的透過(guò)率發(fā)生變化，對(duì)環(huán)形激光諧振腔的激光光強(qiáng)構(gòu)成調(diào)制作用；所述輸出耦合器輸出超短脈沖激光。
[0009]所述全光纖鎖模激光器還包括:可調(diào)諧濾波器，
[0010]所述可調(diào)諧濾波器設(shè)置在所述輸出耦合器之后；通過(guò)所述可調(diào)諧濾波器，將激光振蕩波長(zhǎng)限制在所述多模光纖的透射峰處。
[0011]本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是:利用多模干涉器件的克爾效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光纖激光器的被動(dòng)鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)，為鎖模超短脈沖激光器的實(shí)現(xiàn)提供了一種新途徑。與現(xiàn)有被動(dòng)鎖模光纖激光器采用的SESAM、石墨烯等可飽和吸收鎖模器件相比，本發(fā)明技術(shù)方案所用多模干涉器件的損傷閾值很高，因而有助于提高激光輸出功率；且多模干涉器件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，有利于實(shí)際推廣應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為一種基于多模干涉器件克爾效應(yīng)的全光纖鎖模激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為多模干涉器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下:
[0015]1:泵浦源；2:信號(hào)泵浦合束器；
[0016]3:有源光纖；4:多模干涉器件；
[0017]5:輸出f禹合器；6:隔離器；
[0018]7:可調(diào)諧濾波器；
[0019]4-1:單模光纖4-2:多模光纖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0021]同現(xiàn)有技術(shù)中采用可飽和吸收體的被動(dòng)鎖模激光器相比，基于克爾效應(yīng)的鎖模光纖激光器能夠獲得更高的輸出功率；此外，由于玻璃中存在電子云變形現(xiàn)象，玻璃可實(shí)現(xiàn)極快速非線性響應(yīng)時(shí)間，因而克爾型被動(dòng)鎖模激光器能夠提供更短的輸出脈沖寬度。
[0022]實(shí)施例1
[0023]為了解決現(xiàn)有被動(dòng)鎖模光纖激光器中可飽和吸收鎖模元件損傷閾值低，限制激光輸出功率的問(wèn)題，參見(jiàn)圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于多模干涉器件克爾效應(yīng)的全光纖鎖模激光器，全光纖鎖模激光器包括:泵浦源1、信號(hào)泵浦合束器2、有源光纖3、多模干涉器件4、輸出f禹合器5和隔離器6，
[0024]泵浦源1發(fā)射有源光纖3的吸收帶內(nèi)的泵浦光，泵浦光經(jīng)信號(hào)泵浦合束器耦合2進(jìn)入有源光纖3 ;有源光纖3吸收泵浦光，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生激光增益；多模干涉器件4為兩段單模光纖中間熔接一段多模光纖構(gòu)成，其透射峰與有源光纖3的增益峰相一致，即所用多模光纖長(zhǎng)度與對(duì)應(yīng)激光波長(zhǎng)的自映像點(diǎn)位置一致。信號(hào)泵浦合束器2、有源光纖3、多模干涉器件4、輸出耦合器5、隔離器6順次布置熔接，構(gòu)成單向的環(huán)形激光諧振腔。
[0025]隨著泵浦功率增長(zhǎng)，當(dāng)激光增益超過(guò)損耗后，腔內(nèi)產(chǎn)生激光；在激光的作用下，由于克爾效應(yīng)，多模干涉器件4中多模光纖折射率發(fā)生變化；受折射率變化的影響，其多模干涉自映像點(diǎn)的位置發(fā)生改變，即器件的透射譜產(chǎn)生移動(dòng)，器件在激光波長(zhǎng)處的透過(guò)率發(fā)生變化，透過(guò)率的變化對(duì)于腔內(nèi)的激光光強(qiáng)構(gòu)成了調(diào)制作用。當(dāng)全光纖鎖模激光器工作在閾值附近時(shí)，全光纖鎖模激光器會(huì)以自脈沖運(yùn)轉(zhuǎn)，也就形成周期性調(diào)制，從而啟動(dòng)鎖模。全光纖鎖模激光器產(chǎn)生的超短脈沖激光經(jīng)輸出耦合器5輸出。
[0026]其中，全光纖鎖模激光器還包括:可調(diào)諧濾波器7，布置在輸出耦合器5之后。通過(guò)可調(diào)諧濾波器7，將激光振蕩波長(zhǎng)限制在多模干涉器件4的透射峰處，從而增強(qiáng)調(diào)制效果，提高鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。
[0027]實(shí)施例2
[0028]本發(fā)明實(shí)施例以1.5 μ m波長(zhǎng)的光纖激光器為例，利用多模干涉器件4中光克爾效應(yīng)造成透射譜的變化對(duì)激光光強(qiáng)進(jìn)行調(diào)制，實(shí)現(xiàn)光纖激光器的鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)，其器件損傷閾值高，且成本經(jīng)濟(jì)，詳見(jiàn)下文描述:
[0029]一種基于多模干涉器件克爾效應(yīng)的全光纖鎖模激光器，主要包括:泵浦源1、信號(hào)泵浦合束器2、有源光纖3、多模干涉器件4、輸出耦合器5、隔離器6 ；
[0030]其中，為獲得1.5μπι激光輸出，有源光纖3采用SM-EYDF-6/125-HE雙包層Er/Yb共摻單模光纖，其纖芯數(shù)值孔徑NA = 0.18，包層ΝΑ>0.46，長(zhǎng)度5m ;相應(yīng)地，泵浦源1米用波長(zhǎng)915nm或975nm的光纖f禹合輸出半導(dǎo)體激光器，輸出功率10W ;信號(hào)泵浦合束器2為(2+1) X 1型；多模干涉器件4中的單模光纖4-1為SMF-28e，多模光纖4_2規(guī)格為50/125 μ m,長(zhǎng)度100mm，對(duì)應(yīng)透射峰1.53 μ m ;輸出耦合器5耦合比為50/50 ;隔離器6為雙級(jí)隔離；所有器件尾纖均為SMF-28e光纖。
[0031]915nm或975nm泵浦源1發(fā)射泵浦光，經(jīng)信號(hào)泵浦合束器2耦合進(jìn)入有源光纖3 ；有源光纖3吸收泵浦光，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生激光增益；各器件熔接構(gòu)成環(huán)形腔，當(dāng)增益超過(guò)諧振腔損耗后，腔內(nèi)產(chǎn)生激光振蕩，在隔離器6的作用下，激光在腔內(nèi)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，經(jīng)輸出耦合器5輸出。由于光克爾效應(yīng)，產(chǎn)生激光后多模干涉器件中多模光纖折射率會(huì)產(chǎn)生變化，從而使得器件的透射譜發(fā)生漂移，即器件在激光波長(zhǎng)處的透過(guò)率有所變化，透過(guò)率的變化對(duì)于腔內(nèi)的激光光強(qiáng)構(gòu)成了調(diào)制作用。當(dāng)激光器工作在閾值附近時(shí)，激光器運(yùn)轉(zhuǎn)中會(huì)發(fā)生自脈沖效應(yīng)，也就形成周期性調(diào)制，從而自行啟動(dòng)鎖模，產(chǎn)生超短脈沖激光輸出。
[0032]其中，鎖模激光器還包括:可調(diào)諧濾波器7，布置于輸出耦合器5之后，通過(guò)可調(diào)諧濾波器7，將激光振蕩波長(zhǎng)限制在多模光纖4-2的透射峰處，從而增強(qiáng)調(diào)制效果，提高鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。
[0033]其中，有源光纖3可米用Er/Yb共摻石英光纖以獲得1.5 μ m激光輸出，也可米用Yb石英光纖、Er:ZBLAN等其他摻雜離子和基質(zhì)的光纖，以獲得其他波段的激光輸出，本發(fā)明實(shí)施例對(duì)此不做限制；使用其他類型的有源光纖3時(shí)，所用泵浦源1需相應(yīng)采用其他不同波長(zhǎng)的激光器，泵浦波長(zhǎng)為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，在此不再贅述。
[0034]其中，多模干涉器件的多模光纖芯徑可以為50 μ m，也可為25、30、100 μ m等其他規(guī)格，實(shí)際應(yīng)用中相應(yīng)地選擇長(zhǎng)度使其透射峰與有源光纖3的增益峰相對(duì)應(yīng)即可，本發(fā)明實(shí)施例對(duì)此不做限制。
[0035]本發(fā)明實(shí)施例對(duì)各器件的型號(hào)除做特殊說(shuō)明的以外，其他器件的型號(hào)不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
[0036]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意圖，上述本發(fā)明實(shí)施例序號(hào)僅僅為了描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。
[0037]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于多模干涉器件克爾效應(yīng)的全光纖鎖模激光器，所述全光纖鎖模激光器包括:泵浦源，其特征在于，還包括:信號(hào)泵浦合束器、有源光纖、多模干涉器件、輸出耦合器和隔離器， 所述泵浦源發(fā)射有源光纖吸收帶內(nèi)的泵浦光，所述泵浦光經(jīng)所述信號(hào)泵浦合束器耦合進(jìn)入所述有源光纖；所述有源光纖吸收泵浦光，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生激光增益；所述多模干涉器件由兩段單模光纖中間熔接一段多模光纖構(gòu)成，所述多模光纖的透射峰與所述有源光纖的增益峰相一致； 所述信號(hào)泵浦合束器、所述有源光纖、所述多模干涉器件、所述輸出耦合器、所述隔離器順次布置熔接，構(gòu)成單向的環(huán)形激光諧振腔； 在激光的作用下，所述多模光纖折射率發(fā)生變化，且多模干涉自映像點(diǎn)的位置發(fā)生改變，所述多模光纖在激光波長(zhǎng)處的透過(guò)率發(fā)生變化，對(duì)環(huán)形激光諧振腔的激光光強(qiáng)構(gòu)成調(diào)制作用；所述輸出耦合器輸出超短脈沖激光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多模干涉器件克爾效應(yīng)的全光纖鎖模激光器，其特征在于，所述全光纖鎖模激光器還包括:可調(diào)諧濾波器， 所述可調(diào)諧濾波器設(shè)置在所述輸出耦合器之后；通過(guò)所述可調(diào)諧濾波器，將激光振蕩波長(zhǎng)限制在所述多模光纖的透射峰處。
【文檔編號(hào)】H01S3/098GK104409951SQ201410673799
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月21日
【發(fā)明者】史偉, 朱秀山, 盛泉, 付士杰, 姚建銓 申請(qǐng)人:天津大學(xué)