一種高功率寬帶可調(diào)諧孤子-自相似脈沖鎖模光纖激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及高功率寬帶可調(diào)諧孤子?自相似脈沖鎖模光纖激光器，包括泵浦源、光纖合束器、第一色散補(bǔ)償光纖和第二色散補(bǔ)償光纖、第一準(zhǔn)直器和第二準(zhǔn)直器、第一1/4波片和第二1/4波片、1/2波片、偏振分光棱鏡、雙折射濾光片、光隔離器、Er:Yb共摻雙包層增益光纖用光纖和空間部分連接成的環(huán)形腔。泵浦源與光纖合束器的泵浦端連接，光束分束器的信號(hào)端依次經(jīng)第一色散補(bǔ)償光纖、第一光纖耦合器與第一準(zhǔn)直器連接，然后光束經(jīng)過(guò)第一1/4波片、1/2波片、偏振分光棱鏡、雙折射濾光片、光隔離器和第二1/4波片耦合進(jìn)入第二準(zhǔn)直器，并經(jīng)第二色散補(bǔ)償光纖與第二光纖耦合器輸入端進(jìn)入，第二光纖耦合器的輸出端與Er:Yb共摻增益光纖連接，最終增益光纖與光束耦合器信號(hào)端連接。
【專利說(shuō)明】
一種高功率寬帶可調(diào)諧孤子-自相似脈沖鎖模光纖激光器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于激光器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高功率寬帶可調(diào)諧孤子-自相似脈沖鎖模光纖激光器，屬于一種用Er: Yb雙包層光纖實(shí)現(xiàn)高功率可調(diào)諧孤子-自相似光纖激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]自1964年鎖模技術(shù)提出以來(lái)，超短脈沖激光發(fā)展十分迅速，同時(shí)隨著相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷需要，飛秒脈沖激光發(fā)展的深度和廣度也在拓展。由于鎖模脈沖激光具有峰值功率高、脈沖寬度窄等重要特點(diǎn)，已經(jīng)在生物醫(yī)學(xué)、太赫茲技術(shù)、信息通信、物理、化學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域研究、軍事國(guó)防等眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。而飛秒光纖激光器具有電光轉(zhuǎn)換效率高、光束質(zhì)量好、結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、易維護(hù)等多種優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為目前國(guó)際最有發(fā)展前景的激光器之一。
[0003]超快鎖模光纖激光的產(chǎn)生主要是由增益、色散和非線性效應(yīng)復(fù)雜相互作用產(chǎn)生。在周期性邊界條件和耗散效應(yīng)限制條件下，可以比較方便的在實(shí)驗(yàn)上研究非線性波的產(chǎn)生機(jī)理。這些特性對(duì)于非線性波的形成機(jī)理的研究有著重要意義，因此對(duì)于超快鎖模光纖激光的研究一直都是這個(gè)領(lǐng)域的熱點(diǎn)內(nèi)容之一。目前，大量的文獻(xiàn)已經(jīng)將光學(xué)孤子、光學(xué)自相似脈沖作為新的一類非線性波進(jìn)行了大量報(bào)道。孤子脈沖式在負(fù)的群速度色散與自相位調(diào)制效應(yīng)的共同作用下形成的，當(dāng)兩種效應(yīng)得到平衡時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)孤子鎖模光纖激光。由于群速度色散和自相位調(diào)制效應(yīng)的平衡，使得孤子在激光腔內(nèi)可以保持脈沖的形狀和強(qiáng)度穩(wěn)定如一，因此其鎖模閾值較小。當(dāng)脈沖能量增大時(shí)，附加產(chǎn)生的非線性相移量導(dǎo)致孤子發(fā)生分裂，實(shí)驗(yàn)上產(chǎn)生多脈沖或者諧波鎖模現(xiàn)象。因此孤子鎖模光纖激光器獲得的單脈沖能量一般都比較低。自相似脈沖是在增益為常數(shù)的非線性薛定諤方程的漸近解，傳輸過(guò)程中脈沖不分裂，能量可以逐漸被放大，脈沖傳輸滿足自相似特征，形成自相似拋物脈沖。自相似脈沖光纖激光可以保證脈沖在傳輸過(guò)程中的脈沖形狀不變，等比例增益;可容忍較大的非線性效應(yīng)，而且光纖傳播中無(wú)波分裂;可以得到較短脈沖寬度?；谶@樣的特點(diǎn)，大功率光纖放大通常采用自相似脈沖激光作為種子源。
[0004]但是隨著研究的深入，單一波段、單一非線性波類型輸出飛秒激光已經(jīng)不能滿足與日倶增的應(yīng)用需求，但是就目前的飛秒鎖模光纖激光而言，大部分只能輸出孤子脈沖或者自相似脈沖，而且輸出波長(zhǎng)一般都是單一波段，這些因素制約著飛秒鎖模光纖激光應(yīng)用范圍。而對(duì)于某些應(yīng)用領(lǐng)域不僅需要孤子-自相似脈沖同時(shí)輸出，而且需要可調(diào)諧的高功率光纖飛秒激光輸出。因此對(duì)于高功率寬帶可調(diào)諧孤子-自相似脈沖鎖模光纖激光器的研究是許多應(yīng)用急需解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠而且成本低廉的高功率寬帶可調(diào)諧孤子-自相似脈沖鎖模光纖激光器，以產(chǎn)生高功率可調(diào)諧飛秒激光輸出，同時(shí)保證孤子脈沖和自相似脈沖同時(shí)輸出。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案:
[0007]—種高功率寬帶可調(diào)諧孤子-自相似脈沖鎖模光纖激光器，其特征在于，包括栗浦源以及由光纖合束器、第一色散補(bǔ)償光纖和第二色散補(bǔ)償光纖、第一光纖耦合器和第二光纖親合器、第一光纖準(zhǔn)直器和第二光纖準(zhǔn)直器、第一 1/4波片和第二 1/4波片、1/2波片、偏振分光棱鏡、雙折射濾光片、光隔離器和Er:Yb共摻雙包層增益光纖用單模光纖和空間光路構(gòu)成激光環(huán)形腔；
[0008]所述的栗浦源與光纖合束器的栗浦端口連接，光纖合束器的信號(hào)端口依次經(jīng)第一色散補(bǔ)償光纖、第一光纖耦合器和第一光纖準(zhǔn)直器連接，第一光纖準(zhǔn)直器輸出光經(jīng)第一 1/4波片、1/2波片、偏振分光棱鏡、雙折射濾光片、光隔離器和第二 1/4波片親合進(jìn)入第二光纖耦合器，然后經(jīng)第二色散補(bǔ)償光纖、第二光纖耦合器、Er:Yb共摻雙包層增益光纖與光纖合束器的信號(hào)端連接;其穩(wěn)定的飛秒激光脈沖通過(guò)第一光纖耦合器、第二光纖耦合器和偏振合束器三個(gè)端口輸出。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，所述的栗浦源為多模光纖耦合的半導(dǎo)體激光器，其中心波長(zhǎng)位于975nm附近。
[0010]所述的光纖合束器的工作波長(zhǎng)是980/1550nm，光纖合束器的尾纖類型為Er: Yb共摻雙包層增益光纖的匹配光纖，該匹配光纖的吸收峰在1535nm，吸收系統(tǒng)為80dB/m，芯數(shù)值孔徑為0.22，芯徑約為Sum，提供正色散。
[0011]所述的色散補(bǔ)償光纖采用正色散光纖。
[0012]所述的第一光纖耦合器采用5:95光纖耦合器，第一光纖耦合器的尾纖類型為單模光纖;所述第二光纖耦合器采用1:99光纖耦合器，第二光纖耦合器的尾纖類型為單模負(fù)色散光纖。
[0013]所述的第一光纖準(zhǔn)直器和第二光纖準(zhǔn)直器工作距離為200mm?500mm，尾纖類型為單模負(fù)色散光纖。
[0014]所述第一1/4波片、1/2波片和第二 1/4波片工作波長(zhǎng)均為1550±40nm。
[0015]所述偏振分光棱鏡分束比大于1000:1，工作波長(zhǎng)為1550±4011111。
[0016]所述雙折射濾波片厚度采用5mm?8mm的恪石英材料。
[0017]所述光隔離器采用中心波長(zhǎng)為1550nm的偏振相關(guān)的隔離器，工作帶寬為±40nmo
[0018]本發(fā)明的高功率寬帶可調(diào)諧孤子-自相似脈沖鎖模光纖激光器，簡(jiǎn)單可靠、維護(hù)方便、可實(shí)現(xiàn)自啟動(dòng)鎖模、同時(shí)輸出孤子脈沖和自相似脈沖、可實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)調(diào)諧輸出、輸出脈沖功率高、成本低、易于操作，使得飛秒鎖模光纖激光器成為一種常規(guī)的超快激光器，在光通信、光譜分析、精密測(cè)量等方面有更重要的應(yīng)用。
[0019]帶來(lái)的有益技術(shù)是:
[0020]1、采用Er: Yb共摻雙包層光纖作為增益介質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)高功率激光輸出。
[0021]2、合理優(yōu)化第一色散補(bǔ)償光纖長(zhǎng)度、第二色散補(bǔ)償光纖和單模負(fù)色散光纖長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)孤子脈沖與自相似脈沖同時(shí)輸出的飛秒激光。
[0022]3、通過(guò)波片能同時(shí)實(shí)現(xiàn)有效的偏振及波長(zhǎng)控制，實(shí)現(xiàn)有效的非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模，合理優(yōu)化雙折射濾光片的厚度和角度，利用其濾波效應(yīng)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)可調(diào)諧的飛秒脈沖輸出。
[0023]4、相應(yīng)時(shí)間為飛秒量級(jí)且與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，因此使用高功率寬帶可調(diào)諧孤子-自相似脈沖鎖模光纖激光在不同波長(zhǎng)范圍均可適用。
[0024]5、具有很好的實(shí)用性和可操作性，其結(jié)構(gòu)緊湊小巧、適于重復(fù)生產(chǎn)和組裝，適于批量化生產(chǎn)、成本較低、激光單向輸出、高輸出功率、寬帶可調(diào)諧輸出、孤子脈沖和自相似脈沖同時(shí)輸出，高穩(wěn)定性以及高光束質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于國(guó)防、工業(yè)、醫(yī)療、科研等領(lǐng)域，具有很好的應(yīng)用前景和商業(yè)價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的高功率寬帶可調(diào)諧孤子-自相似脈沖鎖模光纖激光器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]其中的標(biāo)記分別表示:1、栗浦源，2、光纖合束器，3、第一色散補(bǔ)償光纖，4、第一光纖親合器，5、第一光纖準(zhǔn)直器，6、第一 I / 4波片，7、I / 2波片，8、偏振分光棱鏡，9、雙折射濾光片，10、光隔離器，11、第二 1/4波片，12、第二光纖準(zhǔn)直器，13、第二色散補(bǔ)償光纖，14、第二光纖親合器，15、Er: Yb共摻雙層光纖。
[0027]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0029]本實(shí)施例給出一種高功率寬帶可調(diào)諧孤子-自相似脈沖鎖模光纖激光器，其光路結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括:包括栗浦源I以及由光纖合束器2、第一色散補(bǔ)償光纖3和第二色散補(bǔ)償光纖13、第一光纖耦合器4和第二光纖耦合器14、第一光纖準(zhǔn)直器5和第二光纖準(zhǔn)直器
(12)、第一 1/4波片6和第二 1/4波片11、1/2波片7、偏振分光棱鏡8、雙折射濾光片9、光隔離器10和Er:Yb共摻雙包層光纖15用單模光纖和空間光路構(gòu)成激光環(huán)形腔；
[0030]其中，栗浦源I與光纖合束器2的栗浦端口2a連接，光纖合束器2的信號(hào)端口 2b依次經(jīng)色散補(bǔ)償光纖3、第一光纖耦合器4和第一光纖準(zhǔn)直器5連接，第一光纖準(zhǔn)直器5輸出后經(jīng)第一 1/4波片6、1/2波片7、偏振分光棱鏡8、雙折射濾光片9、光隔離器10和第二 1/4波片11親合進(jìn)入第二光纖耦合器12，然后經(jīng)色散補(bǔ)償光纖13、第二光纖耦合器14、Er:Yb共摻雙包層增益光纖15與光纖合束器(2)的信號(hào)端連接;其穩(wěn)定的飛秒激光脈沖通過(guò)第一光纖耦合器
4、第二光纖耦合器14和偏振合束器8三個(gè)端口 A、B、C輸出。
[0031 ]本實(shí)施例中的栗浦源I，為多模光纖耦合輸出的半導(dǎo)體激光器，輸出波長(zhǎng)為975nm的栗浦激光，典型輸出功率為10W，尾纖類型為105/125多模光纖；
[0032]光纖合束器2，為將栗浦光耦合進(jìn)入激光腔內(nèi)，栗浦端2a尾纖類型為105/125多模光纖，信號(hào)輸出端2b和2c尾纖類型為雙包層增益光纖匹配光纖。
[0033]第一色散補(bǔ)償光纖3和第二色散補(bǔ)償光纖13采用正色散補(bǔ)償光纖，模場(chǎng)直徑5um。
[0034]第一光纖耦合器4，分束比為5:95，第二光纖耦合器14，分束比為1:99，尾纖采用單模負(fù)色散光纖。
[0035]第一光纖準(zhǔn)直器5和第二準(zhǔn)直器12，為將空間光與光纖光相互轉(zhuǎn)換，尾纖類型為單模負(fù)色散光纖。
[0036]第一1/4波片6、1/2波片7和第二 1/4波片11，用于改變激光偏振實(shí)現(xiàn)非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模，波片鍍有對(duì)激光在1500nm?1600nm高透膜；
[0037]偏振分光棱鏡8，消光比大于1000:1，鍍有對(duì)激光在1500nm?1600nm高透膜；
[0038]雙折射濾波片9，采用熔石英材料，厚度為7.5mm;
[0039]空間光隔離器10，工作波長(zhǎng)為1550±40nm，隔離度大于30dB;
[0040]本實(shí)施例的高功率寬帶可調(diào)諧孤子-自相似脈沖鎖模光纖激光器，采用多模栗浦源和Er: Yb共摻雙包層光纖可以實(shí)現(xiàn)高功率輸出；同時(shí)合理優(yōu)化色散補(bǔ)償光纖長(zhǎng)度，調(diào)整腔內(nèi)色散分布，保證孤子脈沖和自相似脈沖同時(shí)輸出；通過(guò)調(diào)整雙折射濾光片的角度可以有效實(shí)現(xiàn)激光的調(diào)諧輸出。這樣就實(shí)現(xiàn)了一種高功率寬帶可調(diào)諧孤子-自相似脈沖鎖模光纖激光器。
[0041]最后所應(yīng)說(shuō)明的是，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上所進(jìn)行的簡(jiǎn)單修改或者等同替換，都不會(huì)脫離本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高功率寬帶可調(diào)諧孤子-自相似脈沖鎖模光纖激光器，其特征在于，包括栗浦源(I)以及由光纖合束器(2)、第一色散補(bǔ)償光纖(3)和第二色散補(bǔ)償光纖(13)、第一光纖耦合器(4)和第二光纖耦合器(14)、第一光纖準(zhǔn)直器(5)和第二光纖準(zhǔn)直器(12)、第一 1/4波片(6)和第二 1/4波片(11)、1/2波片(7)、偏振分光棱鏡(8)、雙折射濾光片(9)、光隔離器(10)和Er:Yb共摻雙包層增益光纖(15)用單模光纖和空間光路構(gòu)成激光環(huán)形腔；所述的栗浦源(I)與光纖合束器(2)的栗浦端口連接，光纖合束器(2)的信號(hào)端口依次經(jīng)第一色散補(bǔ)償光纖(3)、第一光纖耦合器(4)和第一光纖準(zhǔn)直器(5)連接，第一光纖準(zhǔn)直器(5)輸出光經(jīng)第一1/4波片(6)、1/2波片(7)、偏振分光棱鏡(8)、雙折射濾光片(9)、光隔離器(10)和第二 1/4波片(11)耦合進(jìn)入第二光纖耦合器(12)，然后經(jīng)第二色散補(bǔ)償光纖(13)、第二光纖耦合器(14)、Er:Yb共摻雙包層增益光纖(15)與光纖合束器(2)的信號(hào)端連接;其穩(wěn)定的飛秒激光脈沖通過(guò)第一光纖耦合器(4)、第二光纖耦合器(14)和偏振合束器(8)三個(gè)端口輸出。2.如權(quán)利要求1所述的高功率寬帶可調(diào)諧孤子-自相似脈沖鎖模光纖激光器，其特征在于，所述的栗浦源(I)為多模光纖耦合的半導(dǎo)體激光器，其中心波長(zhǎng)位于975nm附近。3.如權(quán)利要求1所述的高功率寬帶可調(diào)諧孤子-自相似脈沖鎖模光纖激光器，其特征在于，所述的光纖合束器(2)的工作波長(zhǎng)是980/1550nm，光纖合束器(2)的尾纖類型為Er:Yb共摻雙包層增益光纖(15)的匹配光纖，該匹配光纖的吸收峰在1535nm，吸收系統(tǒng)為80dB/m，芯數(shù)值孔徑為0.22，芯徑約為Sum，提供正色散。4.如權(quán)利要求1所述的高功率寬帶可調(diào)諧孤子-自相似脈沖鎖模光纖激光器，其特征在于，所述的色散補(bǔ)償光纖(3)采用正色散光纖。5.如權(quán)利要求1所述的高功率寬帶可調(diào)諧孤子-自相似脈沖鎖模光纖激光器，其特征在于，所述的第一光纖耦合器(4)采用5:95光纖耦合器，第一光纖耦合器(4)的尾纖類型為單模光纖;所述第二光纖耦合器(13)采用1:99光纖耦合器，第二光纖耦合器(13)的尾纖類型為單模負(fù)色散光纖。6.如權(quán)利要求1所述的高功率寬帶可調(diào)諧孤子-自相似脈沖鎖模光纖激光器，其特征在于，所述的第一光纖準(zhǔn)直器(5)和第二光纖準(zhǔn)直器(12)工作距離為200mm?500mm，尾纖類型為單模負(fù)色散光纖。7.如權(quán)利要求1所述的高功率寬帶可調(diào)諧孤子-自相似脈沖鎖模光纖激光器，其特征在于，所述第一 1/4波片(6)、1/2波片(7)和第二1/4波片(11)工作波長(zhǎng)均為1550±4011111。8.如權(quán)利要求1所述的高功率寬帶可調(diào)諧孤子-自相似脈沖鎖模光纖激光器，其特征在于，所述偏振分光棱鏡(8)分束比大于1000:1，工作波長(zhǎng)為1550 土 40nm。9.如權(quán)利要求1所述的高功率寬帶可調(diào)諧孤子-自相似脈沖鎖模光纖激光器，其特征在于，所述雙折射濾波片(9)厚度采用5mm?8mm的恪石英材料。10.如權(quán)利要求1所述的高功率寬帶可調(diào)諧孤子-自相似脈沖鎖模光纖激光器，其特征在于，所述光隔離器(10)采用中心波長(zhǎng)為1550nm的偏振相關(guān)的隔離器，工作帶寬為±40nmo
【文檔編號(hào)】H01S3/11GK105896249SQ201610307341
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年5月10日
【發(fā)明人】白晉濤, 侯磊, 林啟蒙, 陳浩偉, 齊新元
【申請(qǐng)人】西北大學(xué)