一種基于光柵濾波全正色散摻鉺光纖激光器及其調節方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于光柵濾波全正色散摻鉺光纖激光器及其調節方法。本發明的全正色散摻鉺光纖激光器包括：偏振分光棱鏡、隔離器、第一1/4波片、光柵、第一準直器、增益光纖、第二準直器、第二1/4波片片和1/2波片，構成環形諧振腔；泵浦源經波分復用器耦合至增益光纖中，耦合器經光纖連接至第二準直器；環形諧振腔中插入了光柵，利用光柵作為諧振腔內濾波器，通過調節第一準直器的橫向位置以及角度以調節第一準直器的方向，使某一中心波長的衍射光進入準直器，從而濾波實現激光器的自鎖模；并調節第一準直器與光柵的衍射點之間的距離，實現輸出脈沖的光譜寬度的調節。
【專利說明】一種基于光柵濾波全正色散摻鉺光纖激光器及其調節方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及光纖激光器，具體涉及一種利用光柵作為激光器腔內濾波器的方法達到鎖模目的的全正色散摻鉺光纖激光器其控制方法。
【背景技術】
[0002]單模光纖激光器誕生于80年代中期，真正穩定的超短脈沖光纖激光器(20ps)出現在1989年。近年來隨著固體飛秒激光器的發展，飛秒量級的光纖激光器也已出現，并成為飛秒固體激光器強有力的競爭對手。它的最大優點是小型化、高效率、省能源、穩定性好。
[0003]光纖激光器內脈沖形成機制，經歷了從孤子型、展寬-壓縮型、自相似型到全正色散或放大自相似等幾個階段，人們對光纖激光器的鎖模和脈沖形成機制的認識也不斷提高。光纖激光器包括利用負色散與自相位調制平衡的孤子型光纖激光器，以及腔內引入色散平衡元件的展寬脈沖型光纖激光器。然而孤子型光纖激光器中，孤子面積最終限制了光纖激光器所能獲得的最高能量；而展寬脈沖型光纖激光器中，展寬脈沖鎖模對應的非線性相移為η左右始終使脈沖的能量在一定程度上受到了限制。也就是說，如果使諧振腔內的自振幅調制起到更大的脈沖成型的作用，從而不依賴于孤子機制也能穩定激光脈沖，光纖激光器的脈沖能量可以得到進一步的提高。
[0004]同時，隨著超短脈沖激光器的發展，對脈沖的能量要求也因為應用需要而越來越高。近年來，在沒有應用任何色散補償元件的光纖激光器中實現了穩定的鎖模運轉。對于摻鐿光纖激光器而言，由于其增益光纖及單模光纖在I μ m波段均產生正色散，所以也更容易實現。這種全正色散光纖激光器是由康奈爾大學的Wise研究組第一次提出的，在諧振腔中附加提供了自振幅調制的頻譜濾波元件，產生的脈沖能量達到了 20nJ。但是單模光纖在
1.5μπι波段產生負色散，所以比較難實現全正色散光纖激光器。現階段全正色散光纖激光器主要是通過腔內插入雙折射濾波器的摻鐿光纖激光器，目前已報道的全正色散摻鉺光纖激光器也是通過腔內插入雙折射濾波器的鎖模機制。
【發明內容】
[0005]針對以上現有技術中的全正色散摻鉺光纖激光器采用雙折射濾波的辦法具有光譜以及光譜寬度難以調節等缺點，本發明提出了利用光柵作為腔內濾波器的全正色散摻鉺光纖激光器的方案，實現了輸出脈沖光譜的中心波長和光譜寬度同時可調的全正色散光纖激光器。
[0006]本發明的一個目的在于提供一種基于光柵濾波的全正色散摻鉺光纖激光器。
[0007]本發明的全正色散摻鉺光纖激光器包括:偏振分光棱鏡、隔離器、第一 1/4波片、光柵、第一準直器、增益光纖、第二準直器、第二 1/4波片和1/2波片，構成環形諧振腔；泵浦源經耦合器耦合至增益光纖中，耦合器經光纖連接至第二準直器；連續光和脈沖經過隔離器后變成線偏光；再經過第一 1/4波片后變成橢圓偏振光，入射到光柵上衍射；調整光柵的角度，使得衍射光的強度最大；調節第一準直器的位置，一定光譜寬度的衍射光進入第一準直器；脈沖和連續光經過光纖后偏振方向發生不同程度的旋轉；通過第二準直器進入第二1/4波片后，脈沖和連續光分別變成偏振方向不同的線偏光，通過調節1/2波片，使得脈沖的偏振方向與隔離器的偏振方向一致，從而脈沖經過隔離器在環形諧振腔內形成振蕩；脈沖的P偏振分量透過偏振分光棱鏡，脈沖的S偏振分量經偏振分光棱鏡反射提供穩定的輸出。
[0008]光柵采用閃耀光柵。耦合器采用波分復用器。連接耦合器和第二準直器的光纖采用色散補償光纖。增益光纖采用摻餌增益光纖。
[0009]本發明的全正色散摻鉺光纖激光器主要采用非線性偏振旋轉NPR鎖模原理。環形諧振腔內為全正色散配置，所以沒有光譜濾波的條件下無法達到自鎖模，必須在環形諧振腔內插入濾波器。隔離器是偏振相關的，當連續光和脈沖經過隔離器后變成線偏光。因為光纖是克爾介質，強度不同的光經過光纖增益光纖以及連接耦合器和第二準直器的光纖后，偏振方向會發生不同程度的旋轉，因為脈沖和連續光的強度不同，所以兩個橢圓偏振的旋轉程度不同從而偏振方向不同，通過第二準直器進入第二 1/4波片后，第二 1/4波片將脈沖和連續光又變成了偏振方向不同的線偏光，通過調節1/2波片，使得脈沖的偏振方向與隔離器的偏振方向一致，從而脈沖經過隔離器在環形諧振腔內形成振蕩，連續光被隔離掉。本發明在摻鉺光纖激光器的環形諧振腔中插入了光柵作為濾波器，由于準直器的孔徑數值一定，只有一定光譜寬度的衍射光能夠進入準直器，調節第一準直器的方向與光柵的某一中心波長的衍射光的方向一致時，此中心波長附近一定光譜寬度的衍射光進入第一準直器，從而實現了濾波的作用以達到自鎖模的目的；通過改變第一準直器的方向，可以實現不同中心波長的濾波光譜，實現了光纖激光器的輸出脈沖的光譜在一定范圍內可以調節。同時由于準直器的孔徑一定，還可以通過調節第一準直器與光柵的衍射點的距離，改變第一準直器的張角，從而調節輸出脈沖的光譜寬度。
[0010]本發明的另一個目的在于提供一種全正色散摻鉺光纖激光器的調節方法。
[0011]本發明的全正色散摻鉺光纖激光器的調節方法，包括以下步驟:
[0012]I)連續光和脈沖經過隔離器后變成線偏光，再經過第一 1/4波片后變成橢圓偏振光，入射到光柵上衍射；
[0013]2)調整光柵的角度，使得衍射光的強度最大，通過調節第一準直器的橫向位置以及角度以調節第一準直器的方向，使某一中心波長的衍射光進入準直器，以實現濾波，并調節第一準直器與光柵的衍射點的距離，以調節輸出脈沖的光譜寬度；
[0014]3 )脈沖和連續光經過光纖后偏振方向發生不同程度的旋轉，通過第二準直器進入第二 1/4波片后，脈沖和連續光分別變成偏振方向不同的線偏光；
[0015]4)通過調節1/2波片，使得脈沖的偏振方向與隔離器的偏振方向一致，從而脈沖經過隔離器在環形諧振腔內形成振蕩，脈沖的P偏振分量透過偏振分光棱鏡，脈沖的S偏振分量經偏振分光棱鏡反射提供穩定的輸出。
[0016]本發明的優點:
[0017](I)利用光柵作為諧振腔內濾波器，從而實現激光器的自鎖模；
[0018](2)通過調節第一準直器的方向以及準直器與光柵的衍射點之間的距離，實現輸出脈沖的中心波長以及光譜寬度的調節。【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明的全正色散摻鉺光纖激光器的一個實施例的結構示意圖；
[0020]圖2為本發明的全正色散摻鉺光纖激光器的輸出脈沖的光譜寬度的曲線圖；
[0021]圖3為本發明的全正色散摻鉺光纖激光器的輸出脈沖的自相關的曲線圖；
[0022]圖4為本發明的全正色散摻鉺光纖激光器的中心波長可調節的輸出脈沖光譜；
[0023]圖5為本發明的全正色散摻鉺光纖激光器的光譜寬度可調節的輸出脈沖光譜。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖，通過實施例對本發明做進一步說明。
[0025]如圖1所不,本實施例的全正色散摻鉺光纖激光器包括:偏振分光棱鏡PBS、隔離器ISO、第一 1/4玻片QW1、光柵G、第一準直器CL1、增益光纖F、波分復用器WDM、第二準直器CL2、第二 1/4玻片QW2和1/2玻片服，構成環形諧振腔；泵浦源P經波分復用器WDM耦合至增益光纖中。脈沖的P偏振分量透過偏振分光棱鏡PBS在環形諧振腔內振蕩，脈沖的S偏振分量經偏振分光棱鏡PBS反射，再經平面鏡M反射，作為穩定的輸出。
[0026]泵浦源P采用平均功率為900mW的974nm單模二極管反向泵浦。全正色散摻鉺光纖激光器的重復頻率為90MHz，平均功率為120mW。采用閃耀光柵起到光譜濾波作用以達到自鎖模的目的。
[0027]圖2為輸出脈沖的光譜寬度的曲線圖；圖3為輸出脈沖的自相關的曲線圖，該自相關曲線為壓縮好的脈沖自相關曲線，脈沖寬度為250fs。
[0028]通過調節第一準直器CLl的橫向位置以及角度以調節第一準直器的方向，使某一中心波長的衍射光進入第一準直器，以實現濾波。圖4給出了第一準直器與光柵的衍射點距離為26mm時，調節調節第一準直器的方向，得到的三條不同的中心波長的輸出脈沖光譜。光譜中心波長分別為1530nm、1550nm和1570nm。
[0029]通過調節第一準直器與光柵的衍射點的距離d，以調節輸出脈沖的光譜寬度，如圖5所示，其中a為d=26mm時的輸出脈沖光譜，b為d=45mm時的輸出脈沖光譜，c為d=80mm時的輸出脈沖光譜，由圖可見，隨著距離d的增加，第一準直器的張角變小，從而輸出脈沖的光譜寬度變窄。
[0030]最后需要注意的是，公布實施方式的目的在于幫助進一步理解本發明，但是本領域的技術人員可以理解:在不脫離本發明及所附的權利要求的精神和范圍內，各種替換和修改都是可能的。因此，本發明不應局限于實施例所公開的內容，本發明要求保護的范圍以權利要求書界定的范圍為準。
【權利要求】
1.一種全正色散摻鉺光纖激光器，其特征在于，所述全正色散摻鉺光纖激光器包括:偏振分光棱鏡、隔離器、第一 1/4波片、光柵、第一準直器、增益光纖、第二準直器、第二 1/4波片和1/2波片，構成環形諧振腔；泵浦源經耦合器耦合至增益光纖中，耦合器經光纖連接至第二準直器；連續光和脈沖經過隔離器后變成線偏光；再經過第一 1/4波片后變成橢圓偏振光，入射到光柵上衍射；調整光柵的角度，使得衍射光的強度最大；調節第一準直器的位置，一定光譜寬度的衍射光進入第一準直器；脈沖和連續光經過光纖后，偏振方向發生不同程度的旋轉；通過第二準直器進入第二 1/4波片后，脈沖和連續光分別變成偏振方向不同的線偏光，通過調節1/2波片，使得脈沖的偏振方向與隔離器的偏振方向一致，從而脈沖經過隔離器在環形諧振腔內形成振蕩；脈沖的P偏振分量透過偏振分光棱鏡，脈沖的S偏振分量經偏振分光棱鏡反射提供穩定的輸出。
2.如權利要求1所述的全正色散摻鉺光纖激光器，其特征在于，所述光柵采用閃耀光柵。
3.如權利要求1所述的全正色散摻鉺光纖激光器，其特征在于，所述耦合器采用波分復用器。
4.如權利要求1所述的全正色散摻鉺光纖激光器，其特征在于，所述增益光纖采用摻餌增益光纖。
5.如權利要求1所述的全正色散摻鉺光纖激光器，其特征在于，連接耦合器和第二準直器的光纖采用色散補償光纖。
6.一種全正色散摻鉺光纖激光器的調節方法，其特征在于，所述調節方法，包括以下步驟: 1)連續光和脈沖經過隔離器后變成線偏光，再經過第一1/4波片后變成橢圓偏振光，入射到光柵上衍射； 2)調整光柵的角度，使得衍射光的強度最大，通過調節第一準直器的橫向位置以及角度以調節第一準直器的方向，使某一中心波長的衍射光進入準直器，以實現濾波，并調節第一準直器與光柵的衍射點的距離，以調節輸出脈沖的光譜寬度； 3)脈沖和連續光經過光纖后偏振方向發生不同程度的旋轉，經過第二準直器和第二1/4波片后，脈沖和連續光分別變成偏振方向不同的線偏光； 4)通過調節1/2波片，使得脈沖的偏振方向與隔離器的偏振方向一致，從而脈沖經過隔離器在環形諧振腔內形成振蕩，脈沖的P偏振分量透過偏振分光棱鏡，脈沖的S偏振分量經偏振分光棱鏡反射提供穩定的輸出。
【文檔編號】H01S3/067GK103779767SQ201410013629
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月10日 優先權日:2014年1月10日
【發明者】施可彬, 劉關玉, 楊宏, 龔旗煌 申請人:北京大學