一種高功率寬帶可調諧孤子-自相似脈沖鎖模光纖激光器的制造方法
【專利摘要】本發明涉及高功率寬帶可調諧孤子?自相似脈沖鎖模光纖激光器，包括泵浦源、光纖合束器、第一色散補償光纖和第二色散補償光纖、第一準直器和第二準直器、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，光束分束器的信號端依次經第一色散補償光纖、第一光纖耦合器與第一準直器連接，然后光束經過第一1/4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波片耦合進入第二準直器，并經第二色散補償光纖與第二光纖耦合器輸入端進入，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端連接。
【專利說明】
一種高功率寬帶可調諧孤子-自相似脈沖鎖模光纖激光器
技術領域
[0001]本發明屬于激光器技術領域，涉及一種高功率寬帶可調諧孤子-自相似脈沖鎖模光纖激光器，屬于一種用Er: Yb雙包層光纖實現高功率可調諧孤子-自相似光纖激光器。
【背景技術】
[0002]自1964年鎖模技術提出以來，超短脈沖激光發展十分迅速，同時隨著相關應用領域的不斷需要，飛秒脈沖激光發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，已經在生物醫學、太赫茲技術、信息通信、物理、化學等基礎科學領域研究、軍事國防等眾多領域得到了廣泛的應用。而飛秒光纖激光器具有電光轉換效率高、光束質量好、結構緊湊簡單、價格低廉、易維護等多種優點，已經成為目前國際最有發展前景的激光器之一。
[0003]超快鎖模光纖激光的產生主要是由增益、色散和非線性效應復雜相互作用產生。在周期性邊界條件和耗散效應限制條件下，可以比較方便的在實驗上研究非線性波的產生機理。這些特性對于非線性波的形成機理的研究有著重要意義，因此對于超快鎖模光纖激光的研究一直都是這個領域的熱點內容之一。目前，大量的文獻已經將光學孤子、光學自相似脈沖作為新的一類非線性波進行了大量報道。孤子脈沖式在負的群速度色散與自相位調制效應的共同作用下形成的，當兩種效應得到平衡時，就可以實現孤子鎖模光纖激光。由于群速度色散和自相位調制效應的平衡，使得孤子在激光腔內可以保持脈沖的形狀和強度穩定如一，因此其鎖模閾值較小。當脈沖能量增大時，附加產生的非線性相移量導致孤子發生分裂，實驗上產生多脈沖或者諧波鎖模現象。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的非線性薛定諤方程的漸近解，傳輸過程中脈沖不分裂，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，而且光纖傳播中無波分裂;可以得到較短脈沖寬度。基于這樣的特點，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不能滿足與日倶增的應用需求，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，而且輸出波長一般都是單一波段，這些因素制約著飛秒鎖模光纖激光應用范圍。而對于某些應用領域不僅需要孤子-自相似脈沖同時輸出，而且需要可調諧的高功率光纖飛秒激光輸出。因此對于高功率寬帶可調諧孤子-自相似脈沖鎖模光纖激光器的研究是許多應用急需解決的問題。
【發明內容】
[0005]為了克服上述現有技術存在的缺陷或不足，本發明的目的在于，提供一種結構簡單，性能可靠而且成本低廉的高功率寬帶可調諧孤子-自相似脈沖鎖模光纖激光器，以產生高功率可調諧飛秒激光輸出，同時保證孤子脈沖和自相似脈沖同時輸出。
[0006]為實現上述任務，本發明采取如下的技術解決方案:
[0007]—種高功率寬帶可調諧孤子-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、第一色散補償光纖和第二色散補償光纖、第一光纖耦合器和第二光纖親合器、第一光纖準直器和第二光纖準直器、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成激光環形腔；
[0008]所述的栗浦源與光纖合束器的栗浦端口連接，光纖合束器的信號端口依次經第一色散補償光纖、第一光纖耦合器和第一光纖準直器連接，第一光纖準直器輸出光經第一 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波片親合進入第二光纖耦合器，然后經第二色散補償光纖、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端連接;其穩定的飛秒激光脈沖通過第一光纖耦合器、第二光纖耦合器和偏振合束器三個端口輸出。
[0009]根據本發明，所述的栗浦源為多模光纖耦合的半導體激光器，其中心波長位于975nm附近。
[0010]所述的光纖合束器的工作波長是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，吸收系統為80dB/m，芯數值孔徑為0.22，芯徑約為Sum，提供正色散。
[0011]所述的色散補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色散光纖。
[0013]所述的第一光纖準直器和第二光纖準直器工作距離為200mm?500mm，尾纖類型為單模負色散光纖。
[0014]所述第一1/4波片、1/2波片和第二 1/4波片工作波長均為1550±40nm。
[0015]所述偏振分光棱鏡分束比大于1000:1，工作波長為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為1550nm的偏振相關的隔離器，工作帶寬為±40nmo
[0018]本發明的高功率寬帶可調諧孤子-自相似脈沖鎖模光纖激光器，簡單可靠、維護方便、可實現自啟動鎖模、同時輸出孤子脈沖和自相似脈沖、可實現波長調諧輸出、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的超快激光器，在光通信、光譜分析、精密測量等方面有更重要的應用。
[0019]帶來的有益技術是:
[0020]1、采用Er: Yb共摻雙包層光纖作為增益介質，可以實現高功率激光輸出。
[0021]2、合理優化第一色散補償光纖長度、第二色散補償光纖和單模負色散光纖長度，實現孤子脈沖與自相似脈沖同時輸出的飛秒激光。
[0022]3、通過波片能同時實現有效的偏振及波長控制，實現有效的非線性偏振旋轉鎖模，合理優化雙折射濾光片的厚度和角度，利用其濾波效應實現波長可調諧的飛秒脈沖輸出。
[0023]4、相應時間為飛秒量級且與波長無關，因此使用高功率寬帶可調諧孤子-自相似脈沖鎖模光纖激光在不同波長范圍均可適用。
[0024]5、具有很好的實用性和可操作性，其結構緊湊小巧、適于重復生產和組裝，適于批量化生產、成本較低、激光單向輸出、高輸出功率、寬帶可調諧輸出、孤子脈沖和自相似脈沖同時輸出，高穩定性以及高光束質量等優點，可廣泛應用于國防、工業、醫療、科研等領域，具有很好的應用前景和商業價值。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明實施例的高功率寬帶可調諧孤子-自相似脈沖鎖模光纖激光器結構示意圖。
[0026]其中的標記分別表示:1、栗浦源，2、光纖合束器，3、第一色散補償光纖，4、第一光纖親合器，5、第一光纖準直器，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、第二光纖準直器，13、第二色散補償光纖，14、第二光纖親合器，15、Er: Yb共摻雙層光纖。
[0027]以下結合附圖和具體實施例對本發明進一步詳細說明。
【具體實施方式】
[0028]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0029]本實施例給出一種高功率寬帶可調諧孤子-自相似脈沖鎖模光纖激光器，其光路結構如圖1所示，包括:包括栗浦源I以及由光纖合束器2、第一色散補償光纖3和第二色散補償光纖13、第一光纖耦合器4和第二光纖耦合器14、第一光纖準直器5和第二光纖準直器
(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成激光環形腔；
[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的信號端口 2b依次經色散補償光纖3、第一光纖耦合器4和第一光纖準直器5連接，第一光纖準直器5輸出后經第一 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親合進入第二光纖耦合器12，然后經色散補償光纖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)的信號端連接;其穩定的飛秒激光脈沖通過第一光纖耦合器
4、第二光纖耦合器14和偏振合束器8三個端口 A、B、C輸出。
[0031 ]本實施例中的栗浦源I，為多模光纖耦合輸出的半導體激光器，輸出波長為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，為將栗浦光耦合進入激光腔內，栗浦端2a尾纖類型為105/125多模光纖，信號輸出端2b和2c尾纖類型為雙包層增益光纖匹配光纖。
[0033]第一色散補償光纖3和第二色散補償光纖13采用正色散補償光纖，模場直徑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，尾纖采用單模負色散光纖。
[0035]第一光纖準直器5和第二準直器12，為將空間光與光纖光相互轉換，尾纖類型為單模負色散光纖。
[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現非線性偏振旋轉鎖模，波片鍍有對激光在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，工作波長為1550±40nm，隔離度大于30dB;
[0040]本實施例的高功率寬帶可調諧孤子-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現高功率輸出；同時合理優化色散補償光纖長度，調整腔內色散分布，保證孤子脈沖和自相似脈沖同時輸出；通過調整雙折射濾光片的角度可以有效實現激光的調諧輸出。這樣就實現了一種高功率寬帶可調諧孤子-自相似脈沖鎖模光纖激光器。
[0041]最后所應說明的是，盡管參照上述實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，本發明不限于上述實施例，本領域的技術人員在本發明的技術方案的基礎上所進行的簡單修改或者等同替換，都不會脫離本發明技術方案保護的范圍。
【主權項】
1.一種高功率寬帶可調諧孤子-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)、第一色散補償光纖(3)和第二色散補償光纖(13)、第一光纖耦合器(4)和第二光纖耦合器(14)、第一光纖準直器(5)和第二光纖準直器(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成激光環形腔；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)的信號端口依次經第一色散補償光纖(3)、第一光纖耦合器(4)和第一光纖準直器(5)連接，第一光纖準直器(5)輸出光經第一1/4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)耦合進入第二光纖耦合器(12)，然后經第二色散補償光纖(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)的信號端連接;其穩定的飛秒激光脈沖通過第一光纖耦合器(4)、第二光纖耦合器(14)和偏振合束器(8)三個端口輸出。2.如權利要求1所述的高功率寬帶可調諧孤子-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體激光器，其中心波長位于975nm附近。3.如權利要求1所述的高功率寬帶可調諧孤子-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，吸收系統為80dB/m，芯數值孔徑為0.22，芯徑約為Sum，提供正色散。4.如權利要求1所述的高功率寬帶可調諧孤子-自相似脈沖鎖模光纖激光器，其特征在于，所述的色散補償光纖(3)采用正色散光纖。5.如權利要求1所述的高功率寬帶可調諧孤子-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色散光纖。6.如權利要求1所述的高功率寬帶可調諧孤子-自相似脈沖鎖模光纖激光器，其特征在于，所述的第一光纖準直器(5)和第二光纖準直器(12)工作距離為200mm?500mm，尾纖類型為單模負色散光纖。7.如權利要求1所述的高功率寬帶可調諧孤子-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)工作波長均為1550±4011111。8.如權利要求1所述的高功率寬帶可調諧孤子-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，工作波長為1550 土 40nm。9.如權利要求1所述的高功率寬帶可調諧孤子-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.如權利要求1所述的高功率寬帶可調諧孤子-自相似脈沖鎖模光纖激光器，其特征在于，所述光隔離器(10)采用中心波長為1550nm的偏振相關的隔離器，工作帶寬為±40nmo
【文檔編號】H01S3/11GK105896249SQ201610307341
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月10日
【發明人】白晉濤, 侯磊, 林啟蒙, 陳浩偉, 齊新元
【申請人】西北大學