一種鎖模光纖激光器的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種鎖模光纖激光器，屬于光纖激光器領域，所述鎖模光纖激光器包括泵浦源和鎖模激光諧振腔，鎖模激光諧振腔包括依次耦合的反射部件、增益光纖、保偏濾波器和用于鎖模的可飽和吸收鏡。泵浦源發出的泵浦光進入增益光纖生成信號光，所述信號光經保偏濾波器處理為預設偏振方向和預設波長范圍的信號光后進入可飽和吸收鏡，經過可飽和吸收鏡鎖模后返回保偏濾波器，返回保偏濾波器的信號光再次進入增益光纖，經增益光纖放大后輸入至反射部件，經增益光纖放大后的信號光中滿足反射部件透射條件的部分輸出。相比于傳統的鎖模光纖激光器，本實用新型提供的鎖模光纖激光器結構簡單，穩定可靠，便于工程應用。
【專利說明】
一種鎖模光纖激光器
技術領域
[0001 ] 本實用新型涉及光纖激光器領域，具體而言，涉及一種鎖模光纖激光器。
【背景技術】
[0002]鎖模光纖激光器作為超短脈沖激光系統的前端種子源，是超短脈沖激光系統的關鍵，其基本性能指標和穩定性指標直接影響著系統的穩定可靠性。其中，鎖模光纖激光器的自啟動免維護功能是其實現工業化的必然要求。自啟動是指鎖模激光器可實現開機即啟動，輸出鎖模脈沖。免維護是指鎖模激光器可在各種復雜環境下實現鎖模脈沖輸出，如高溫、低溫、振動、高濕等惡劣環境。目前的鎖模光纖激光器一般采用恒溫控制(即利用恒溫控制，抵御因溫度引起的脈沖失鎖)、電動控制和固化封裝等實現鎖模光纖激光器的免維護功能。然而，此類方法雖能實現鎖模光纖激光器的工程化應用，但是結構復雜，免維護可靠性差。因此，鎖模光纖激光器作為一種重要的超短脈沖激光輸出裝置，需要從鎖模光纖激光器結構的設計入手，提高鎖模光纖激光器的免維護功能的可靠性。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型的目的在于提供一種鎖模光纖激光器，可以通過對鎖模光纖激光器自身結構的設計，有效地保證了鎖模光纖激光器的免維護功能的可靠性，以改善上述的問題。
[0004]為了實現上述目的，本實用新型實施例采用的技術方案如下:
[0005]第一方面，本實用新型實施例提供的一種鎖模光纖激光器，用于輸出脈沖激光，包括:栗浦源和鎖模激光諧振腔，所述鎖模激光諧振腔包括依次耦合的反射部件、增益光纖、保偏濾波器和用于鎖模的可飽和吸收鏡，所述栗浦源發出的栗浦光進入所述增益光纖生成信號光，所述信號光經所述保偏濾波器處理為預設偏振方向和預設波長范圍的信號光后進入所述可飽和吸收鏡，所述預設偏振方向和預設波長范圍的信號光經過所述可飽和吸收鏡鎖模后返回所述保偏濾波器，返回所述保偏濾波器的信號光再次進入所述增益光纖，經所述增益光纖放大后輸入至所述反射部件，經所述增益光纖放大后的信號光中滿足所述反射部件透射條件的部分輸出。
[0006]結合第一方面，本實用新型實施例還提供了第一方面的第一種可能實施方式，其中，所述保偏濾波器包括殼體、用于將進入保偏濾波器的信號光調整為預設偏振方向的信號光的起偏器和用于將進入所述保偏濾波器的信號光調整為預設波長范圍的信號光的帶通濾光片，所述起偏器和所述帶通濾光片均位于所述殼體內，所述帶通濾光片的中心波長與所述脈沖激光的中心波長一致。
[0007]結合第一方面的第一種可能實施方式，本實用新型實施例還提供了第一方面的第二種可能實施方式，其中，所述保偏濾波器還包括第一準直透鏡和第二準直透鏡，所述第一準直透鏡與所述第二準直透鏡均位于所述殼體內，所述起偏器和所述帶通濾光片位于所述第一準直透鏡和所述第二準直透鏡之間，所述第一準直透鏡、所述帶通濾光片、所述起偏器及所述第二準直透鏡的光軸重合，所述第一準直透鏡通過第一光纖與所述增益光纖耦合，所述第二準直透鏡通過第二光纖與所述可飽和吸收鏡耦合。
[0008]結合第一方面或第一方面的第一種可能實施方式或第一方面的第二種可能實施方式，本實用新型實施例還提供了第一方面的第三種可能實施方式，其中，所述鎖模光纖激光器還包括波分復用器，所述波分復用器設置在所述鎖模激光諧振腔外，所述波分復用器包括第一信號端和合束端，所述合束端與所述反射部件通過第三光纖耦合，所述第一信號端與所述栗浦源耦合，所述栗浦光進入所述第一信號端，從所述合束端輸出至所述反射部件，從所述反射部件透過進入所述增益光纖。
[0009]結合第一方面的第三種可能實施方式，本實用新型實施例還提供了第一方面的第四種可能實施方式，其中，所述鎖模光纖激光器還包括光隔離器，所述波分復用器還包括第二信號端，所述光隔離器與所述第二信號端耦合。
[0010]結合第一方面的第四種可能實施方式，本實用新型實施例還提供了第一方面的第五種可能實施方式，其中，所述反射部件與所述增益光纖之間通過第四光纖耦合，所述第三光纖和所述第四光纖均為保偏光纖。
[0011]結合第一方面或第一方面的第一種可能實施方式或第一方面的第二種可能實施方式，本實用新型實施例還提供了第一方面的第六種可能實施方式，其中，所述鎖模光纖激光器還包括波分復用器，所述波分復用器設置在所述鎖模激光諧振腔內，所述波分復用器包括第一信號端、第二信號端和合束端，所述合束端與所述增益光纖耦合，所述第一信號端與所述栗浦源耦合，所述第二信號端與所述反射部件耦合。
[0012]結合第一方面，本實用新型實施例還提供了第一方面的第七種可能實施方式，其中，所述可飽和吸收鏡為半導體可飽和吸收鏡、碳納米管可飽和吸收鏡、石墨烯可飽和吸收鏡或氧化石墨烯可飽和吸收鏡中的任一種。
[0013]結合第一方面，本實用新型實施例還提供了第一方面的第八種可能實施方式，其中，所述反射部件為光纖光柵，所述光纖光柵的中心波長與所述脈沖激光的波長一致。
[0014]結合第一方面，本實用新型實施例還提供了第一方面的第九種可能實施方式，其中，所述增益光纖為保偏光纖。
[0015]本實用新型提供的鎖模光纖激光器設計了保偏濾波器，用于鎖模脈沖偏振態的主動控制，通過保偏濾波器將鎖模脈沖偏振態固定，有效地抵御了溫度、振動、應力等因素對該鎖模光纖激光器的影響，保證了該鎖模光纖激光器具有可靠的免維護功能。本實用新型相比于傳統的鎖模光纖激光器，結構簡單，穩定可靠，便于工程應用。進一步的，本實用新型采用可飽和吸收鏡作為鎖模器件，使得本鎖模光纖激光器同時具有自啟動功能。
[0016]本實用新型的其他特征和優點將在隨后的說明書闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本實用新型實施例而了解。本實用新型的目的和其他優點可通過在所寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
【附圖說明】
[0017]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。通過附圖所示，本實用新型的上述及其它目的、特征和優勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分。并未刻意按實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在于示出本實用新型的主旨。
[0018]圖1示出了本實用新型實施例提供的一種鎖模光纖激光器的結構示意圖；
[0019]圖2示出了本實用新型實施例提供的一種鎖模光纖激光器的保偏濾波器的結構示意圖；
[0020]圖3示出了本實用新型實施例提供的另一種鎖模光纖激光器的結構示意圖。
[0021]其中，附圖標記分別為:
[0022]栗浦源100;波分復用器200;鎖模激光諧振腔300;反射部件310;增益光纖320;保偏濾波器330;殼體331;第一準直透鏡332;帶通濾光片333;起偏器334;第二準直透鏡335;可飽和吸收鏡340;光隔離器400。
【具體實施方式】
[0023]下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0024]本實用新型實施例提供了一種鎖模光纖激光器，用于輸出脈沖激光，包括:栗浦源100和鎖模激光諧振腔300。如圖1所示，鎖模激光諧振腔300又包括依次耦合的反射部件310、增益光纖320、保偏濾波器330和用于鎖模的可飽和吸收鏡340。
[0025]反射部件310和可飽和吸收鏡340用于使增益光纖320產生的信號光在鎖模激光諧振腔300內多次振蕩，以輸出鎖模脈沖激光。其中，反射部件310主要用于鎖模脈沖激光輸出，將一部分鎖模脈沖激光輸出，另一部分反射回鎖模激光諧振腔300內繼續振蕩，例如，可以采用光纖光柵或激光輸出鏡，所述激光輸出鏡為可以透過部分激光的反射鏡;可飽和吸收鏡340主要用于對激光縱模進行鎖定，以得到脈沖激光，例如可以為半導體可飽和吸收鏡、石墨烯可飽和吸收鏡等具有可飽和吸收效應的鎖模器件。保偏濾波器330用于實現激光偏振態控制、鎖模脈沖中心波長選擇以及殘余栗浦光的濾除。增益光纖320用于產生信號光，并將鎖模脈沖放大，以輸出鎖模脈沖激光。栗浦源100用于提供栗浦光。
[0026]所述鎖模光纖激光器輸出脈沖激光的工作過程為:栗浦源100發出的栗浦光進入增益光纖320，使得增益光纖320生成信號光，需要說明的是，所述信號光指的是增益光纖320在栗浦光的激勵下，自發輻射產生的用于輸出脈沖激光的光。增益光纖320生成的信號光經所述保偏濾波器330處理為預設偏振方向和預設波長范圍的信號光后進入所述可飽和吸收鏡340;所述預設偏振方向和預設波長范圍的信號光經過所述可飽和吸收鏡340鎖模后返回所述保偏濾波器330，返回所述保偏濾波器330的信號光經過保偏濾波器330的偏振控制和濾波處理后，再次進入所述增益光纖320，經所述增益光纖320放大后輸入至所述反射部件310，經所述增益光纖320放大后的信號光中滿足所述反射部件310透射條件的部分輸出，而不滿足透射條件的部分信號光被反射回鎖模激光諧振腔中繼續振蕩。所述透射條件為反射部件310的透過率，例如，反射部件310的透過率為10%，則經所述增益光纖320放大后的信號光中10%的光能量輸出，90%的光能量被反射回鎖模激光諧振腔中繼續振蕩。上述過程為信號光在鎖模激光諧振腔300內完成一次振蕩的過程，經過多次振蕩后，即可輸出穩定的脈沖激光。
[0027]其中，增益光纖320生成的信號光經所述保偏濾波器330處理為預設偏振方向和預設波長范圍的信號光后進入所述可飽和吸收鏡340具體為:只有滿足預設偏振方向和預設波長范圍的部分信號光可以通過保偏濾波器330進入可飽和吸收鏡340，其它不滿足預設偏振方向和預設波長范圍的部分信號光則被濾除。具體的，可以根據用戶的需要將保偏濾波器330的透光條件設計為預設偏振方向及預設波長范圍。
[0028]本實施例中，增益光纖320可以為摻雜有稀土離子的光纖，所述增益光纖320，可以為摻鐿光纖、摻鉺光纖、摻銩光纖等，這些增益光纖320在栗浦光的激勵下發生粒子數反轉，進而自發輻射產生信號光，例如當增益光纖320采用摻鉺光纖時，通過975nm的栗浦光可以實現1560nm波段的超短激光脈沖輸出。
[0029]本實施例提供的鎖模光纖激光器通過保偏濾波器330將鎖模脈沖偏振態固定，以實現線偏振鎖模脈沖激光輸出，通過保偏濾波器330可以有效地抵御溫度、振動、應力等因素對鎖模光纖激光器的影響，使得本鎖模光纖激光器具有可靠的免維護功能。因此，本實用新型相比于傳統的鎖模光纖激光器，結構簡單，穩定可靠，便于工程應用。進一步的，本實用新型采用可飽和吸收鏡作為鎖模器件，使得本鎖模光纖激光器同時具有自啟動功能。
[0030]本實施例中，反射部件310優選采用光纖光柵，所述光纖光柵的反射率可以根據用戶的需要設計。傳輸至光纖光柵的信號光可以根據光纖光柵的反射率條件一部分被反射回鎖模激光諧振腔300內繼續振蕩，另一部分輸出。該光纖光柵的中心波長與鎖模光纖激光器需要輸出的脈沖激光的波長一致。栗浦源100可以采用激光二極管，當然，也可以采用其它可以用于激發增益光纖320的光源。所述可飽和吸收鏡340由可飽和吸收體和反射鏡構成，由于可飽和吸收體的激光振幅調制特性，實現了在鎖模激光諧振腔300內振蕩的激光的縱模相位鎖定，以使得本鎖模光纖激光器輸出脈沖激光。其中，所述可飽和吸收體可以為半導體可飽和吸收體、碳納米管、石墨烯或氧化石墨烯。
[0031 ]進一步的，本實施例中，保偏濾波器330可以包括起偏器334、帶通濾光片333和殼體331，起偏器334和帶通濾光片333均位于殼體331內。其中，起偏器334用于將進入保偏濾波器330的信號光調整為預設偏振方向的信號光;帶通濾光片333用于將進入所述保偏濾波器330的信號光調整為預設波長范圍的信號光，帶通濾光片333的低損耗透光波段范圍為預設波長范圍，且帶通濾光片333的中心波長與本鎖模光纖激光器需要輸出的脈沖激光的波長一致。當然，由于鎖模激光諧振腔300中，無論是從增益光纖320輸出至保偏濾波器330的光，還是由可飽和吸收鏡340反射至保偏濾波器330的光均存在發散角，因此為了提高信號光的有效利用率，保偏濾波器330中還包括第一準直透鏡332和第二準直透鏡335，第一準直透鏡332和第二準直透鏡335均位于殼體331內。起偏器334和帶通濾光片333則位于第一準直透鏡332和第二準直透鏡335之間，如圖2所示，第一準直透鏡332、第二準直透鏡335、起偏器334及帶通濾光片333的光軸在同一條直線上。此時，第一準直透鏡332通過第一光纖與增益光纖320耦合，增益光纖320通過第四光纖與反射部件310耦合，第二準直透鏡335通過第二光纖與可飽和吸收鏡340耦合。
[0032]具體的，由于增益光纖320輸出至保偏濾波器330的光除了增益光纖320在栗浦光激勵下產生的具有較寬光譜的信號光外，還包括殘余的栗浦光。也就是說，增益光纖320中輸出的光通過第一光纖進入保偏濾波器330的殼體331內部，經過第一準直透鏡332準直后平行入射至帶通濾光片333，帶通濾光片333對殘余栗浦光進行濾除并對信號光進行中心波長選擇后，透過帶通濾光片333的信號光入射至起偏器334，預設偏振方向的線偏振態光通過起偏器334，其它偏振態被截止。例如，起偏器334可以采用快軸截止起偏器。透過起偏器334的信號光平行入射至第二準直透鏡335，經第二準直透鏡335聚焦后再通過第二光纖傳輸至可飽和吸收鏡340。此時，進入可飽和吸收鏡340的光為預設偏振方向且預設波長范圍的信號光。
[0033]當然，本實施例提供的鎖模光纖激光器還包括波分復用器200，波分復用器200與栗浦源100—起構成栗浦光耦合系統。如圖1所示，所述波分復用器200設置在鎖模激光諧振腔300外，所述波分復用器200包括第一信號端、第二信號端和合束端，所述合束端與反射部件310通過第三光纖耦合，所述第一信號端與栗浦源100耦合。栗浦源100發出的栗浦光從波分復用器200的所述第一信號端進入，從所述合束端輸出至反射部件310，從反射部件310透過進入所述增益光纖320。需要說明的是，波分復用器200的第二信號端用于輸出脈沖激光。
[0034]此外，本鎖模光纖激光器還包括光隔離器400，所述光隔離器400與波分復用器200的第二信號端耦合。由于光隔離器400的方向限制特性，有效地避免了滿足反射部件310透過條件的脈沖激光經所述第二信號端輸出后部分被光纖端面反射回鎖模激光諧振腔300，有效地提高了脈沖激光的傳輸效率，進而提高了鎖模光纖激光器的輸出功率。
[0035]為了進一步保證鎖模激光諧振腔300內振蕩的信號光的偏振方向固定，實現線偏振鎖模脈沖激光輸出，反射部件310、增益光纖320、保偏濾波器330、可飽和吸收鏡340依次通過保偏光纖耦合，即上述的第一光纖、第二光纖、第三光纖和第四光纖均為保偏光纖。此夕卜，增益光纖320也采用保偏光纖。需要說明的是，光纖的光纖色散值也影響著鎖模光纖激光器輸出脈沖激光的脈沖寬度，因此，采用具有不同光纖色散值的光纖可以使得本鎖模光纖激光器輸出不同脈沖寬度的脈沖激光。
[0036]另外，如圖3所示，本實施例還提供了另一種鎖模光纖激光器的實施方式，將波分復用器200設置在所述鎖模激光諧振腔300內。此時，波分復用器200的合束端與增益光纖320耦合，第一信號端與栗浦源100耦合，第二信號端與反射部件310耦合，而光隔離器400與反射部件310耦合。栗浦光通過波分復用器200耦合直接進入增益光纖320，增益光纖320收到栗浦光激勵生成信號光并傳輸至保偏濾波器330。進入保偏濾波器330的信號光經過保偏濾波器330處理為預設偏正方向且預設波長范圍的信號光后，傳輸至可飽和吸收鏡340，經可飽和吸收鏡340鎖模后返回在鎖模激光諧振腔300內多次振蕩，振蕩過程中，傳輸至反射部件310的脈沖激光一部分透射通過光隔離器400后輸出，另一部分反射返回鎖模激光諧振腔300繼續振蕩。具體的，脈沖激光的透射輸出部分與反射返回部分的比例由反射部件310的反射率決定。
[0037]需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
[0038]在本實用新型中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”、“耦合”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關系。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。
[0039]以上所述，僅為本實用新型的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。因此，本實用新型的保護范圍應所述以權利要求的保護范圍為準。
【主權項】
1.一種鎖模光纖激光器，用于輸出脈沖激光，其特征在于，包括:栗浦源和鎖模激光諧振腔，所述鎖模激光諧振腔包括依次耦合的反射部件、增益光纖、保偏濾波器和用于鎖模的可飽和吸收鏡，所述栗浦源發出的栗浦光進入所述增益光纖生成信號光，所述信號光經所述保偏濾波器處理為預設偏振方向和預設波長范圍的信號光后進入所述可飽和吸收鏡，所述預設偏振方向和預設波長范圍的信號光經過所述可飽和吸收鏡鎖模后返回所述保偏濾波器，返回所述保偏濾波器的信號光再次進入所述增益光纖，經所述增益光纖放大后輸入至所述反射部件，經所述增益光纖放大后的信號光中滿足所述反射部件透射條件的部分輸出。2.根據權利要求1所述的鎖模光纖激光器，其特征在于，所述保偏濾波器包括殼體、用于將進入保偏濾波器的信號光調整為預設偏振方向的信號光的起偏器和用于將進入所述保偏濾波器的信號光調整為預設波長范圍的信號光的帶通濾光片，所述起偏器和所述帶通濾光片均位于所述殼體內，所述帶通濾光片的中心波長與所述脈沖激光的中心波長一致。3.根據權利要求2所述的鎖模光纖激光器，其特征在于，所述保偏濾波器還包括第一準直透鏡和第二準直透鏡，所述第一準直透鏡與所述第二準直透鏡均位于所述殼體內，所述起偏器和所述帶通濾光片位于所述第一準直透鏡和所述第二準直透鏡之間，所述第一準直透鏡、所述帶通濾光片、所述起偏器及所述第二準直透鏡的光軸重合，所述第一準直透鏡通過第一光纖與所述增益光纖耦合，所述第二準直透鏡通過第二光纖與所述可飽和吸收鏡耦入口 ο4.根據權利要求1-3中任一項所述的鎖模光纖激光器，其特征在于，還包括波分復用器，所述波分復用器設置在所述鎖模激光諧振腔外，所述波分復用器包括第一信號端和合束端，所述合束端與所述反射部件通過第三光纖耦合，所述第一信號端與所述栗浦源耦合，所述栗浦光進入所述第一信號端，從所述合束端輸出至所述反射部件，從所述反射部件透過進入所述增益光纖。5.根據權利要求4所述的鎖模光纖激光器，其特征在于，還包括光隔離器，所述波分復用器還包括第二信號端，所述光隔離器與所述第二信號端耦合。6.根據權利要求5所述的鎖模光纖激光器，其特征在于，所述反射部件與所述增益光纖之間通過第四光纖耦合，所述第三光纖和所述第四光纖均為保偏光纖。7.根據權利要求1-3中任一項所述的鎖模光纖激光器，其特征在于，還包括波分復用器，所述波分復用器設置在所述鎖模激光諧振腔內，所述波分復用器包括第一信號端、第二信號端和合束端，所述合束端與所述增益光纖耦合，所述第一信號端與所述栗浦源耦合，所述第二信號端與所述反射部件耦合。8.根據權利要求1所述的鎖模光纖激光器，其特征在于，所述可飽和吸收鏡為半導體可飽和吸收鏡、碳納米管可飽和吸收鏡、石墨烯可飽和吸收鏡或氧化石墨烯可飽和吸收鏡中的任一種。9.根據權利要求1所述的鎖模光纖激光器，其特征在于，所述反射部件為光纖光柵，所述光纖光柵的中心波長與所述脈沖激光的波長一致。10.根據權利要求1所述的鎖模光纖激光器，其特征在于，所述增益光纖為保偏光纖。
【文檔編號】H01S3/067GK205488987SQ201620022312
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月11日
【發明人】趙磊, 李超, 黎玥, 梁小寶, 徐振源, 封建勝, 張昊宇, 周泰斗, 溫靜, 王建軍, 景峰
【申請人】中國工程物理研究院激光聚變研究中心