CN101826696A - 一种高能量低重复频率的光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高能量低重复频率的光纤激光器，包括用于提供产生激光所需能量的泵浦光源、用于提供增益的增益光纤、用于对激光进行调制从而产生超短脉冲的锁模装置及用于激光传输的单模传输光纤，其中由增益光纤、单模传输光纤和锁模装置构成光纤激光器的谐振腔，所产生的激光在谐振腔内振荡，在增益光纤、锁模装置长度均不增加的情况下，单模传输光纤的长度依据光纤激光器的谐振腔长L与重复频率f_rep成反比的关系，根据所需重复频率f_rep的降低而增加。本发明通过提高谐振腔长，降低了谐振腔内脉冲的重复频率，相应提高了单脉冲能量，进一步简化了放大***的结构，提高了放大器效率，有效降低了成本。

Description

一种高能量低重复频率的光纤激光器

技术领域

本发明涉及锁模光纤激光器和放大器领域，具体涉及一种高能量低重复频率的光纤激光器。

背景技术

锁模光纤激光器是指利用锁模技术在光纤激光器中产生飞秒和皮秒超短脉冲的实验装置。锁模技术是一种对激光束进行调制的方法，使光束中不同的振荡纵模具有确定的相位关系，从而使各个模式相干叠加得到超短脉冲。一般来说，超短脉冲是指飞秒和皮秒脉冲，其中1飞秒＝1×10^-15秒，1皮秒＝1×10^-12秒。一般的锁模光纤激光器利用半导体激光器作为泵浦光源，利用掺杂稀土元素的特种光纤作为增益光纤，利用单模光纤作为激光器腔内基础元件，再利用可饱和吸收体的特性产生飞秒或皮秒脉冲。对于此种锁模光纤激光器，产生的超短脉冲激光的重复频率一般为20MHz-100MHz。在实验和应用中，为获得更低的重复频率，将锁模光纤激光振荡器产生的超短脉冲通过脉冲选择器(具体为电光调制器或声光调制器)将高重复频率20MHz-100MHz降低到低重复频率1kHz-200kHz，并将此种低重复频率的超短脉冲激光耦合入光纤放大器或固体激光放大器中，经过一级或多级放大后，得到脉冲能量为1μJ-10mJ的高能量脉冲。

上述高能量脉冲在工业加工、医疗等领域有非常重要的应用。掺杂稀土元素镱的锁模光纤激光器由于其增益高、支持宽带飞秒脉冲等特性而受到重视。将超短脉冲激光应用在微细加工和医疗中，要求其脉冲能量稳定在10μJ以上、脉冲宽度＜500fs、重复频率为100kHz-1MHz。而传统的采用电光调制器的脉冲选单方式很难使重复频率降低到大于200kHz，一般在1kHz-100kHz范围(典型值为10kHz，200kHz的电光调制器非常昂贵)。而且缺点很明显：体积庞大，能量消耗导致热效应，无法用空气冷却，工作电压过高(4000V左右)等。若采用声光调制器作为脉冲选单方式，效率较低，总会有20％以上的损耗。

发表在2005年的技术论文标题是“High energy femtosecond Yb cubicon fiber amplifier，”(L.Shah，Z.Liu，I.Hartl，G.Imeshev，G.C.Cho，and M.E.Fermann，Opt.Lett.30，2754(2005))。该论文提到，通过3级放大，将脉冲能量提高到200μJ(重复频率为100kHz)。脉冲的重复频率是通过声光调制器将振荡器的45MHz降低到100kHz。放大压缩后的脉宽是500fs。

发表在2007年的技术论文标题是：“90W average power 100μJ energy femtosecond fiber chirped-pulse amplification system，”(F.

D.Schimpf，O.Schmidt，B.

K.Rademaker，J.Limpert，and A.Tünnermann，Opt.Lett.32，2230-2232(2007))。该论文将放大后的脉冲能量提高到100μJ。仍然是将激光振荡器脉冲(重复频率为18MHz)通过声光调制器降低到900kHz，而且放大压缩后脉宽是500fs。

发表在2007年的技术论文标题是“Scaling of femtosecond Yb-doped fiber amplifiers to tens of microjoule pulse energy via nonlinear chirped pulse amplification”(L.Kuznetsova and F.W.Wise，Opt.Lett.32，2671-2673(2007))，该论文将声光调制器引入Yb光纤激光放大器***内。光纤激光振荡器的重复频率从60MHz(脉冲能量8nJ)，经过声光调制器和激光放大器后，脉冲的重复频率减少到3MHz-0.15MHz，相应的放大脉冲能量最大为1.5μJ-30μJ。此***的优点是脉宽为240fs，比上述两个文献报道的要窄。

现有高能量3MHz-0.15MHz脉冲放大技术均采用电光或声光调制技术，电光或声光调制***的价格昂贵，不利于推广。

现有利用电光或声光调制方法选择单脉冲技术，所选出的脉冲能量很低(视重复频率的降低倍率而定，选单之后的脉冲能量是初始脉冲能量的1/R(其中R为重复频率的降低倍率)，一般在几十pJ量级)，脉冲能量严重浪费，需要若干级前置放大器才能达到几十nJ量级的脉冲(一般是一到两级)。

现有的电光或声光调制方法选择单脉冲技术的调制对比度较低，选单脉冲中经常伴有微弱小原始脉冲信号，并随着放大而变差。

在光纤激光器和固体激光器中，利用锁模技术，可以获得超短脉冲。具体在光纤激光器中，实现锁模的方法主要有：非线性偏振旋转法、可饱和吸收体法(其中可饱和吸收体是指半导体可饱和吸收镜、碳纳米管可饱和吸收体)等。非线性偏振旋转法可以看成一种人工的可饱和吸收体法，将可饱和吸收体放置在激光器腔中，对腔内激光的吸收是随光场强度变化的，当光场较弱时对光吸收很强，当光场强时对光吸收减少，当达到一特定值时，使强度最大的激光脉冲经受最小的损耗，从而得到强的锁模脉冲。

对于稀土掺杂光纤激光器，常用的有掺铒和掺镱两种光纤激光器。其中对于掺铒光纤激光器，工作波长为1550nm附近，普通的单模光纤(如康宁公司的SMF28光纤)，色散值为负。由于此种光纤激光器的输出波长工作在通信波段，因此在光通信上有重要应用且获得广泛关注。相应的，在此波段，还存在色散补偿光纤和色散位移光纤等。所以此种非普通单模光纤也有零色散和正色散类型，故通过这些光纤的组合可以对整个激光器的色散进行管理和补偿。

对于掺镱光纤激光器，工作波长为1030nm附近，普通单模光纤色散为正(如Nufern公司的xp-1060光纤)，不同于掺铒光纤激光器，很难找到工作在1030nm附近的负色散单模光纤，除却特殊的光子晶体光纤外。但是此种光子晶体光纤存在很大的缺点：价格非常昂贵且被国外公司垄断(比如丹麦的Crystal Fiber公司)，焊接非常困难(普通的熔接机无法焊接，需要原厂进行焊接)等。因此如果要对腔内正色散进行补偿，在激光器中只能放置诸如体光栅、棱镜对等大型色散补偿器件。这样极大降低了光纤激光器的简易性。

在掺镱光纤激光器中，如果没有光栅对等负色散器件进行补偿，这种激光器称为掺镱全正色散光纤激光器。常用的锁模方法有两种，一是利用非线性偏振旋转机制结合光谱滤波效应。一般情况下(重复频率为MHz以上)，输出脉宽在数百fs到几ps级，压缩后最短可达到200fs左右。另外一种是利用可饱和吸收体(如半导体可饱和吸收镜)，类似的条件下，输出脉冲宽度在1ps附近，压缩后脉冲宽度也为200fs左右。

对于常规的光纤激光振荡器，利用非线性偏振旋转的方法获得锁模脉冲，重复频率为20MHz-100MHz。在最新发表的文献中，利用此种技术锁模的光纤激光器也只降低到1MHz量级，对应的激光振荡器腔内光纤长度为200米(环形腔结构)。换言之，若加长激光器的腔长(即增加腔内单模光纤的长度)，非线性偏振旋转技术没有利用可饱和吸收法的锁模效果好。为了克服这个难点从而获得低重复频率脉冲，现在通用的方法是上述已经介绍的：在激光振荡器中获得20MHz-100MHz重复频率的脉冲，在腔外或者激光放大器中放入脉冲选择器使脉冲重复频率降低到1kHz-200kHz量级。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种高能量低重复频率的光纤激光器，提供合适放大和应用的低重复频率的脉冲种子源，以提高放大效率和简化放大器***。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高能量低重复频率的光纤激光器，包括用于提供产生激光所需能量的泵浦光源、用于提供增益的增益光纤、用于对激光进行调制从而产生超短脉冲的锁模装置及用于激光传输的单模传输光纤，其中由增益光纤、单模传输光纤和锁模装置构成光纤激光器的谐振腔，所产生的激光在谐振腔振荡，在增益光纤、锁模装置长度均不增加的情况下，单模传输光纤的长度依据谐振腔长L与重复频率f_rep成反比的关系，根据所需重复频率f_rep的降低而增加。

优选地，所述谐振腔为环形腔，所述单模传输光纤的长度按下式而增加：

L₀＝c/nf_rep-L₁

其中，L₀为单模传输光纤长度，c为真空光速，n为单模传输光纤的折射率，L₁为增益光纤与锁模装置的腔内长度。

优选地，所述谐振腔为线形腔，所述单模传输光纤的长度按下式而增加：

L₀＝c/2nf_rep-L₁

其中，L₀为单模传输光纤长度，c为真空光速，n为单模传输光纤的折射率，L₁为增益光纤与锁模装置的腔内长度。

优选地，所述锁模装置为可饱和吸收体。

优选地，所述可饱和吸收体为半导体可饱和吸收镜或碳纳米管可饱和吸收体。

优选地，增益光纤为掺杂稀土元素铒、镱、钬或铥的增益光纤。

优选地，所述锁模装置为非线性偏振旋转控制器，所述光纤激光器中设置有光谱滤波器。

优选地，所述非线性偏振旋转控制器为用于偏振控制的半波长片、四分之一波长片组或光纤式偏振控制器。

优选地，所述光谱滤波器为用于光谱滤波的双折射滤光片、干涉滤光片或光纤式光谱滤波器。

优选地，增益光纤为掺杂稀土元素铒、镱、钬或铥的增益光纤。

优选地，所述谐振腔内设置有光纤式单向器或分体式空间隔离器，用于使产生的激光在所述谐振腔内单向传输形成振荡。

优选地，所述光纤激光器作为光纤放大器的种子源使用。

优选地，在所述光纤激光器或光纤放大器之后连接有反射式光栅对、透射式光栅对、体光栅或光纤式光栅的光栅压缩装置，用于对放大后的激光脉冲进行压缩。

利用本发明提供的高能量低重复频率的光纤激光器，具有以下有益效果：

1)通过提高腔长，降低了腔内脉冲的重复频率，相应提高了单脉冲能量；

2)由于提高了单脉冲能量，增加了光纤激光器腔内自相位调制效应，有利于脉冲光谱的展宽；

3)在放大前不需要继续用电光或者声光调制器来选择单个脉冲，因此大大简化了***结构，有效降低了成本；

4)由于提高了单脉冲能量，相当于增加了一级或者两级光纤前置放大器，进一步简化了放大***的结构，提高了放大器效率，有效降低了成本。

附图说明

图1为本发明实施例1中高能量低重复频率的光纤激光器结构图；

图2为本发明实施例1中得到光谱图；

图3为本发明实施例1中得到的锁模脉冲序列；

图4为本发明实施例2中高能量低重复频率的光纤激光器结构图；

图5为本发明实施例3中高能量低重复频率的光纤激光器结构图；

图6为本发明实施例4中高能量低重复频率的光纤激光器结构图；

图7为本发明实施例5中高能量低重复频率的光纤激光器结构图。

图中：1、泵浦光源；2、泵浦光传输光纤；3、波分复用器；4、单模传输光纤；5、增益光纤；6、光准直器；7、1/4波长片；8、1/2波长片；9、分体式空间隔离器；10、偏振分光棱镜；11、空间式法拉第旋转器；12、聚焦透镜；13、可饱和吸收体；14、增加的单模传输光纤；15、激光输出端口；16、光纤式单向隔离器；17、光环形器；18、光纤式偏振控制器；19、光纤功率分束器；20、光纤式反射镜；21、光纤式法拉第旋转镜。

具体实施方式

本发明提出的高能量低重复频率的光纤激光器，结合附图和实施例说明如下。

本发明提出的高能量低重复频率的光纤激光器，同现有技术相同的是其包括：用于提供产生激光所需能量的泵浦光源；用于提供增益的增益光纤；用于对激光进行调制从而产生超短脉冲的锁模装置；用于激光传输的单模传输光纤，其中由增益光纤、单模传输光纤和锁模装置构成光纤激光器的谐振腔，所产生的激光在谐振腔内振荡，与现有技术不同的是，在增益光纤、锁模装置长度均不增加的情况下，单模传输光纤的长度依据光纤激光器的谐振腔长L与重复频率f_rep成反比的关系，根据所需重复频率f_rep的降低而增加。

本发明的实验原理描述如下：

在由泵浦光源产生的泵浦光注入到光纤激光器的谐振腔后，激光开始在谐振腔内进行光振荡。由于激光增益介质是宽带的，由于模式之间的拍，噪声谱中总有一个最大的瞬时脉冲。脉冲之间的时间间隔反比于光纤激光器的谐振腔长L，重复频率f_rep为脉冲时间间隔的倒数。在环形腔式的光纤激光器中，重复频率f_rep为：

f_rep＝1/ΔT＝c/nL.            (1)

在线形腔式的光纤激光器中，重复频率f_rep为：

f_rep＝1/ΔT＝c/2nL

其中ΔT为脉冲时间间隔，c为真空光速，L为光纤激光器的谐振腔长，具体为增益光纤与锁模装置的腔内长度L₁与单模传输光纤长度L₀之和，n为单模传输光纤的折射率。

可见，只要增加谐振腔长L，脉冲的重复频率就会降低。通常的光纤激光器的环形腔长约为2m-10m，对应的脉冲重复频率为100MHz～20MHz。若将脉冲重复频率减小到1MHz～0.150MHz，腔长需要增加到200m～1300m。

本发明通过增加单模传输光纤的长度来降低重复频率。本发明提出高能量低重复频率的光纤激光器，谐振腔既可以采用环形腔也可以采用线形腔，谐振腔采用环形腔时，所述单模传输光纤的长度按下式而增加：

L₀＝c/nf_rep-L₁

谐振腔采用线形腔时，单模传输光纤的长度按下式而增加：

L₀＝c/2nf_rep-L₁

其中，L₀为单模传输光纤长度，c为真空光速，n为单模传输光纤的折射率，L₁为增益光纤与锁模装置的腔内长度。

若将光纤激光器腔内单模传输光纤的长度提高到200m～4km，则可直接将脉冲重复频率降低到50kHz-1MHz(指环形腔中，若是应用在线形腔中，重复频率为环形腔的一半)。并且理论上腔内光纤可以更长，对应的重复频率可以更低，到10kHz量级。在如此长的光纤激光器中，若不进行色散补偿，很难自启动锁模。本发明优选利用可饱和吸收体作为锁模装置，可饱和吸收体为半导体可饱和吸收镜或碳纳米管可饱和吸收体。高调制深度的半导体可饱和吸收镜，作为自启动器件，可不依赖于非线性偏振旋转机制而独立在光纤激光器中实现锁模。在放置半导体可饱和吸收镜的光纤激光器中腔内，半导体可饱和吸收镜吸收激光腔内的弱脉冲，而对腔内强脉冲吸收很少，使得腔内只有一个脉冲获得较大增益而发展起来并最终稳定。这种脉冲形成机制和激光器的谐振腔内色散无关，无论对全正色散型还是色散管理型都适用。因此，若采用可饱和吸收体作为锁模装置，其增益光纤可为掺杂稀土元素铒、镱、钬、铥的增益光纤中的任一种。

本发明所公开的在光纤激光器中直接产生高能量低重复频率脉冲的技术不同于上述公开的利用电光和声光调制器来降低重复频率等现有方法，主要差别如下：

本发明通过控制谐振腔内单模传输光纤的长度，可直接产生0.15MHz-3MHz重复频率的种子脉冲，省掉了昂贵的电光或声光调制***；

在降低脉冲重复频率的同时，平均功率却几乎不变，故可以直接产生高达100nJ量级的脉冲，而不需前置放大；

对比利用电光或者声光调制器中出现的调制比不高的问题，本发明直接产生高对比度的脉冲列，脉冲干净，无漏过脉冲被放大。

实施例1

对环形腔式的光纤激光器，如图1所示为本发明高能量低重复频率的光纤激光器的一种优选实施方式，该光纤激光器中：用于提供产生激光所需能量的泵浦光源1通过泵浦光传输光纤2接入波分复用器3，波分复用器3作为泵浦耦合器将泵浦光源1接入光纤激光器的谐振腔，提供能源入口。由单模传输光纤4、增益光纤5和锁模装置连接形成环形的谐振腔。本实施例中锁模装置采用可饱和吸收体13，可饱和吸收体13之前连接有聚焦透镜12，用于将产生的激光聚焦在可饱和吸收体13上。由于本发明与现有技术的区别在于增加了单模传输光纤4的长度，因此本文中用增加的单模传输光纤14区别于现有技术。优选地，该光纤激光器中单模传输光纤的光纤端面可以连接有光准直器6，谐振腔部分还可以连接1/4波长片7和1/2波长片8组，用于调整所产生的激光脉冲的偏振方向，并控制激光的耦合。在谐振腔内连接有可饱和吸收体13的情况下，该1/4波长片7和1/2波长片8组不是必须的。谐振腔内还连接有分体式单向隔离器9，由4个元件组成，分别为依次连接的偏振分光棱镜10、1/2波长片8、空间式法拉第旋转器11和偏振分光镜10，单向隔离器9用于使产生的激光在谐振腔内单向传输形成振荡。用其中一个偏振分光棱镜10作为光纤激光器的激光输出端口15，将谐振腔内产生的超短脉冲输出，另一个偏振分光棱镜10连接单模传输光纤4的两端和可饱和吸收体13，形成T形结构。该装置中的增益光纤可为掺杂稀土元素铒、镱、钬、铥的增益光纤中的任一种。聚焦透镜12采用普通透镜或者非球面透镜。可饱和吸收体13采用半导体可饱和吸收镜或者碳纳米管可饱和吸收体等。上述单模传输光纤14，对于掺铒光纤激光器(即增益光纤为掺饵光纤)，可以是工作波长为1.5μm的单模传输光纤、色散位移光纤等，对于掺镱光纤激光器(即增益光纤为掺镱光纤)，可以是工作波长为1μm单模传输光纤，也可以是工作波长为1.5μm单模传输光纤。分体式单向隔离器9可以设置在波分复用器3两端中的任一端。

利用上述光纤激光器的工作过程如下：打开泵浦源1后，将其调节到一定功率，光纤激光器的谐振腔内形成振荡。增大泵浦源1的光功率，当达到光纤激光器的锁模阈值之后，会得到锁模脉冲输出。此时，检测输出光谱，可在光谱仪上看到锁模光谱，典型的光谱形状如图2所示(掺镱光纤激光器，利用半导体可饱和吸收镜锁模)。同时，用高速光电探测二极管探测输出脉冲信号，可在示波器上看到锁模脉冲序列，典型的锁模脉冲序列如图3所示(此时脉冲重复频率381.3kHz)，上述锁模调制过程为现有技术，这里不再详述。

实施例2

对于环形腔式的光纤激光器，如图4所示为本发明高能量低重复频率的光纤激光器的另一种优选实施方式，本实施例中大部分器件及其连接关系与实施例1相同，不同的是本实施例采用光纤式单向隔离器16代替分体式单向空间隔离器9，单向隔离器16同样用于使产生的激光在所述谐振腔内单向传输形成振荡，可以放置在图4所示的位置，也可以任意放置在波分复用器3的另一端，如图4虚线所示。谐振腔内仍连接有两个偏振分光棱镜10，其中一个偏振分光棱镜10作为激光输出端口15输出超短脉冲激光；另一个偏振分光棱镜10连接单模传输光纤4的两端与可饱和吸收体13，形成T形结构。

实施例3

对于环形腔式的光纤激光器，如图5所示为本发明高能量低重复频率的光纤激光器的再一种优选实施方式，该光纤激光器中：用于提供产生激光所需能量的泵浦光源1通过泵浦光传输光纤2接入波分复用器3，波分复用器3作为泵浦耦合器将泵浦光源1接入光纤激光器的谐振腔，提供能源入口。由单模传输光纤4、增益光纤5和锁模装置连接形成环形的谐振腔。本实施例中锁模装置采用可饱和吸收体13，本实施例中利用光环形器17代替实施例2中的偏振分光棱镜10，光环形器17连接单模传输光纤4的两端和可饱和吸收体13，形成T形结构。同样本实施例中包括增加的单模传输光纤14。本实施例中未采用1/4波长片7和1/2波长片8组来调整激光脉冲的偏振方向，而是采用光纤式偏振控制器18来调整激光脉冲的偏振方向。本实施例与实施例1、2的区别还在于利用光纤功率分束器19作为光纤激光器的激光输出端口15。与实施例2相同，谐振腔内连接有单向隔离器16，单向隔离器16使产生的激光在所述谐振腔内单向传输形成振荡，可以放置在图5所示的位置，也可以任意放置在波分复用器3的另一端，如图5虚线所示。该装置中的增益光纤可为掺杂稀土元素铒、镱、钬、铥的增益光纤中的任一种。可饱和吸收体13采用半导体可饱和吸收镜或者碳纳米管可饱和吸收镜等。

实施例4

本发明的核心思想是在光纤激光器的谐振腔中加长光纤的长度，利用锁模技术获得稳定的高能量低重复频率脉冲。基于此核心思想，单独利用非线性偏振旋转技术代替利用可饱和吸收体也可以获得锁模脉冲输出。上述已经指出，对于如此长的光纤激光器的谐振腔，单独利用非线性偏振旋转技术没有利用可饱和吸收体更容易获得锁模脉冲，但是通过精细调节波片组，还是可以获得稳定锁模脉冲的。对于环形腔式的光纤激光器，如图6所示，该光纤激光器中：用于提供产生激光所需能量的泵浦光源1通过泵浦光传输光纤2接入波分复用器3，波分复用器3作为泵浦耦合器将泵浦光源1接入光纤激光器的谐振腔，提供能源入口。由单模传输光纤4、增益光纤5和锁模装置连接形成环形的谐振腔。同样本实施例包括增加的单模传输光纤4。该光纤激光器中单模传输光纤4的光纤端面可以连接有准直器6，谐振腔部分连接有1/4波长片7和1/2波长片8组，用于调整激光脉冲的偏振方向，并控制激光的耦合。谐振腔部分连接有偏振分光棱镜10，偏振分光棱镜10作为激光输出端口15输出超短脉冲。增益光纤可为掺杂稀土元素铒、镱、钬、铥的增益光纤中的任一种。

实施例5

对于对线形腔式的光纤激光器，如图7所示，本实施例该光纤激光器中：用于提供产生激光所需能量的泵浦光源1通过泵浦光传输光纤2接入波分复用器3，波分复用器3作为泵浦耦合器将泵浦光源1接入光纤激光器的谐振腔，提供能源入口。由单模传输光纤4、增益光纤5和锁模装置连接形成线形的谐振腔。同样本实施例中包括增加的单模传输光纤14。线形谐振腔的一端为可饱和吸收体13，另一端为光纤式反射镜20或光纤式法拉第旋转镜21，保证所产生的激光在线形腔内来回振荡。利用光纤功率分束器19作为光纤激光器的激光输出端口15。

本发明所提供的高能量低重复频率的光纤激光器，可以作为光纤放大器的种子源使用。在所述光纤激光器或光纤放大器之后连接有反射式光栅对、透射式光栅对、体光栅或光纤式光栅的光栅压缩装置，用于对放大后的激光脉冲进行压缩。

通过以上实施例可以总结出，本发明的关键之一是光纤种类和光纤长度的选择。对于掺镱光纤激光器，工作波长为1μm波段。而1μm增益光纤价格相对昂贵，1km以上长度的光纤价格普通用户比较难于承受。本发明提出，在掺镱光纤激光器中，除去选用1μm增益光纤之外，改用普通的通信用单模传输光纤仍然可以达到锁模要求，这样极大节约了成本。对于掺铒光纤激光器，工作波长在1.5μm波段，选择正色散单模传输光纤比选择负色散单模传输光纤可产生更具有高能量和不***的脉冲。

本发明的关键之二是脉冲启动机制。本发明依靠高调制深度的可饱和吸收体(半导体可饱和吸收镜和碳纳米管可饱和吸收体等，调制深度大于20％，优选采用30％，使光纤激光器相对容易，而且可保证锁模的自启动和自恢复)来启动锁模。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (13)

1.一种高能量低重复频率的光纤激光器，包括用于提供产生激光所需能量的泵浦光源、用于提供增益的增益光纤、用于对激光进行调制从而产生超短脉冲的锁模装置及用于激光传输的单模传输光纤，其中由增益光纤、单模传输光纤和锁模装置构成光纤激光器的谐振腔，所产生的激光在谐振腔振荡，其特征在于：在增益光纤、锁模装置长度均不增加的情况下，单模传输光纤的长度依据谐振腔长L与重复频率f_rep成反比的关系，根据所需重复频率f_rep的降低而增加。

2.根据权利要求1所述的高能量低重复频率的光纤激光器，其特征在于，所述谐振腔为环形腔，单模传输光纤的长度按下式而增加：

L₀＝c/nf_rep-L₁

其中，L₀为单模传输光纤长度，c为真空光速，n为单模传输光纤的折射率，L₁为增益光纤与锁模装置的腔内长度。

3.根据权利要求1所述的高能量低重复频率的光纤激光器，其特征在于，所述谐振腔为线形腔，单模传输光纤的长度按下式而增加：

L₀＝c/2nf_rep-L₁

其中，L₀为单模传输光纤长度，c为真空光速，n为单模传输光纤的折射率，L₁为增益光纤与锁模装置的腔内长度。

4.根据权利要求2或3所述的高能量低重复频率的光纤激光器，其特征在于，所述锁模装置为可饱和吸收体。

5.根据权利要求4所述的高能量低重复频率的光纤激光器，其特征在于，所述可饱和吸收体为半导体可饱和吸收镜或碳纳米管可饱和吸收体。

6.根据权利要求4所述的高能量低重复频率的光纤激光器，其特征在于，所述增益光纤为掺杂稀土元素铒、镱、钬或铥的增益光纤。

7.根据权利要求2或3所述的高能量低重复频率的光纤激光器，其特征在于，所述锁模装置为非线性偏振旋转控制器，所述光纤激光器中设置有光谱滤波器。

8.根据权利要求7所述的高能量低重复频率的光纤激光器，其特征在于，所述非线性偏振旋转控制器为用于偏振控制的半波长片、四分之一波长片组或光纤式偏振控制器。

9.根据权利要求7所述的高能量低重复频率的光纤激光器，其特征在于，所述光谱滤波器为用于光谱滤波的双折射滤光片、干涉滤光片或光纤式光谱滤波器。

10.根据权利要求7所述的高能量低重复频率的光纤激光器，其特征在于，所述增益光纤为掺杂稀土元素铒、镱、钬或铥的增益光纤。

11.根据权利要求2所述的高能量低重复频率的光纤激光器，其特征在于，所述谐振腔内设置有光纤式单向器或分体式空间隔离器，用于使产生的激光在所述谐振腔内单向传输形成振荡。

12.根据权利要求1所述的高能量低重复频率的光纤激光器，其特征在于，所述光纤激光器作为光纤放大器的种子源使用。

13.根据权利要求12所述的高能量低重复频率的光纤激光器，其特征在于，在所述光纤激光器或光纤放大器之后连接有反射式光栅对、透射式光栅对、体光栅或光纤式光栅的光栅压缩装置，用于对放大后的激光脉冲进行压缩。

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