CN103414093A - 一种全光纤脉冲激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全光纤脉冲激光器,属于激光技术与非线性光学领域。本发明主要包括泵浦源(1)、光纤合束器(2)、第一增益光纤(3)、第二增益光纤(4)、第一反射型光纤布拉格光栅(5)、第二反射型光纤布拉格光栅(6)、光隔离器(7)、全反镜(8)和环形器(9),采用线性腔结构,或者环形腔结构。本发明采用掺杂稀土元素的增益光纤作为激光调制器件,不需要外界附加的调制源,全光纤结构,实现高稳定性、高功率、高能量、高效率的超短脉冲激光输出。相对于半导体可饱和吸收镜(SESAM)和石墨烯(Graphene)调Q、锁模技术,利用增益光纤直接进行脉冲调制,设计简单、结构紧凑且具有高稳定性,更易于产业化实用。
Description
技术领域
本发明公开了一种全光纤脉冲激光器,属于激光技术与非线性光学领域。
背景技术
光纤激光器具有体积小、重量轻、转换效率高、输出光束质量好等优点,近年来得到了迅猛发展。具有高输出功率、高光束质量、高稳定性的脉冲激光器是激光领域人们关注的热点之一,特别是调Q、锁模光纤激光器由于能够产生高频率的超短脉冲,在光通信***、光电传感、探测诊断、生物医学、精密微加工和和军事等众多领域有着广阔的前景。
在目前的光纤激光器调Q技术研究中,有些人采用了声光调Q、电光调Q等技术。采用声光调Q是利用声光晶体的声光效应,通过周期性的改变谐振腔的增益来实现调Q的。采用电光调Q是利用电光晶体的电光效应,通过周期性的改变谐振腔的增益来实现调Q的。还有人采用全光纤调Q方式,如Sagnac环调Q、周期可调的光纤光栅(FBG)调Q、光纤型可饱和吸收体调Q等。总之,光纤激光器的调Q技术正朝着全光纤化发展。
然而谐振腔内加入声光、电光调制器件带来了***损耗大、转换效率较低的问题;同时半导体可饱和吸收镜(SESAM)、碳纳米管(SWNT)和石墨烯用于调Q存在制作工艺难、生产成本高、调节步骤繁琐等问题。
发明内容
为了解决谐振腔内加入声光、电光调制器件所带来的***损耗大、转换效率较低;同时半导体可饱和吸收镜(SESAM)、碳纳米管(SWNT)和石墨烯用于调Q存在的制作工艺难、生产成本高、调节步骤繁琐等问题,本发明采用一种基于掺稀土光纤和光纤布拉格光栅的方案,实现激光器的全光纤化,无需额外调制器件,大大降低谐振腔损耗,实现稳定的高功率脉冲激光输出。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:一种全光纤脉冲激光器,包括泵浦源(1)、光纤合束器(2)、第一增益光纤(3)、第二增益光纤(4)、第一反射型光纤布拉格光栅(5)、第二反射型光纤布拉格光栅(6)、光隔离器(7);泵浦源(1)连接光纤合束器(2)的泵浦输入端;光纤合束器(2)的信号端连接第一光纤布拉格光栅(5);光纤合束器(2)的公共端连接第一增益光纤(3);第一增益光纤(3)的另一端连接第二增益光纤(4);第二增益光纤(4)的另一端连接第二光纤布拉格光栅(6);第二光纤布拉格光栅(6)另一端与光隔离器(7)相连,光通过隔离器(7)后输出。此结构即为线性结构。
所述的第一反射型光纤布拉格光栅(5)或者第二反射型光纤布拉格光栅(6)还可以换成全反镜(8),第一反射型光纤布拉格光栅(5)、第二反射型光纤布拉格光栅(6)和全反镜(8)的反射率为R,其中0<R<1。
一种全光纤脉冲激光器,包括泵浦源(1)、光纤合束器(2)、第一增益光纤(3)、第二增益光纤(4)、反射型光纤布拉格光栅(6)、光隔离器(7)、以及环行器(9);泵浦源(1)连接光纤合束器(2)的泵浦输入端;光纤合束器(2)的信号端连接第二增益光纤(4)的一端;光纤合束器(2)的公共端连接第一增益光纤(3),第一增益光纤(3)的另一端连接环形器(9)的入射端;环形器(9)的公共端连接光纤布拉格光栅(6),光纤布拉格光栅(6)的另一端连接光隔离器(7),环形器(9)的出射端与第二增益光纤(4)连接,形成环形腔,光纤布拉格光栅(6)另一端与光隔离器(7)相连,光通过隔离器(7)后输出。此结构即为环形结构。
所述的第二增益光纤(4)还可以设置在环形器(9)的公共端与光纤布拉格光栅(6)之间,所述的光纤合束器(2)还可以换成波分复用器(2’)。
根据权利要求2或4所述的一种全光纤脉冲激光器,其特征在于:所述的泵浦源(1)是半导体激光器、固体激光器、气体激光器、光纤激光器或拉曼激光器,输出泵浦光的中心波长λ的范围为:700nm≤λ≤2000nm。
所述的第一增益光纤(3)和第二增益光纤(4)是掺有稀土元素的光纤或光子晶体光纤,其中掺杂的稀土元素是镱(Yb)、铒(Er)、钬(Ho)、铥(Tm)、钐(Sm)、铋(Bi)中的一种或几种。
所述的泵浦方式是纤芯单端泵浦、纤芯双端泵浦、包层单端泵浦或包层双端泵浦。
所述的光纤合束器(2)是(2+1)x1或(6+1)x1合束器。
有益效果
1、本发明利用增益光纤的可饱和吸收特性产生激光超短脉冲,不需要外界附加的调制源,全光纤设计
2、本发明采用增益光纤作为调制器件,降低了脉冲调制器件的制造成本和工艺难度,节省激光器成本。
3、本发明设计简单、结构紧凑,同时可以输出稳定性高、脉冲能量大的超短脉冲激光,易于实现产业化。
附图说明:
图1为实施例1全光纤脉冲激光器基本原理图
图2为实施例2全光纤脉冲激光器基本原理图
图3为实施例3全光纤脉冲激光器基本原理图
图4为实施例4全光纤脉冲激光器基本原理图
图中:1、泵浦源;2、光纤合束器;2’、波分复用器;3第一增益光纤;4第二增益光纤;5第一反射型光纤布拉格光栅;6第二反射型光纤布拉格光栅;7、光隔离器;8、全反镜;9、环形器
具体实施方式
下面结合图示1、2、3、4对本发明作进一步说明,但不仅限于以下几种实施例。
实施例1
一种全光纤脉冲激光器结构如图1所示。图中1为泵浦源,可选用中心波长为976nm的半导体激光二极管;2为光纤合束器,可选用(2+1)×1泵浦信号合束器,如6/125型或20/125型;3、4是掺稀土光纤,可选用美国Nufern公司生产的高性能掺镱光纤;5、6是反射型光纤布拉格光栅,可选全反型或部分反射型光栅,反射率为R,其中0<R<1;7是光隔离器,可选偏振无关光隔离器。
泵浦光通过光纤合束器2的泵浦端进入到第一增益光纤3,然后到达起可饱和吸收作用的第二增益光纤4,接下来到达第二反射型光纤布拉格光栅6,其反射率为R(0<R<1),该中心波长处的光会被反射回去,反射光依次经第一增益光纤3、光纤合束器2后到达第一反射型光纤布拉格光栅5,然后再经第一反射型光纤布拉格光栅5反射,在第一反射型光纤布拉格光栅5和第二反射型光纤布拉格光栅6之间构成线形腔;在线形腔内由于第二增益光纤4的可饱和吸收作用,即光纤的透过率随光强的增加而增加的特性,光强较强的部分通过光纤时损耗小,透过率高;光强较弱的部分通过光纤时损耗大,透过率低,从而产生脉冲输出,经过光隔离器7之后输出。
实施例2
一种全光纤脉冲激光器结构如图2所示。与实施例1不同之处仅在于将反射型光纤布拉格光栅5替换为全反镜8。也可以将第二反射型光纤布拉格光栅6替换为全反镜。
实施例3
一种全光纤脉冲激光器结构如图3所示。图中1为泵浦源,可选用中心波长为976nm的半导体激光二极管;2为光纤合束器,可以选用(2+1)×1泵浦信号合束器,如6/125型或20/125型;3、4是掺稀土光纤,可选用美国Nufern公司生产的高性能掺镱光纤;6是反射型光纤布拉格光栅,可选全反型或部分反射型光栅,其反射率为R(0<R<1);7是光隔离器,可选偏振无关光隔离器。
泵浦光通过光纤合束器2的泵浦端进入,通过第一增益光纤3,由环形器9的入射端进入,环形器的工作方向为入射端→公共端→出射端,方向不可逆,公共端连接第二反射型光纤布拉格光栅6进行波长选择,光栅反射回的光经出射端回到环形腔内,通过第二增益光纤4,到达光纤合束器2的信号端,形成环形谐振腔,在环形腔腔内由于第二增益光纤4的可饱和吸收作用,即光纤的透过率随光强的增加而增加的特性,光强较强的部分通过光纤时损耗小,透过率高;光强较弱的部分通过光纤时损耗大,透过率低,从而产生脉冲输出,经光隔离器7后输出。
实施例4
一种全光纤脉冲激光器结构如图4所示。图中1为泵浦源,可选用中心波长为976nm的半导体激光二极管;2’为波分复用器,可选980/1064nm单模波分复用耦合器;3、4是掺稀土光纤,可选用美国Nufern公司生产的高性能掺镱光纤;6是反射型光纤布拉格光栅,反射率为R(0<R<1);7是光隔离器,可选偏振无关光隔离器。
泵浦光通过波分复用器2’的980nm端进入,然后通过第一增益光纤3经入射端进入环形器,环形器公共端连接第二增益光纤4,第二增益光纤4主要起可饱和吸收体的作用,第二增益光纤4一端连接环形器公共端,第二增益光纤4另一端连接反射型光纤布拉格光栅6,,反射型光纤布拉格光栅6中心波长处的光会被反射回去,沿环形器工作方向(入射端→公共端→出射端)经出射端回到波分复用器的1064nm端,形成环形腔,在环形腔腔内由于第二增益光纤4的可饱和吸收作用,即光纤的透过率随光强的增加而增加的特性,光强较强的部分通过光纤时损耗小,透过率高;光强较弱的部分通过光纤时损耗大,透过率低,在满足激光振荡的条件下输出激光经光隔离器7输出。
Claims (8)
1.一种全光纤脉冲激光器,其特征在于:包括泵浦源(1)、光纤合束器(2)、第一增益光纤(3)、第二增益光纤(4)、第一反射型光纤布拉格光栅(5)、第二反射型光纤布拉格光栅(6)、光隔离器(7);泵浦源(1)连接光纤合束器(2)的泵浦输入端;光纤合束器(2)的信号端连接第一光纤布拉格光栅(5);光纤合束器(2)的公共端连接第一增益光纤(3);第一增益光纤(3)的另一端连接第二增益光纤(4);第二增益光纤(4)的另一端连接第二光纤布拉格光栅(6);第二光纤布拉格光栅(6)另一端与光隔离器(7)相连,光通过隔离器(7)后输出。
2.根据权利要求1所述的一种全光纤脉冲激光器,其特征在于:所述的第一反射型光纤布拉格光栅(5)或者第二反射型光纤布拉格光栅(6)还可以换成全反镜(8),第一反射型光纤布拉格光栅(5)、第二反射型光纤布拉格光栅(6)和全反镜(8)的反射率为R,其中0<R<1。
3.一种全光纤脉冲激光器,其特征在于:包括泵浦源(1)、光纤合束器(2)、第一增益光纤(3)、第二增益光纤(4)、反射型光纤布拉格光栅(6)、光隔离器(7)、以及环行器(9);泵浦源(1)连接光纤合束器(2)的泵浦输入端;光纤合束器(2)的信号端连接第二增益光纤(4)的一端;光纤合束器(2)的公共端连接第一增益光纤(3),第一增益光纤(3)的另一端连接环形器(9)的入射端;环形器(9)的公共端连接光纤布拉格光栅(6),光纤布拉格光栅(6)的另一端连接光隔离器(7),环形器(9)的出射端与第二增益光纤(4)连接,形成环形腔,光纤布拉格光栅(6)另一端与光隔离器(7)相连,光通过隔离器(7)后输出。
4.根据权利要求3所述的一种全光纤脉冲激光器,其特征在于:所述的第二增益光纤(4)还可以设置在环形器(9)的公共端与光纤布拉格光栅(6)之间,所述的光纤合束器(2)还可以换成波分复用器(2’)。
5.根据权利要求2或4所述的一种全光纤脉冲激光器,其特征在于:所述的泵浦源(1)是半导体激光器、固体激光器、气体激光器、光纤激光器或拉曼激光器,输出泵浦光的中心波长λ的范围为:700nm≤λ≤2000nm。
6.根据权利要求2或4所述的一种全光纤脉冲激光器,其特征在于:所述的第一增益光纤(3)和第二增益光纤(4)是掺有稀土元素的光纤或光子晶体光纤,其中掺杂的稀土元素是镱(Yb)、铒(Er)、钬(Ho)、铥(Tm)、钐(Sm)、铋(Bi)中的一种或几种。
7.根据权利要求2或4所述的一种全光纤脉冲激光器,其特征在于:所述的泵浦方式是纤芯单端泵浦、纤芯双端泵浦、包层单端泵浦或包层双端泵浦。
8.根据权利要求2或4所述的一种全光纤脉冲激光器,其特征在于:所述的光纤合束器(2)是(2+1)x1或(6+1)x1合束器。
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