CN103715594A - 具有模场适配的半导体可饱和吸收镜 - Google Patents

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樊仲维
连富强
白振岙
张晓雷
林蔚然
张晶
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Abstract

本发明公开一种具有模场适配的半导体可饱和吸收镜，包括半导体可饱和吸收镜和保偏光纤模场适配器，所述半导体可饱和吸收镜和保偏光纤模场适配器耦合，形成密闭的全光纤结构；其中，保偏光纤模场适配器包括大芯径单模保偏光纤和具有热扩芯区域的小芯径单模保偏光纤，所述大芯径单模保偏光纤和小芯径单模保偏光纤连接。本发明光纤式SESAM可以更大的芯径保偏光纤实现耦合；光纤全部采用保偏光纤制作，实现器件的全保偏光纤结构；可以适用于低重复频率锁模光纤激光器，满足其稳定锁模需要的SESAM低能量密度以及不同芯径的保偏光纤之间光束低损耗的传输。

Description

具有模场适配的半导体可饱和吸收镜
技术领域
本发明涉及激光技术领域，具体涉及一种具有模场适配的半导体可饱和吸收镜。
背景技术
目前，针对被动锁模光纤激光器常用的锁模方式分为两种：一种是基于环形腔结构利用非线性偏振旋转（NPR）实现激光器内模式的锁定；另一种方式是基于线性腔结构利用可饱和吸收体实现模式的锁定。NPR方式可以实现较高功率的锁模脉冲，但其缺点是不易实现锁模的自启动，并且锁模的稳定性不如后者，因此，在注重锁模激光器稳定性的工业加工中趋向于线性腔结构的锁模光纤激光器。
线性腔结构的锁模激光器，其锁模的核心器件为可饱和吸收体，相比于其他的可饱和吸收体如染料，半导体可饱和吸收镜（SESAM）由于其稳定的工作性能被广泛的使用，目前为了实现线性腔锁模激光器的全光纤结构通常直接将半导体可饱和吸收镜直接与纤芯直径为6微米的光纤耦合，可以实现更高的激光输出效率以及更高的锁模稳定性。
针对低重复频率的锁模光纤激光器其脉冲能量较大，SESAM与纤芯直径为6微米的光纤耦合后其光斑面积为固定值，这样会导致SESAM表面的能量密度过高，从而出现锁模多脉冲等不稳定的情况，为了解决上述问题可以将SESAM与纤芯直径大于6微米的光纤耦合（如纤芯直径为10微米的光纤），这样可以降低SESAM表面的能量密度。
但是，目前光纤器件单模保偏光纤器件都采用纤芯直径为6微米光纤制作，因此SESAM如果耦合的光纤纤芯直径大于6微米便会使得锁模脉冲在由粗光纤向细光纤传播的过程中损失掉大部分的能量，在激光器***内产生非常高的能量损耗，影响激光器稳定的锁模启动，此时需要将不同纤芯直径的光纤进行模场面积的匹配，目前国内市场并没有利用保偏光纤制作的模场适配器产品。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术匹配繁琐，实现模场适配功能。
本发明的技术方案包括一种具有模场适配的半导体可饱和吸收镜，包括半导体可饱和吸收镜和保偏光纤模场适配器，所述半导体可饱和吸收镜和保偏光纤模场适配器耦合，形成密闭的全光纤结构；其中，保偏光纤模场适配器包括大芯径单模保偏光纤和具有热扩芯区域的小芯径单模保偏光纤，所述大芯径单模保偏光纤和小芯径单模保偏光纤连接。
优选地，所述耦合采用紫外胶直接耦合。
优选地，所述大芯径单模保偏光纤与小芯径单模保偏光纤采用光纤熔接机熔接。
优选地，所述热扩芯区域为，利用光纤熔接机的扫描放电，对所述小芯径单模保偏光纤的纤芯持续放电，所述纤芯会沿所述光纤熔接机电极的垂直方向往复运动，所述纤芯内的掺杂粒子扩散形成所述热扩芯区域，所述热扩芯区域的直径大于所述小芯径单模保偏光纤纤芯的直径。
优选地，所述光纤熔接机的熔接放电电流大于所述光纤熔接机的扫描放电电流。
优选地，所述光纤熔接机的扫描放电时间为5-10s。
优选地，所述热扩芯区域范围为1-5毫米。
本发明的有益效果包括：光纤式SESAM可以更大的芯径保偏光纤实现耦合；光纤全部采用保偏光纤制作，实现器件的全保偏光纤结构；可以适用于低重复频率锁模光纤激光器，满足其稳定锁模需要的SESAM低能量密度以及不同芯径的保偏光纤之间光束低损耗的传输。
附图说明
图1为本发明一实施例的具有模场适配的半导体可饱和吸收镜结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明利用大芯径保偏光纤与SESAM耦合增加SESAM表面的模场面积，减小其表面的能量密度，同时利用光纤的热扩芯技术使小芯径的保偏光纤的纤芯面积增加用以匹配大芯径保偏光纤的模场面积，实现由SESAM反射的激光由粗光纤低损耗的耦合进入细光纤传输。
提供一种具有模场适配的半导体可饱和吸收镜，包括半导体可饱和吸收镜和与半导体可饱和吸收镜耦合的保偏光纤模场适配器，形成密闭的全光纤结构。
其中，保偏光纤模场适配器包括大芯径单模保偏光纤和与其连接的小芯径单模保偏光纤，小芯径单模保偏光纤具有热扩芯区域。
上述耦合采用紫外胶直接耦合。
利用藤仓保偏光纤熔接机将大芯径单模保偏光纤与小芯径单模保偏光纤熔接。
本发明光纤式SESAM可以更大的芯径保偏光纤实现耦合；光纤全部采用保偏光纤制作，实现器件的全保偏光纤结构；可以适用于低重复频率锁模光纤激光器，满足其稳定锁模需要的SESAM低能量密度以及不同芯径的保偏光纤之间光束低损耗的传输。
实施例1
如图1所示，本发明实施例一种具有模场适配的半导体可饱和吸收镜，包括半导体可饱和吸收镜1和保偏光纤模场适配器10，半导体可饱和吸收镜1和保偏光纤模场适配器10耦合，形成密闭的全光纤结构。
进一步，保偏光纤模场适配器10包括大芯径单模保偏光纤2和小芯径单模保偏光纤7。
大芯径单模保偏光纤2具有纤芯4和包层3，小芯径单模保偏光纤7具有纤芯9、热扩芯区域6和包层8。
上述耦合采用紫外胶直接耦合。其中，紫外胶为德国AbleluxA4061T。
其中，连接利用藤仓保偏光纤熔接机将大芯径单模保偏光纤2与小芯径单模保偏光纤7熔接。
热扩芯区域6为，利用光纤熔接机的扫描放电，小芯径单模保偏光纤纤芯内的掺杂粒子会在电极放电的过程中产生扩散，从而增加纤芯的面积，对小芯径单模保偏光纤7的纤芯9持续放电，在电极放电过程中，纤芯9会沿光纤熔接机电极的垂直方向往复运动，使电极可以均匀的对光纤的纤芯产生热扩芯，纤芯9内的掺杂粒子扩散形成热扩芯区域，热扩芯区域6的直径大于小芯径单模保偏光纤纤芯7的直径。
大芯径单模保偏光纤2与小芯径单模保偏光纤7的热扩芯端5熔接，其中，热扩芯端5位于热扩芯区域6远离纤芯9的一端。
光纤熔接机的熔接放电电流大于光纤熔接机的扫描放电电流。
放电时间越长越有利于纤芯内掺杂粒子的扩散，光纤熔接机的电极单次扫描放电时间为10s，避免破坏光纤的纤芯。
热扩芯范围越长越有益于实现纤芯均匀的增加，本发明实施例热扩芯区域6范围为5毫米。
实施例2
本发明一种具有模场适配的半导体可饱和吸收镜，大芯径单模保偏光纤2具有纤芯4和包层3，小芯径单模保偏光纤7具有纤芯9、热扩芯区域6和包层8。
热扩芯区域6为，利用光纤熔接机的扫描放电，小芯径单模保偏光纤纤芯内的掺杂粒子会在电极放电的过程中产生扩散，从而增加纤芯的面积，对小芯径单模保偏光纤7的纤芯9持续放电，在电极放电过程中，纤芯9会沿光纤熔接机电极的垂直方向往复运动，使电极可以均匀的对光纤的纤芯产生热扩芯，纤芯9内的掺杂粒子扩散形成热扩芯区域，热扩芯区域6的直径大于小芯径单模保偏光纤纤芯7的直径。
大芯径单模保偏光纤2与小芯径单模保偏光纤7的热扩芯端5熔接，其中，热扩芯端5位于热扩芯区域6远离纤芯9的一端。
光纤熔接机的电极单次扫描放电时间为5s，避免破坏光纤的纤芯；热扩芯区域6范围为1毫米。
实施例3
本发明一种具有模场适配的半导体可饱和吸收镜，大芯径单模保偏光纤2具有纤芯4和包层3，小芯径单模保偏光纤7具有纤芯9、热扩芯区域6和包层8。
热扩芯区域6为，利用光纤熔接机的扫描放电，小芯径单模保偏光纤纤芯内的掺杂粒子会在电极放电的过程中产生扩散，从而增加纤芯的面积，对小芯径单模保偏光纤7的纤芯9持续放电，在电极放电过程中，纤芯9会沿光纤熔接机电极的垂直方向往复运动，使电极可以均匀的对光纤的纤芯产生热扩芯，纤芯9内的掺杂粒子扩散形成热扩芯区域，热扩芯区域6的直径大于小芯径单模保偏光纤纤芯7的直径。
大芯径单模保偏光纤2与小芯径单模保偏光纤7的热扩芯端5熔接，其中，热扩芯端5位于热扩芯区域6远离纤芯9的一端。
光纤熔接机的电极单次扫描放电时间为5s；热扩芯区域6范围为5毫米。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种具有模场适配的半导体可饱和吸收镜，其特征在于，包括半导体可饱和吸收镜和保偏光纤模场适配器，所述半导体可饱和吸收镜和保偏光纤模场适配器耦合，形成密闭的全光纤结构；
其中，保偏光纤模场适配器包括大芯径单模保偏光纤和具有热扩芯区域的小芯径单模保偏光纤，所述大芯径单模保偏光纤和小芯径单模保偏光纤连接。
2.根据权利要求1所述的半导体可饱和吸收镜，其特征在于，所述耦合采用紫外胶直接耦合。
3.根据权利要求1所述的半导体可饱和吸收镜，其特征在于，所述大芯径单模保偏光纤与小芯径单模保偏光纤采用光纤熔接机熔接。
4.根据权利要求3所述的半导体可饱和吸收镜，其特征在于，所述热扩芯区域为，
利用光纤熔接机的扫描放电，对所述小芯径单模保偏光纤的纤芯持续放电，所述纤芯会沿所述光纤熔接机电极的垂直方向往复运动，所述纤芯内的掺杂粒子扩散形成所述热扩芯区域，所述热扩芯区域的直径大于所述小芯径单模保偏光纤纤芯的直径。
5.根据权利要求4所述的半导体可饱和吸收镜，其特征在于，所述光纤熔接机的熔接放电电流大于所述光纤熔接机的扫描放电电流。
6.根据权利要求4所述的半导体可饱和吸收镜，其特征在于，所述光纤熔接机的扫描放电时间为5-10s。
7.根据权利要求4所述的半导体可饱和吸收镜，其特征在于，所述热扩芯区域范围为1-5毫米。
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