CN106451049A - 800±100nm波段高重频全光纤激光产生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种800±100nm波段高重频全光纤激光产生装置，属于激光技术和非线性光学领域，解决了现有装置采用块状钛宝石晶体作为增益介质导致的空间光路繁多、结构复杂、稳定性差等问题。800±100nm波段高重频全光纤激光产生装置包括通过光纤依次连接的锁模光纤激光器、偏振控制器、在线起偏器、色散延迟器、第一光纤预放大器、频率控制器、第二光纤预放大器及主放大器。基于对锁模光纤激光器输出的脉冲进行偏振调控原理，达到整形光谱效果，在经过后续增益光纤功率放大的同时结合光纤中非线性效应，实现具有800±100nm波段输出的高重频全光纤激光装置。上述800±100nm波段高重频全光纤激光产生装置可以作为高重频钛宝石激光放大器高性能、高集成光纤种子源。

Description

800±100nm波段高重频全光纤激光产生装置
技术领域
本发明涉及光纤激光装置技术领域，尤其涉及一种800±100nm波段高重频全光纤激光产生装置。
背景技术
随着激光科学的发展，输出峰值波长在780nm的高能钛宝石激光光源被广泛应用于高次谐波产生、阿秒脉冲产生及天体物理等研究领域，具有重要价值。锁模钛宝石激光种子源极宽的发射谱(700nm-900nm)为高峰值功率钛宝石激光器的发展提供了充分条件，使其在高能量输出的同时，仍然可以维持较短的脉宽。然而，700nm-900nm钛宝石锁模激光种子源需要昂贵的Nd:YVO4/Nd:YLF倍频532nm激光器泵浦，致使其价格昂贵、空间结构繁多且维护困难。其次，对于输出波长在700nm-900nm，重频百kHz，脉冲能量μJ-几十μJ的钛宝石激光器来说，其通常是相对困难的实现。而且百kHz，脉冲能量μJ级的钛宝石激光器需要采用TEC甚至液氮制冷、导致结构复杂，且价格昂贵。这主要归因于钛宝石激光晶体低的热导率与效率。这些局限因素促使科研工作者又积极探索新的技术手段去实现价格低廉、性能稳定可靠的百kHz，μJ级的700-900nm激光光源，一定程度上弥补现有钛宝石激光光源的不足。
发明内容
鉴于此，有必要提供一种高性能、高集成、免维护且能降低成本的800±100nm波段高重频全光纤激光产生装置。
一种800±100nm波段高重频全光纤激光产生装置，包括通过光纤依次连接的锁模光纤激光器、偏振控制器、在线起偏器、色散延迟器、第一光纤预放大器、频率控制器、第二光纤预放大器及主放大器。
在其中一个实施例中，所述锁模光纤激光器采用掺镱全保偏锁模光纤激光振荡器，其中，锁模器件为半导体可饱和吸收镜、石墨烯、碳纳米管或拓扑绝缘体。
在其中一个实施例中，所述锁模光纤激光器的输出功率小于100mW，中心波长1000-1100nm，光谱宽度10±5nm，重频小于100MHz，脉冲宽度小于20ps。
在其中一个实施例中，所述偏振控制器采用非偏振保持光纤。
在其中一个实施例中，所述在线起偏器采用偏振保持光纤，且工作在单偏振状态。
在其中一个实施例中，所述色散延迟器采用长度小于2000m偏振保持光纤。
在其中一个实施例中，所述第一光纤预放大器采用长度为1m的掺镱单模增益光纤二极管纤芯泵浦激光放大器，输出信号功率小于250mW。
在其中一个实施例中，所述频率控制器采用基于声光效应器件或基于光克尔效应器件。
在其中一个实施例中，所述第二光纤预放大器为二极管泵浦掺镱双包层增益光纤激光放大器。
在其中一个实施例中，所述主放大器采用熔融拼接光子晶体增益光纤激光放大器，光子晶体增益光纤采用空间泵浦或合束器熔接泵浦，泵浦方式为正向泵浦或反向泵浦。
上述800±100nm波段高重频全光纤激光产生装置100，采用全光纤集成技术实现具有高重频高能量输出的高性能、高集成700-900nm激光光源，克服了现有装置采用钛宝石激光技术导致的空间结构繁多、操作维护困难等缺点，使得上述800±100nm波段高重频全光纤激光产生装置100结构较为简单，成本较低，且具有高可靠、免维护等优点。
附图说明
图1为一实施方式的800±100nm波段高重频全光纤激光产生装置的结构示意图。
图2为实施例1的锁模光纤激光器10输出光谱图。
图3为实施例1的锁模光纤激光器10输出光经偏振控制器20与在线起偏器30调控后输出光谱图。
图4为实施例1的800±100nm波段高重频全光纤激光产生装置在700-900nm波段输出光谱图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，一实施方式的800±100nm波段高重频全光纤激光产生装置100，包括通过光纤依次连接的锁模光纤激光器10、偏振控制器20、在线起偏器30、色散延迟器40、第一光纤预放大器50、频率控制器60、第二光纤预放大器70及主放大器80。
具体的，偏振控制器20置于锁模光纤激光器10和在线起偏器30之间，锁模光纤激光器10置于偏振控制器20前端，并与偏振控制器20通过光纤连接连接。该激光产生装置为全光纤熔融拼接结构。在线起偏器30前端与偏振控制器20另一端通过光纤连接。色散延迟器40置于在线起偏器30后端，并与在线起偏器30通过光纤熔融拼接。锁模光纤激光器10发出种子脉冲序列依次传输通过偏振控制器20和在线起偏器30后由色散延迟器40注入与之相邻的第一光纤预放大器50一侧。第一光纤预放大器50置于色散延迟器40和频率控制器60之间，第一光纤预放大器50前端于色散延迟器40另一侧通过光纤连接。频率控制器60置于第一光纤预放大器50后端，并与第一光纤预放大器50熔融拼接。第二光纤预放大器70置于频率控制器60与主放大器80之间。第二光纤预放大器70置于频率控制器60另一侧，并与频率控制器60通过光纤连接。主放大器80置于第二光纤预放大器70另一侧，并与第二光纤预放大器70熔融拼接，另一端作为输出。
锁模光纤激光器10采用掺镱全保偏锁模光纤激光振荡器，其中，锁模器件可以为半导体可饱和吸收镜、石墨烯、碳纳米管或拓扑绝缘体等。
锁模光纤激光器10的输出功率<100mW，中心波长1000-1100nm，光谱宽度10±5nm，重频<100MHz，脉冲宽度<20ps。
偏振控制器20采用非偏振保持光纤。
在线起偏器30采用偏振保持光纤，且工作在单偏振状态。
色散延迟器40采用长度为<2000m偏振保持光纤。
第一光纤预放大器50采用长度为1m的掺镱单模增益光纤二极管纤芯泵浦激光放大器，输出信号功率<250mW。
频率控制器60采用基于声光效应器件或基于光克尔效应器件。
第二光纤预放大器70为二极管泵浦掺镱双包层增益光纤激光放大器。
主放大器80采用熔融拼接光子晶体增益光纤激光放大器。光子晶体增益光纤可以采用空间泵浦或合束器熔接泵浦。泵浦方式可以为正向泵浦或反向泵浦。
上述800±100nm波段高重频全光纤激光产生装置，基于对锁模光纤激光器输出的脉冲进行偏振调控原理，达到整形光谱效果，在经过后续增益光纤功率放大的同时结合光纤中非线性效应，实现具有800±100nm波段输出的高重频全光纤激光装置。上述800±100nm波段高重频全光纤激光产生装置可以作为高重频钛宝石激光放大器高性能、高集成光纤种子源。
上述800±100nm波段高重频全光纤激光产生装置100，采用全光纤集成技术实现具有高重频高能量输出的高性能、高集成700-900nm激光光源，克服了现有装置采用钛宝石激光技术导致的空间结构繁多、操作维护困难等缺点，使得上述800±100nm波段高重频全光纤激光产生装置100结构较为简单，成本较低，且具有高可靠、免维护等优点。
上述800±100nm波段高重频全光纤激光产生装置100，采用高增益、高效率、高光束质量、优秀散热性的光纤作为增益与传导介质、克服了块状钛宝石激光晶体低效率、低散热性等缺陷，使得其具有支持高重频高功率输出的优点。
上述800±100nm波段高重频全光纤激光产生装置100，采用二极管激光器泵浦，克服了钛宝石激光技术采用价格昂贵的Nd:YVO4/Nd:YLF倍频激光器泵浦的缺陷，使得其具有低成本的优点。
实施例1
在如图1所示的800±100nm波段高重频全光纤激光产生装置100，锁模光纤激光器10选用输出中心波长1030.8nm，光谱半高全宽10nm，功率22.3mW，脉宽10ps，重频45MHzSESAM锁模全保偏激光振荡器。偏振控制器20采用手动式在线光纤偏振控制器，光纤类型为HI1060。在线起偏器30采用PM980偏振保持光纤。色散延迟器40为偏振保持单模光纤，长度为1100m。第一光纤预放大器50选用中心波长976nm，输出功率388mW单模激光二极管、保偏波分复用器、长度为1m偏振保持掺镱单模增益光纤(PM-YSF-HI)构成的二极管纤芯泵浦单模激光放大器。频率控制器60采用Gooch&Housego公司生产的全保偏光纤声光调制器。第二光纤预放大器70采用中心波长976nm，输出功率为791mW，芯径105μm多模激光二极管、保偏泵浦激光合束器、长度为60cm偏振保持掺镱双包层增益光纤(PLMA-YDF-10/125-VIII)构成的包层泵浦激光放大器。主放大器80采用输出功率9W，芯径105μm多模激光二极管、保偏多模泵浦合束器及NKT公司生产的长度为2m，芯径40μm，包层直径200μm保偏光子晶体增益光纤构成的全熔接增益模块。
以上锁模光纤激光器10、偏振控制器20、在线起偏器30、色散延迟器40、第一光纤预放大器50、频率控制器60、第二光纤预放大器70及主放大器80均采用光纤熔融拼接，没有任何空间光路。锁模光纤激光器10发出的脉冲序列经偏振控制器20与在线起偏器30进行偏振调控，进而获得所需要的波谱输出，如图3所示。
被光谱调制后的脉冲经色散延迟器40进入第一光纤预放大器50，在388mW 976nm单模激光泵浦下，入射的光谱调制脉冲经过1m掺镱单模增益光纤被放大到210mW。经过第一光纤预放大器50后的脉冲序列由频率控制器60降频至275.9kHz，后经第二光纤预放大器70进一步放大后获得了10mW、275.9kHz激光输出。主放大器80将第二光纤预放大器70输出的放大脉冲激光进一步放大，同时结合放大过程中的非线性光学效应，最后产生了700-900nm波段激光输出，输出光谱如图4所示。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种800±100nm波段高重频全光纤激光产生装置，其特征在于，包括通过光纤依次连接的锁模光纤激光器、偏振控制器、在线起偏器、色散延迟器、第一光纤预放大器、频率控制器、第二光纤预放大器及主放大器。
2.如权利要求1所述的800±100nm波段高重频全光纤激光产生装置，其特征在于，所述锁模光纤激光器采用掺镱全保偏锁模光纤激光振荡器，其中，锁模器件为半导体可饱和吸收镜、石墨烯、碳纳米管或拓扑绝缘体。
3.如权利要求1所述的800±100nm波段高重频全光纤激光产生装置，其特征在于，所述锁模光纤激光器的输出功率小于100mW，中心波长1000-1100nm，光谱宽度10±5nm，重频小于100MHz，脉冲宽度小于20ps。
4.如权利要求1所述的800±100nm波段高重频全光纤激光产生装置，其特征在于，所述偏振控制器采用非偏振保持光纤。
5.如权利要求1所述的800±100nm波段高重频全光纤激光产生装置，其特征在于，所述在线起偏器采用偏振保持光纤，且工作在单偏振状态。
6.如权利要求1所述的800±100nm波段高重频全光纤激光产生装置，其特征在于，所述色散延迟器采用长度小于2000m偏振保持光纤。
7.如权利要求1所述的800±100nm波段高重频全光纤激光产生装置，其特征在于，所述第一光纤预放大器采用长度为1m的掺镱单模增益光纤二极管纤芯泵浦激光放大器，输出信号功率小于250mW。
8.如权利要求1所述的800±100nm波段高重频全光纤激光产生装置，其特征在于，所述频率控制器采用基于声光效应器件或基于光克尔效应器件。
9.如权利要求1所述的800±100nm波段高重频全光纤激光产生装置，其特征在于，所述第二光纤预放大器为二极管泵浦掺镱双包层增益光纤激光放大器。
10.如权利要求1所述的800±100nm波段高重频全光纤激光产生装置，其特征在于，所述主放大器采用熔融拼接光子晶体增益光纤激光放大器，光子晶体增益光纤采用空间泵浦或合束器熔接泵浦，泵浦方式为正向泵浦或反向泵浦。
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