CN117613655A - 基于可饱和吸收体的宽调谐激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于可饱和吸收体的宽调谐激光器，涉及激光技术领域，包括泵浦源、波分复用器、增益光纤、可饱和吸收体、偏振相关隔离器、光纤光谱滤波器、光耦合器以及第二偏振控制器，所述波分复用器、增益光纤、可饱和吸收体以及光纤光谱滤波器形成环形腔光路；所述光纤光谱滤波器包括第一偏振器、第二偏振器、标准单模光纤、第一偏振控制器、第一保偏光纤以及第二保偏光纤，所述第一偏振控制器设置在第一保偏光纤和第二保偏光纤之间的标准单模光纤上。本发明利用基于光纤的滤波器设计，可以在基于偏振保持光纤中的双折射补偿的原理下，实现光谱带宽可调节，并且能够生成具有不同输出光谱形状和脉冲演变的独特激光模式。
Description
技术领域
本发明涉及激光技术领域，特别是涉及一种基于可饱和吸收体的宽调谐激光器。
背景技术
光纤激光器具有小型化、高效率、环境适应性强、便于产业化等优点,在工业、商业、科研和军事等众多领域具有十分广泛的应用。目前,实现超短脉冲的主要方式是基于半导体饱和吸收镜(SESAM)的被动锁模技术,但SESAM制作成本高,在光纤中使用不便捷。
滤波器的光谱带宽可调谐性基于保偏光纤中的双折射补偿。这种独特的滤波器允许光纤振荡器锁模运行，并能够生成具有不同输出光谱形状和脉冲演变的独特激光模式。锁模全常态色散(ANDi)激光器的状态由三个主要参数确定，即光谱滤波器的非线性(NL)相移，群速度色散(GVD)和带宽(BW)。即使光谱滤波器的带宽可以显著改变激光输出，但不易调谐滤波器带宽。基于光纤的光谱滤波器设计的激光器性能较好，能产生nJ脉冲，脉冲持续时间从ps到fs。尽管已经很好地探究了相关的光纤光谱滤波器，但这些滤波器没有可调谐的带宽。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可调节光谱带宽的基于可饱和吸收体的宽调谐激光器。
为了达到上述目的，本发明的解决方案是：
基于可饱和吸收体的宽调谐激光器，包括
泵浦源、波分复用器、增益光纤、可饱和吸收体、偏振相关隔离器、光纤光谱滤波器、光耦合器以及第二偏振控制器，所述波分复用器、增益光纤、可饱和吸收体以及光纤光谱滤波器形成环形腔光路；
所述光纤光谱滤波器包括第一偏振器、第二偏振器、标准单模光纤、第一偏振控制器、第一保偏光纤以及第二保偏光纤，所述第一偏振控制器设置在第一保偏光纤和第二保偏光纤之间的标准单模光纤上。
进一步的，所述泵浦源输出的泵浦激光接入所述波分复用器的第一入射端，所述波分复用器的出射端通过增益光纤连接至所述可饱和吸收体，所述可饱和吸收体出射端连接至所述偏振相关隔离器，偏振相关隔离器的出射端连接至所述光纤光谱滤波器，所述光耦合器连接光纤光谱滤波器后与第二偏振控制器相连，第二偏振控制器连入所述波分复用器的第二入射端。
进一步的，所述泵浦源的光纤耦合输出波长为976nm。
进一步的，所述增益光纤为掺稀土光纤。
进一步的，所述可饱和吸收体采取机械分离、化学剥离或气相沉积的方法制备获得。
进一步的，所述第一保偏光纤和第二保偏光纤的长度为14-20cm。
进一步的，所述第一保偏光纤和第二保偏光纤以45°的角度拼接于第一偏振控制器。
进一步的，所述光耦合器输出端的分接端口为80/20。
采用上述方案后，本发明利用基于光纤的滤波器设计，可以在基于偏振保持光纤中的双折射补偿的原理下，实现光谱带宽可调节，并且这种独特的滤波器允许光纤振荡器锁模运行，并且能够生成具有不同输出光谱形状和脉冲演变的独特激光模式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明较佳实施例的光路结构示意图；
图2为本发明较佳实施例的光纤光谱滤波器的原理图。
附图标记说明：1、泵浦源；2、波分复用器；3、可饱和吸收体；4、偏振相关隔离器；5、光耦合器；61、第一偏振器；62、第二偏振器；63、第一偏振控制器；64、第一保偏光纤；65、第二保偏光纤；7、第二偏振控制器；8、增益光纤；9、标准单模光纤；a、输出端口。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。
如图1和图2所示，本发明揭示了一种基于可饱和吸收体3的宽调谐激光器，包括泵浦源1、波分复用器2、增益光纤8、可饱和吸收体3、偏振相关隔离器4、光纤光谱滤波器、光耦合器5以及第二偏振控制器7，波分复用器2、增益光纤8、可饱和吸收体3以及光纤光谱滤波器形成环形腔光路。
光纤光谱滤波器用于进行带宽调谐，通过改变谐振腔低损耗区所对应的波长来改变激光的波长。具体地，光纤光谱滤波器包括第一偏振器61、第二偏振器62、标准单模光纤9、第一偏振控制器63、第一保偏光纤64以及第二保偏光纤65，第一偏振控制器63设置在第一保偏光纤64和第二保偏光纤65之间的标准单模光纤9上。
泵浦源1输出的泵浦激光接入波分复用器2的第一入射端，波分复用器2的出射端通过增益光纤8连接至可饱和吸收体3，可饱和吸收体3出射端连接至偏振相关隔离器4，偏振相关隔离器4的出射端连接至光纤光谱滤波器，光耦合器5连接光纤光谱滤波器后与第二偏振控制器7相连，第二偏振控制器7连入波分复用器2的第二入射端。
所述第一偏振控制器63加在第一保偏光纤64和第二保偏光纤65之间的标准单模光纤9上，可调整第一偏振控制器63在标准单模光纤9中创建应力引起的双折射。第一偏振控制器63在输入光上施加线性偏振，然后线性偏振沿第一保偏光纤64、标准单模光纤9、第二保偏光纤65传播，从而根据双折射在每根光纤中累积相对相移，该相移与波长有关，并引起偏振态的旋转。本实施例中的第一保偏光纤64、第二保偏光纤65以及第一保偏光纤64和第二保偏光纤65之间的标准单模光纤9的长度在14～20cm之间。
本实施例采用可饱和吸收体3进行锁模，激光器的输出脉宽与可饱和吸收体3的调制深度有关。由于可饱和吸收体3调制深度的增加可以使激光器输出脉冲变窄，相比于以往的可饱和吸收体实现锁模的全光纤结构激光器，基于可饱和吸收体3的宽调谐激光器具有脉冲宽度明显变窄、输出功率明显变大、重复频率明显提高、锁模阈值显著降低的优点。具体地，可饱和吸收体3可采取机械分离、化学剥离或气相沉积等方法制备获得。
本实施例通过第二偏振控制器7将第一偏振控制器63引起与波长有关的旋转转换为幅度调制，从而产生正弦透射曲线，因此可以通过调节标准单模光纤9中的应力双折射来对总双折射以及滤光片的带宽进行显著调整。
所述泵浦源1用于输出泵浦激光，波分复用器2用于将光耦合到环形腔光路，可饱和吸收体3用作光调制器件来启动模式锁定过程，光耦合器5用于监测光纤光谱滤波器之后的频谱。
所述偏振相关隔离器4可以在任意位置提供相同的峰值隔离效果，其带有一个法拉第转子，在出厂前就经过调节，可以将设计波长光波的偏振方向旋转45°。在偏振相关隔离器4中后向传播的光由于输出偏振器的作用，偏振方向为45°，这样与输入偏振器透射轴上光的偏振方向相差90°。因此，一个偏振相关隔离器4就可以阻断后向传播的光。
在本实施例中，从泵浦源1发出的波长为976nm的泵浦激光经过波分复用器2耦合后入射到增益光纤8上，泵浦激光经过55cm的增益光纤8后注入约1m的标准单模光纤9中，之后增益激光注入可饱和吸收体3来启动锁模过程，偏振相关隔离器4确保激光单向运行到达光纤光谱滤波器，最终入射到80/20的光耦合器5。透过光耦合器5后输出高光束质量的锁模激光脉冲，可在输出端口a监测滤波器后的频谱。
上述增益光纤8采用掺稀土元素离子光纤，如掺铒光纤、掺镱光纤等。所述第一保偏光纤64和第二保偏光纤65以45°的角度拼接于第一偏振控制器63。
本实施例提供的激光器以非常低的泵浦功率在激射阈值以下操作实体，通过实验验证频谱滤波器的传输特性，通过光耦合器5的20％输出端口a观察滤波器的输出，调整第一偏振控制器63，监测光纤光谱滤波器输出模拟透射光谱的带宽。
激光器通过在激光阈值以下操作腔来调整第一偏振控制器63来获得带宽为10.8nm的光纤光谱滤波器。然后，增加泵浦功率，并通过旋转腔内波片，以350mw的泵浦功率调谐第二偏振控制器7来实现锁模。光谱滤波器的特性取决于PM-SMF-PM界面，而并非整个光纤腔，与现有的滤波器相比，该结构有助于减少滤波器传输曲线中的漂移。
本发明滤波器带宽的可调谐性是基于光纤光谱滤波器中的双折射补偿，只需要对偏振控制器调谐即可，无需重建滤波器；并且通过基于双折射的光谱滤波器，还可生成高能超短脉冲。因此，本发明具有很好的实用性和可操作性，结构紧凑小巧，激光单向输出、高重复频率、高稳定性等优点，可广泛应用于国防、工业、医疗及科研领域，具有很好的应用前景和商业价值。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.基于可饱和吸收体的宽调谐激光器，其特征在于：包括
泵浦源(1)、波分复用器(2)、增益光纤(8)、可饱和吸收体(3)、偏振相关隔离器(4)、光纤光谱滤波器、光耦合器(5)以及第二偏振控制器(7)，所述波分复用器(2)、增益光纤(8)、可饱和吸收体(3)以及光纤光谱滤波器形成环形腔光路；
所述光纤光谱滤波器包括第一偏振器(61)、第二偏振器(62)、标准单模光纤(9)、第一偏振控制器(63)、第一保偏光纤(64)以及第二保偏光纤(65)，所述第一偏振控制器(63)设置在第一保偏光纤(64)和第二保偏光纤(65)之间的标准单模光纤(9)上。
2.根据权利要求1所述的基于可饱和吸收体的宽调谐激光器，其特征在于：所述泵浦源(1)输出的泵浦激光接入所述波分复用器(2)的第一入射端，所述波分复用器(2)的出射端通过增益光纤(8)连接至所述可饱和吸收体(3)，所述可饱和吸收体(3)出射端连接至所述偏振相关隔离器(4)，偏振相关隔离器(4)的出射端连接至所述光纤光谱滤波器，所述光耦合器(5)连接光纤光谱滤波器后与第二偏振控制器(7)相连，第二偏振控制器(7)连入所述波分复用器(2)的第二入射端。
3.根据权利要求1所述的基于可饱和吸收体的宽调谐激光器，其特征在于：所述泵浦源(1)的光纤耦合输出波长为976nm。
4.根据权利要求1所述的基于可饱和吸收体的宽调谐激光器，其特征在于：所述增益光纤(8)为掺稀土光纤。
5.根据权利要求1所述的基于可饱和吸收体的宽调谐激光器，其特征在于：所述可饱和吸收体(3)采取机械分离、化学剥离或气相沉积的方法制备获得。
6.根据权利要求1所述的基于可饱和吸收体的宽调谐激光器，其特征在于：所述第一保偏光纤(64)和第二保偏光纤(65)的长度为14-20cm。
7.根据权利要求1所述的基于可饱和吸收体的宽调谐激光器，其特征在于：所述第一保偏光纤(64)和第二保偏光纤(65)以45°的角度拼接于第一偏振控制器(63)。
8.根据权利要求1所述的基于可饱和吸收体的宽调谐激光器，其特征在于：所述光耦合器(5)输出端的分接端口为80/20。
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