[發(fā)明專利]一種產(chǎn)生高能量飛秒脈沖的全光纖結(jié)構(gòu)激光系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010270747.0
• 申請(qǐng)日: 2010-09-02
• 公開（公告）號(hào): CN101924319A
• 公開（公告）日: 2010-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉雪明;毛東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): H01S3/067
• 分類號(hào): H01S3/067;H01S3/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 徐平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光纖激光系統(tǒng)，具體涉及一種產(chǎn)生高能量飛秒脈沖的全光纖結(jié)構(gòu)激光系統(tǒng)。

背景技術(shù)

全光纖激光器由于其結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、穩(wěn)定性高且無需進(jìn)行光路對(duì)準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)，在光通信、超連續(xù)譜產(chǎn)生、醫(yī)療等領(lǐng)域得到了深入研究和廣泛應(yīng)用。光纖激光器可以工作在不同的狀態(tài)，包括連續(xù)光輸出和脈沖輸出。根據(jù)鎖模后輸出脈沖特性的不同，目前研究的光脈沖主要分為四類。第一種是工作在負(fù)色散區(qū)的傳統(tǒng)孤子(conventional?soliton)。通過光纖激光器腔內(nèi)光纖反常色散和克爾非線性效應(yīng)的相互作用達(dá)到平衡狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了自啟動(dòng)鎖模脈沖輸出。然而由于孤子的能量量子化效應(yīng)，這種脈沖的能量被限制在0.1納焦(nJ)內(nèi)。第二種是展寬脈沖(stretched-pulse)。展寬脈沖激光器通過在腔內(nèi)加入色散延遲線，腔內(nèi)凈色散接近于0。脈沖在腔內(nèi)傳輸過程中周期性的壓縮和展寬，由于增大了平均脈寬，減弱了非線性效應(yīng)，單脈沖能量可以達(dá)到1nJ左右，峰值功率可以達(dá)到千瓦量級(jí)。第三種是腔內(nèi)凈色散為微正色散的自相似脈沖(self-similar?pulse)。自相似脈沖激光器通過在腔內(nèi)加上負(fù)色散器件以實(shí)現(xiàn)脈沖自洽演化，脈沖在腔內(nèi)傳播過程中形狀基本保持不變，具有一定的抵抗光波分裂的能力。第四種是耗散型孤子(dissipative?soliton)。它是最近幾年來發(fā)現(xiàn)的一種新型孤子脈沖，產(chǎn)生于具有大的正色散的光纖激光器內(nèi)。這種孤子的形成是增益色散、增益飽和與正色散效應(yīng)、非線性損耗等的綜合效果，其中增益和損耗起了主導(dǎo)作用，故稱之為耗散型孤子。與傳統(tǒng)孤子相比，其脈寬增大了二、三個(gè)數(shù)量級(jí)，非線性效應(yīng)得到明顯的抑制，光脈沖具有極強(qiáng)的抵御光波分裂能力，單脈沖能量可達(dá)幾十nJ的水平。

雖然耗散型孤子具有較高的脈沖能量，但是這種脈沖寬度一般比較大，達(dá)到幾十皮秒(ps)，脈沖帶有極大的頻率啁啾。這就需要對(duì)脈沖進(jìn)行去啁啾，實(shí)現(xiàn)脈沖在時(shí)域上的壓縮，從而得到高的峰值功率。一般的壓縮方法包括使用棱鏡對(duì)、光柵對(duì)、布拉格光柵等負(fù)色散器件對(duì)脈沖進(jìn)行啁啾補(bǔ)償。但是這些器件都是非光纖結(jié)構(gòu)，不易調(diào)節(jié)，且在與光纖激光器耦合時(shí)不方便。同時(shí)，這些光學(xué)器件制作難度大，價(jià)格也較高，不利于光纖激光器在工程上的推廣和使用。

為了得到更高能量的超短脈沖，可以通過光纖放大器來放大傳統(tǒng)的飛秒脈沖，但是這使激光系統(tǒng)變得復(fù)雜，不利于工程使用，而且放大后的脈沖可能發(fā)生畸變。其它獲得高能量脈沖的方法是在激光腔內(nèi)加入特殊器件等，例如使用大模場(chǎng)的光子晶體光纖(PCF)，通過增大模場(chǎng)面積，降低光脈沖的能量密度，從而提高光脈沖的能量。但是PCF和單模光纖的芯徑不統(tǒng)一，無法直接進(jìn)行耦合，需要空間光學(xué)器件進(jìn)行連接，光纖激光系統(tǒng)就不再是全光纖結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致調(diào)節(jié)繁瑣、成本增高、穩(wěn)定性降低。目前國內(nèi)還沒有一種結(jié)構(gòu)簡單、工作在通信波長，可以產(chǎn)生高能量飛秒脈沖的光纖激光器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種產(chǎn)生高能量飛秒脈沖的全光纖結(jié)構(gòu)激光系統(tǒng)，旨在解決目前摻鉺(Er³⁺)光纖激光器脈沖能量低、穩(wěn)定性差等技術(shù)問題，使其在光通信、光學(xué)傳感、光學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

該全光纖結(jié)構(gòu)激光系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生高能量脈沖的環(huán)形激光器和單模光纖，所述單模光纖分為兩部分，一部分位于環(huán)形激光器腔內(nèi)，另一部分位于環(huán)形激光器腔外用于脈沖壓縮；所述環(huán)形激光器包括依次通過腔內(nèi)單模光纖連接的波分復(fù)用器、摻鉺光纖、第一偏振控制器、偏振相關(guān)隔離器、第二偏振控制器和輸出耦合器，其中波分復(fù)用器的輸入端設(shè)置有泵浦光源；所述摻鉺光纖的長度為3至50m，其在1550nm附近具有正色散；所述輸出耦合器的輸出端連接有位于腔外的單模光纖，此單模光纖在1550nm附近具有負(fù)色散，長度為50至500m。

上述波分復(fù)用器的波分范圍為980nm/1550nm。

上述輸出耦合器的輸出比率為10％-80％，選擇較佳的輸出比率為70％。

上述泵浦光源輸出功率為100-200mW。

上述泵浦光源為工作波長為980nm附近的單模半導(dǎo)體激光器，該單模半導(dǎo)體激光器工作參數(shù)與摻鉺光纖匹配。上述泵浦光源較適宜的輸出功率為125mW，所述摻鉺光纖的長度為18m左右。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：

該光纖激光器所用器件皆為普通光纖激光器所用的普通器件，都已經(jīng)商用化，故成本非常低廉。

該光激光器采用了全光纖結(jié)構(gòu)，不用空間光調(diào)整器件，故其結(jié)構(gòu)簡單、易于調(diào)節(jié)、穩(wěn)定性好。

該光纖激光器采用單模光纖壓縮光脈沖，與光柵對(duì)等其他壓縮器件相比，極大地降低了成本。