[發明專利]帶有非線性補償的超短脈沖光纖激光器

無效

• 申請號: 201110415137.X
• 申請日: 2011-12-14
• 公開（公告）號: CN102570254A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 曾祥龍;張倩武;詹祥;胡俊高
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/139
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術領域

本發明具體涉及一種帶有非線性補償的超短脈沖光纖激光器，屬于激光技術領域。

背景技術

目前，超短激光脈沖已經成為前沿科學研究的最活躍、最具有創造性的工具和手段，尤其是在探索微觀層次上的超快過程中，例如原子內電子的運動過程、不同能級之間的電子躍遷等，提供更高時間分辨的研究；在熱核反應快速點火機制、激光與等離子體相互作用及強場物理等，需要脈寬極窄且峰值功率極高的超短激光脈沖；在生物化學領域，需要時間分辨率極高的探測光源，研究極快的化學反應過程，例如分子鍵的斷裂與重組，分子與原子的振動過程和基于飛秒光纖激光器泵浦產生太赫茲波等，超短激光脈沖正在發揮越來越重要的作用。

獲得飛秒甚至亞飛秒脈沖主要集中在固態飛秒激光器系統中，然而固態激光器的結構非常復雜，使得系統的成本和維護難度大大提高。超短脈沖光纖激光器由于結構緊湊、高可靠性、高光轉換效率，越來越受到人們的關注。尤其是摻鐿鎖模光纖激光器，具有增益帶寬大、摻雜粒子數密度高、吸收截面積大、激光二極管泵浦效率高等特點，成為大功率超短脈沖激光的主要實現技術之一。

大功率摻鐿鎖模光纖激光器已經從孤子脈沖鎖模、展寬脈沖鎖模、自相似脈沖鎖模發展到全正色散脈沖鎖模，可獲得的飛秒脈沖，據報道已經可以產生脈寬小于200fs、單脈沖能量大于20nJ的脈沖輸出。隨著進一步腔內色散管理機制的改進和光子晶體光纖激光器的發展，輸出脈沖能量會進一步提高。然而，超短脈沖在光纖中的高階非線性效應會引起光脈沖分裂，極大地限制了輸出脈沖寬度。為了避免過多的非線性相移對脈沖的影響，目前大多采用色散管理機制來生成展寬脈沖，以降低峰值功率，然后通過色散補償實現飛秒脈沖輸出。

發明內容???

針對以上獲取短脈沖方法中存在的不足，本發明的目的在于提供一種帶有非線性補償的超短脈沖光纖激光器，能減小脈沖寬度，顯著提高脈沖峰值功率，可用于軍事、醫療等領域。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種帶有非線性補償的超短脈沖光纖激光器，包括980nm泵浦光源、波分復用器、摻鐿光纖、第一光纖準直器、第一1/4波片、半波片、偏振分束器、第一衍射光柵、第二衍射光柵、第三衍射光柵、第四衍射光柵、光隔離器、第二1/4波片、第二光纖準直器、單模光纖、第三光纖準直器、準相位匹配晶體和第四光纖準直器。其特征在于所述偏振分束器有一個輸入端口a，兩個輸出端口b、c；所述980nm泵浦光源與所述波分復用器的一個輸入端相連接，為激光器持續提供泵浦能量；所述波分復用器的輸出端通過所述摻鐿光纖與第一光纖準直器的輸入端連接，所述第一光纖準直器的輸出光束依次經第一1/4波片、半波片、偏振分束器、第一衍射光柵、第二衍射光柵、第三衍射光柵、第四衍射光柵、光隔離器和第二1/4波片，輸入到第二光纖準直器，所述第二光纖準直器的輸出端口通過單模光纖連接第三光纖準直器的輸入端口，所述第三光纖準直器的輸出光束經準相位匹配晶體輸入到第四光纖準直器，所述第四光纖準直器的輸出端口通過光纖連接所述波分復用器的另一個輸入端，從而首尾連接構成一個光環路。

上述偏振分束器的輸出端口c為激光器輸出端

上述準相位匹配晶體通過改變其溫度來實現腔內非線性管理。

本發明的工作原理：

在超短脈沖光纖激光器中，利用準相位匹配晶體的級聯二階非線性產生自散焦來補償三階克爾效應引起的非線性，實現大能量的超短脈沖輸出。激光器采用環形腔結構，包括一段較長的正色散單模光纖，一段盡可能短但同時又能提供足夠增益的摻鐿光纖。波分復用器將泵浦光耦合進入摻鐿光纖；光脈沖在單模光纖中進行自相似演化；在摻鐿增益光纖中被放大，由于增益光纖足夠短，所以脈沖在放大期間可以忽略色散和非線性效應；兩個1/4波片，一個半波片以及偏振分束器構成了一個飽和吸收體，它是完成被動鎖模的重要部件，起到穩定脈沖的作用；在偏振分束器處，一部分能量進入衍射光柵對，與其正交偏振的光脈沖能量不允許在激光腔內運行而輸出腔外，作為激光器的輸出激光；衍射光柵作為色散延遲線用來壓縮腔內脈沖同時引入了大部分的損耗；準相位匹配晶體為激光腔內加入了額外的自散焦非線性，通過控制晶體溫度可以改變腔內的非線性強度，實現了可控的非線性補償。最后光脈沖通過波分復用器耦合到摻鐿光纖，開始下一圈的運行。

本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點：

（1）在傳統的自相似鎖模摻鐿脈沖光纖激光器中加入準相位匹配晶體，可在大的相位失配條件下引入非線性控制，實現了更短的脈沖寬度以及更高的峰值功率；