[發明專利]具有非線性光環路鏡的激光器

有效

• 申請號: 201310070323.3
• 申請日: 2013-03-05
• 公開（公告）號: CN103311780A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 沃爾夫岡·漢塞爾;羅納德·霍茨瓦爾特;拉爾夫·杜貝克;邁克爾·梅
• 申請（專利權）人: 門羅系統股份有限公司
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/083;H01S3/108
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇

技術領域

本發明涉及一種具有激光諧振器的激光器，所述激光諧振器包括非線性光環路鏡(non-linear?optical?loop?mirror，NOLM)。NOLM用于引導反向傳播的激光脈沖部分，并用于使得反向傳播的激光脈沖部分在NOLM的出口點處互相干涉。在本發明的描述中，將術語NOLM解釋為包括NALM(non-linear?amplifying?loop?mirror，非線性放大環路鏡)。

背景技術

通常，為了生成超短脈沖，需要使構成輸出的激光模式之間具有固定的相位關系。通過對激光器進行鎖模來固定所述相位關系。存在不同的用于鎖模激光器的方法。這些方法都依賴于以下事實，即：元件設置在用于促成脈沖傳輸的激光器中，換言之，元件在順時針操作(cw?operation)中的損耗要高于其在脈沖狀態操作中的損耗。

在光纖激光器中進行無源鎖模的最常用方法采用：

(a)可飽和吸收器，

(b)非線性偏振旋轉，或

(c)非線性光纖環路鏡。

方法(a)比較麻煩，因為其依賴于相對較慢的處理，該處理會加重激光器中頻率和振幅的噪聲。由例如半導體材料或碳納米管等制成的可飽和吸收器是非常易損的裝置，施加太大的光功率很容易使其受損，并且該裝置在很多情況下會出現劣化，由此限制了這類系統的使用壽命。

低噪聲應用首選方法(b)和(c)，這是由于方法(b)和(c)都基于光快速克爾效應(optically?fast?Kerr?effect)。這兩種方法都屬于附加脈沖鎖模(APM)的領域。

另一方面，方法(b)也比較麻煩，因為這種方法利用了非偏振保持(非PM)光纖。因此，偏振狀態和鎖模性能依賴于諸如溫度等的環境影響，而且還依賴于光纖的彎曲方式。這使得難以在較長的一段時間內不受環境變化影響地操作這類激光器。

方法(a)和(b)提供較好的自啟動性。其原因是：在不進行放大的情況下，激光腔中光的往返傳輸在非常低的峰值功率處表現出如圖9所示的典型形狀，其中傳輸(T)為縱軸，循環峰值功率(P)為橫軸。具體地，在峰值功率P為零處，依賴于強度的傳輸T具有非零值，并且更重要的是，傳輸T示出了非零的斜率，這有助于在低功率下從噪聲中構建脈沖。

在以往，方法(c)是比較麻煩的，因為激光器無法自啟動或者只有通過費力地使用附加有源調制器才會自啟動。在美國專利7,817,684B2中說明了這種有源調制器，其安裝在激光諧振器中并在激光開始脈沖之后關斷。通常地，這種激光器不僅包括NOLM，而且還包括第二環路以及在這兩個環路至少之一中的激光增益介質。

方法(c)的傳統8字形結構不是天生就具有在功率為零處具有非零斜率的強度依賴傳輸T。反而，其傳輸函數表現出圖10所示的形狀。所述傳輸是NOLM環路中沿順時針(cw)傳播和沿逆時針(ccw)傳播的脈沖之間的差動相移的振蕩函數。所述相位與循環脈沖的峰值功率成比例，并且非常依賴環路的非對稱性。環路的非對稱性可能是由不對稱地插入損耗或增益元件引起的，或者是由非對稱環路耦合器所引起的。在后一種情況下，僅實現了部分調制(圖10中的虛線)。

通過單模光纖來實現典型的8字形光纖激光器，由此提供兩個并行的傳播模式。這使得可以通過對非線性環路中的偏振進行適當的控制，來產生沿順時針(cw)傳播的脈沖和沿逆時針(ccw)傳播的脈沖之間的線性(即，不依賴于強度的)相移。美國專利5,050,183和美國專利7,940,816B2中公開了對8字形激光器中的偏振進行控制。

所述文獻示出：依賴于作為鎖模機構的NOLM(非線性光環路鏡)、或具體為NALM(非線性放大光環路鏡)的脈沖激光源通?；?字形的幾何形狀，并且被廣為接受用于量產和非偏振保持光纖。

發明內容

本發明的一個目的是改善具有非線性光環路鏡的激光器的自啟動性。本發明的另一個目的是提供一種在寬的激光器參數范圍內環境穩定的激光器操作。

利用權利要求1的特征來實現上述目的。在從屬權利要求中描述了本發明的有利實施例。