[發明專利]高重復頻率全光纖鎖模激光器

在審

• 申請號: 201310550441.4
• 申請日: 2013-11-08
• 公開（公告）號: CN103647206A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 楊中民;楊通;韋小明;徐善輝;張勤遠;姜中宏
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/083;H01S3/098
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明涉及超短脈沖激光領域，具體涉及高重復頻率全光纖鎖模激光器。

背景技術

高重復頻率超短脈沖激光器在高速光采樣、生物醫學、精確距離測量和光學頻率梳等領域有十分重要的應用，是目前激光領域研究的熱點。高重復頻率鎖模光纖激光器的實現方式有很多種。通過主動或被動諧波鎖模可以很容易的實現高重復頻率脈沖輸出，但是一般穩定性較差，而且輸出的脈沖序列具有較大的時間抖動，不利于實際應用。利用半導體可飽和吸收體、石墨烯或碳納米管等作為鎖模器件也可以實現重復頻率的脈沖輸出，但是這種激光器受限于鎖模機制，一般輸出的光譜較窄，脈寬比較寬，不能滿足應用的要求。基于非線性偏振旋轉鎖模機制可以得到更短的脈沖輸出，而且結構相對簡單。

高的重復頻率對應于短的諧振腔長度，環形腔光纖激光器中諧振腔內含有波分復用器，光隔離器和光分束器等多種器件，各器件本身有一定的封裝長度，對于光纖型器件還要保留一定長度的尾纖來進行熔接，而且腔內需要一定長度的增益光纖提供足夠的增益。這些因素限制了激光器的重復頻率，一般不大于300?MHz。

用體元件代替光纖型器件可以減少諧振腔內器件的長度，有利于提高激光器的重復頻率。但體元件的引入，破壞了光纖激光器的全光纖結構，而且需要精密的準直，使激光器的結構變得復雜，同時空間耦合增大了系統的不穩定性。

基于非線性偏振旋轉的鎖模機制，Michal?Nikodem等人于2010年報道了一種全光纖被動鎖模激光器，重復頻率169?MHz（參見Opt.?Commun.,?2010,?283：109-112），腔內使用了普通的光纖型器件和較長的商用石英增益光纖，很難進一步縮短腔長，提高重復頻率。

因此，高重復頻率全光纖環形腔鎖模激光器的實現需要新的技術方案。

發明內容

本發明提供高重復頻率全光纖鎖模激光器，所要要解決的技術問題是：在保持全光纖結構的基礎上，有效地縮短環形腔光纖激光器的腔長，獲得重復頻率大于500?MHz的超短脈沖激光輸出，具體技術方案如下。

高重復頻率全光纖鎖模激光器，包括激光泵浦源、集成光器件、高增益光纖和偏振旋轉光纖，激光泵浦源與集成光器件的泵浦輸入端連接，集成光器件的公共端、高增益光纖、偏振旋轉光纖和集成光器件的信號輸入端順次連接，形成環路構成光學諧振腔；集成光器件的輸出端作為激光的信號輸出；所述高增益光纖的纖芯摻雜高濃度的發光離子，發光離子為鑭系離子、過渡金屬離子中一種或多種的組合體，光纖單位長度增益大于1?dB/cm，長度小于10?cm；所述高重復頻率大于500?MHz。

進一步地，所述集成光器件集成了波分復用器、光隔離器和光分束器，長度小于10?cm。

進一步地，所述偏振旋轉光纖用于調制光學諧振腔內信號光的偏振態，是將光纖加熱沿光纖軸線扭轉至設定角度，冷卻固化保持扭轉角度的光纖，長度小于10?cm。

進一步地，所述鑭系離子為Er³⁺、Yb³⁺、Tm³⁺、Gd³⁺、Tb³⁺、Dy³⁺、Ho³⁺或Lu³⁺中一種或者多種的組合體。

進一步地，所述過渡金屬離子為Cu²⁺、Co²⁺、Cr³⁺、Fe²⁺或Mn²⁺中一種或多種的組合體。

本發明能夠產生重復頻率大于500?MHz的超短脈沖，本激光器產生超短脈沖的過程是：泵浦光通過集成光器件的泵浦輸入端耦合進入諧振腔內，增大泵浦功率，在諧振腔內形成激光振蕩，繼續增大泵浦功率至閾值，通過調整偏振旋轉光纖的扭轉角度至合適的值，使得激光器達到鎖模狀態，在腔內形成超短脈沖，信號光進入集成光器件的信號輸入端后被分光，一部分輸出到腔外。

與現有技術相比，本發明的技術效果是：

本發明提出的全光纖環形腔鎖模激光器，采用高濃度摻雜的單模光纖作為增益光纖，光纖增益系數大于1?dB/cm，與普通增益光纖相比，提供相同增益所使用的光纖長度更短。利用集成了波分復用器、光隔離器和光分束器的集成光器件取代了常規光器件，減少了激光腔的長度。采用偏振旋轉光纖取代了常規的偏振控制器件，進一步簡化了激光器的結構。該技術方案簡化了鎖模激光器的腔結構，大大縮短了激光器的腔長，提高了重復頻率，可實現重復頻率大于500?MHz。