[發明專利]一種雙諧振腔全光纖鎖模脈沖激光器

有效

• 申請號: 201310701520.0
• 申請日: 2013-12-19
• 公開（公告）號: CN103701022B
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 王璞;孫若愚;金東臣
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/082;H01S3/083;H01S3/11
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明公開了一種雙諧振腔結構的全光纖鎖模脈沖激光器，屬于激光技術、光纖光學及非線性光學領域。

背景技術

光纖激光器具有體積小、重量輕、轉換效率高、輸出光束質量好等優點，近年來得到了迅猛發展。超短脈沖光纖激光器以其優良的光束質量、無可比擬的散熱特性、高效的電光轉換效率、緊湊的裝置結構、穩定的激光性能以及較低的維修操作費用而逐步在材料加工、激光醫療、工業制造、國防軍事以及科學研究等領域獲得越來越多的用戶青睞與市場份額，并進一步成為各研究機構研究與開發的熱點。

在目前鎖模光纖激光器的研究中，獲得鎖模脈沖的方法主要有主動鎖模和被動鎖模技術。主動鎖模需要使用外加調制器的控制，會使光路設計更為復雜，成本更高，不利于產業化發展。被動鎖模不需要引入外部信號來產生脈沖，通常是將一個可飽和吸收體放置在激光腔內，利用其快速可飽和吸收特性引發光波的自調制，即透過率隨光強的增加而增加的特性，光強較強的部分通過可飽和吸收體時損耗小，透過率高；光強較弱的部分通過可飽和吸收體時損耗大，透過率低，從而產生脈沖輸出。

目前最常用的可飽和吸收體為半導體可飽和吸收鏡(SESAM)，但SESAM國內無法生產只能依賴進口，限制了光纖鎖模激光器生產成本的降低。隨著新型材料的發展，石墨烯、氧化石墨烯、碳納米管(SWNT)、拓撲絕緣體均表現出了很好的可飽和吸收特性，使用新型材料作為可飽和吸收體的鎖模光纖激光器，可擺脫國內超短脈沖光纖激光器產業中對國外進口SESAM的依賴，打破技術封鎖，令產品擁有更好的推廣前景，增強了其行業競爭力。

發明內容

為了解決主動鎖模光纖激光器中系統復雜、成本高、抗干擾能力差；同時半導體可飽和吸收鏡(SESAM)制作工藝難、生產成本高等問題，本發明的目的在于基于雙諧振腔結構，利用新型材料可飽和吸收體實現被動鎖模，全光纖化設計無需額外調制器件，大大降低諧振腔損耗，實現高度集成的穩定激光系統。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案為一種雙諧振腔結構的全光纖鎖模脈沖激光器，該激光器包括泵浦及相關裝置、激光諧振腔、增益光纖、可飽和吸收器件、激光輸出裝置和其它輔助裝置組成；

泵浦及相關裝置包括泵浦源、光纖合束器或波分復用器；激光諧振腔包括反射型光纖布拉格光柵包括第一反射型光纖布拉格光柵、第二反射型光纖布拉格光柵、第三反射型光纖布拉格光柵、第四反射型光纖布拉格光柵或全反鏡。

增益光纖包括第一增益光纖、第二增益光纖；其中，第一增益光纖置于諧振腔Ⅱ內，第二增益光纖置于諧振腔Ⅱ外諧振腔Ⅰ內；可飽和吸收元件包括可飽和吸收體；激光輸出裝置包括光隔離器、環形器或分束器；其它輔助裝置包括濾波器。

激光諧振腔可以為線形或者環形結構；整個激光器的諧振腔分為諧振腔Ⅰ和諧振腔Ⅱ兩部分，其中諧振腔Ⅰ為激光器的外腔，諧振腔Ⅱ為激光器的內腔；諧振腔Ⅰ由線形諧振腔或者環形諧振腔組成；諧振腔Ⅱ由線性諧振腔組成；諧振腔Ⅰ與諧振腔Ⅱ的各對反射型光纖布拉格光柵間置有增益光纖；其中，可飽和吸收體置于諧振腔Ⅱ中，它具有快速可飽和吸收特性，即透過率隨光強的增加而增加的特性，光強較強的部分通過可飽和吸收體時損耗小透過率高，光強較弱的部分通過可飽和吸收體時損耗大，透過率低，從而產生脈沖輸出；泵浦光首先射入諧振腔Ⅰ的增益光纖中產生連續激光，隨后產生的激光進入諧振腔Ⅱ中泵浦諧振腔Ⅱ的增益光纖，并通過可飽和吸元件的可保和吸收作用產生脈沖激光，之后此脈沖激光再次進入諧振腔Ⅰ中得到進一步放大，最終通過激光輸出裝置輸出高功率脈沖激光。

當為線性諧振腔結構時，第一反射型光纖布拉格光柵與第二反射型光纖布拉格光柵構成諧振腔Ⅱ，諧振腔Ⅱ中包含第一增益光纖和可飽和吸收元件；第三反射型光纖布拉格光柵與第四反射型光纖布拉格光柵構成諧振腔Ⅰ，諧振腔Ⅱ外諧振腔Ⅰ內包含第二增益光纖；或者，裝置內組成諧振腔Ⅰ的第三反射型光纖布拉格光柵或第四反射型光纖布拉格光柵的任意一個可以由全反鏡代替構成諧振腔Ⅰ，另外第一反射型光纖布拉格光柵與第三反射型光纖布拉格光柵還可以同時由全反鏡12代替構成諧振腔Ⅰ和諧振腔Ⅱ。

當為環形諧振腔結構時，由第二增益光纖、第三反射型布拉格光纖光柵以及環形器組成環形腔，即諧振腔Ⅰ；第一反射型光纖布拉格光柵與第二反射型光纖布拉格光柵構成諧振腔Ⅱ，諧振腔Ⅱ中包含第一增益光纖和可飽和吸收元件。