[發明專利]鎖模光纖激光器

無效

• 申請號: 201410109975.8
• 申請日: 2014-03-24
• 公開（公告）號: CN104064939A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: 崔淑珍;張磊;馮衍
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/098;H01S3/08
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及光纖激光器，特別是一種基于保偏光纖環形鏡以及可飽和吸收鏡的鎖模光纖激光器。

背景技術

鎖模光纖激光器在激光材料處理、光頻率梳、光學傳感以及超連續譜的產生等方面有巨大的潛在應用價值。通常獲得鎖模激光輸出的方式有以下幾種：

一、在激光腔中插入由起偏器、四分之一波片和二分之一波片組成的非線性偏振旋轉控制器。其鎖模機理為：初始線偏振脈沖經過四分之一波片后，分成強度不同的左旋和右旋圓偏振光兩個正交偏振分量。該兩圓偏振分量在光纖中傳輸時由于受到光纖的非線性作用會產生偏振態改變。脈沖中心部分與邊沿部分發生的偏振態旋轉量不同，調節二分之一波片的取向，可以使脈沖中心部分通過，而邊沿部分被阻止，從而形成等效的可飽和吸收體鎖模。然而此種方法的鎖模穩定性易受環境溫度的影響，而且還需要對偏振控制器進行調節，影響了其在實際中的應用。{參見F.Ilday,J.R.Buckley,H.Lim,F.W.Wise,and W.G.Clark,Generation of50-fs,5-nJ pulses at1.03μm from a wave-breaking-free fiber laser,Opt.Lett.28,1365-1367(2003).};

二、在光纖激光器中，將一個線性環和一個非線性環行放大鏡通過一個2×2光纖耦合器連接起來構成八字型鎖模腔。其鎖模機理為，由線性環中產生的信號光脈沖通過光纖耦合器分成兩束幅值相等、相向傳播的光。這兩束光在非線性環中傳輸受到交叉相位調制和自相位調制效應作用，最后在耦合器耦合干涉時，光脈沖中心部分發生透射，邊沿部分被反射，形成一種類快飽和吸收體鎖模機制。但這種方法的缺點是當環境溫度改變時，鎖模狀態難以維持。{參見L.M.Zhao,A.C.Bartnik,Q.Q.Tai,and F.W.Wise,Generation of8nJ pulses from a dissipative-soliton fiber laser with a nonlinear optical loop mirror,Opt.Lett.38,1942-1944(2013).}。

發明內容

本發明在上述已有的光纖激光器鎖模技術的基礎上，提出一種基于保偏光纖環形鏡和可飽和吸收鏡鎖模的線偏振光纖激光器。該激光器將保偏光纖環形鏡同時作為激光腔輸出鏡、偏振選擇器件以及帶通濾波器件，不僅減少了插入損耗，提高了穩定性，而且減弱了環境溫度對鎖模光纖激光器穩定性的影響，實現了穩定、高偏振度的鎖模脈沖輸出。該激光器結構簡單緊湊，易于集成，大大擴展了鎖模光纖激光器在科學與工業等領域的應用范圍。

本發明的技術解決方案如下：

一種鎖模光纖激光器，特點在于其構成包括依次熔接的保偏光纖環形鏡、保偏有源光纖、泵浦耦合器和可飽和吸收鏡，所述的泵浦耦合器的自由端接半導體激光二極管，所述的保偏光纖環形鏡的一個自由端作為輸出耦合鏡。

所述的保偏光纖環形鏡是由2×2的保偏光纖耦合器的兩個輸出端熔接到一起而構成的，該環形鏡對于沿保偏光纖快軸和慢軸傳播的光有不同的反射率。

所述的可飽和吸收鏡是半導體可飽和吸收鏡、石墨烯可飽和吸收鏡或碳納米管。

本發明利用保偏光纖環形鏡作為激光腔的一個偏振選擇器件，它對分別沿保偏光纖快軸和慢軸方向傳播的光有不同的反射率，達到偏振選擇的作用。

本發明利用保偏光纖環形鏡作為脈沖整形帶通濾波器，它通過對啁啾脈沖的光譜濾波作用，對脈沖的前后沿進行削波，從而實現穩定脈沖的作用。

所述的可飽和吸收鏡作為鎖模器件，可以是半導體可飽和吸收鏡、石墨烯可飽和吸收鏡以及碳納米管等，它通過對脈沖的非線性吸收作用，從而啟動并維持穩定的連續鎖模。

所述的泵浦耦合器分為兩種：纖芯泵浦時，可采用波分復用器；包層泵浦時，可采用拉錐合束器，它可以將泵浦光高效的引入激光腔中。

本發明與現有技術相比，具有以下優點：

一、本發明通過將保偏光纖環形鏡同時作為激光腔輸出鏡、偏振選擇器件以及帶通濾波器件，極大地提高了激光器元器件的利用率，減少了器件的插入損耗，并有效提高了激光器的輸出效率。

二、本發明通過將保偏光纖環形鏡作為激光腔的一個偏振選擇器件，有效提高了輸出鎖模脈沖的偏振度。

三、本發明通過將保偏光纖環形鏡作為激光器的脈沖整形帶通濾波器，有效提高了脈沖的穩定度，并結合可飽和吸收鏡鎖模技術，消除了傳統鎖模光纖激光器受環境溫度影響較大的缺點。