[發明專利]一種基于混合型8字腔鎖模的摻鉺光纖飛秒激光器

有效

• 申請號: 201710284832.4
• 申請日: 2017-04-27
• 公開（公告）號: CN107275915B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 姜海峰;張顏艷;閆露露;樊松濤;張首剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家授時中心
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/10;H01S3/107
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

本發明提供了一種基于混合型8字腔鎖模的摻鉺光纖飛秒激光器，干涉環路的輸出通過四端口分束器進入光纖準直器一，光纖準直器一的出射光線依次經由偏振控制模塊一、電光調制晶體、空間光隔離器和偏振控制模塊二，入射光纖準直器二；激光反射鏡在壓電陶瓷驅動器的驅動下調整位置，電光調制晶體出射的激光由激光反射鏡反射后入射空間光隔離器，或偏振控制模塊一出射的激光由激光反射鏡反射后再次經過偏振控制模塊一入射空間光隔離器。本發明能夠實現高重復頻率、色散管理機制的鎖模激光脈沖輸出，降低摻鉺光纖飛秒激光器系統噪聲的同時，使其具有自動啟鎖功能，并且提高了飛秒激光器的環境適應性和縱模間隔。

技術領域

本發明屬于超快光纖激光技術領域，涉及一種飛秒激光器。

背景技術

上世紀90年代末，光學頻率梳的出現成為最具革命性的科學研究進展之一，其高分辨率、高精確度的梳齒頻率和高穩定度的頻率傳遞特性為光頻測量、光學頻率傳遞、精密光譜研究等相關研究領域帶來了重大變革。飛秒激光器是光學頻率梳的核心組成器件，其時域輸出是具有一定時間間隔的超窄激光脈沖序列，其頻域上是具有一定頻率間隔的頻率梳齒。飛秒激光器的性能與光學頻率梳的性能指標、可靠性直接相關：一方面，飛秒激光器的強度和相位噪聲水平決定了光學頻率梳的系統穩定度；另一方面，光學頻率梳的可靠性(環境適應性)主要受限于飛秒激光器的環境敏感度。針對光學頻率梳在精密物理測量及相關領域的應用研究需求，增大飛秒激光器的縱模間隔、降低飛秒激光器的系統噪聲水平以及提高飛秒激光器的系統可靠性是研究人員所關注的重要研究內容。

光學頻率梳最初主要是基于鈦寶石固態飛秒激光器的系統，鈦寶石飛秒激光器具有噪聲低和能夠產生高重復頻率梳齒等優點，但是其系統龐大、維護費用高，并且系統環境適應能力差，不能滿足各種應用領域的需求。近年來，隨著光纖激光技術的進步，光纖激光器的研究取得了飛速發展，基于超短脈沖光纖激光器構建的光學頻率梳系統由于具有緊湊化結構、較高的轉化效率以及長期穩定運轉等特性，已廣泛應用于眾多應用研究領域，其中以摻鉺光纖飛秒激光器的應用研究最為典型。

摻鉺光纖飛秒激光器中使用較多的鎖模技術包括可飽和吸收體鎖模、非線性偏振旋轉鎖模和非線性光纖放大環形鏡鎖模等，這些鎖模技術對輸出鎖模脈沖特性和激光器系統參數具有極大的影響。在基于可飽和吸收體鎖模的飛秒激光器中，可飽和吸收體有半導體飽和吸收鏡(SESAM)、石墨烯和碳納米管等幾種不同的材料。由于上述這些可飽和吸收體都具有慢飽和吸收特性，使這類激光器的輸出脈沖往往在皮秒量級，并且基于可飽和吸收體鎖模機制的激光器噪聲水平較高。另外，過高的泵浦功率會擊穿并損壞可飽和吸收體材料，限制了這類激光器的輸出功率和脈沖能量?；诜蔷€性偏振旋轉鎖模機制的飛秒激光器是通過在光纖中產生與光強度相關的非線性相移，并通過偏振態的選擇實現鎖模，通過對光學腔進行色散管理，可以實現幾十飛秒量級的脈沖輸出，該類激光器一般系統噪聲低噪聲。但是，由于該類激光器的鎖模狀態與激光偏振態密切，環境溫度改變、振動和光纖彎曲改變等都會造成鎖模狀態的變化甚至失鎖。另外，該類激光器需要通過偏振器件的調節，尋找鎖模狀態，沒有自啟鎖功能。基于非線性放大環形鏡鎖模的飛秒激光器一般采用全保偏光纖設計，具有可靠性高，小型化和易實用化的優點。并且通過在光學腔內加入相位調制器，使得該類激光器具有自啟鎖功能，但由于腔內色散管理的困難，使得系統的噪聲水平較高。另外，由于該類激光器本身結構的特點，難以獲得高重復頻率的飛秒激光器。

因此，針對光學頻率梳在精密物理測量及相關領域的應用需求，增大飛秒激光器的縱模間隔、降低飛秒激光器的系統噪聲水平以及提高飛秒激光器系統可靠性是研究人員所關注的重要研究內容。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種基于混合型“8”字腔鎖模的摻鉺光纖飛秒激光器裝置，適用于飛秒頻率梳的激光源。本發明所設計的摻鉺光纖飛秒激光器，使用光纖和空間耦合式鎖模結構，聯合利用非線性偏振旋轉和非線性光纖放大環形鏡兩種鎖模機制，可以實現高重復頻率、色散管理機制的鎖模激光脈沖輸出，降低摻鉺光纖飛秒激光器系統噪聲的同時，使其具有自動啟鎖功能，并且提高了飛秒激光器的環境適應性和縱模間隔。