[發明專利]基于啁啾光纖布拉格光柵多種孤子態輸出的全保偏鎖模光纖激光器

在審

• 申請號: 201711347636.3
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN107910735A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 侯磊;白晉濤;孫江;郭鴻宇;陸寶樂
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: H01S3/00
• 分類號: H01S3/00;H01S3/067;H01S3/10;H01S3/102;H01S3/098
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所61216
• 代理人: 李鄭建

技術領域

本發明屬于激光器技術領域，具體涉及一種基于啁啾光纖布拉格光柵多種孤子態輸出的全保偏鎖模光纖激光器，該激光器可同時產生環境自穩定單脈沖、離散孤子和束縛態孤子，屬于一種用摻Yb的保偏光纖實現的，通過改變泵浦功率可穩定輸出單脈沖、離散孤子和束縛態孤子的光纖激光器。

背景技術

1986年，美國科學家Fork等在染料激光器中采用碰撞鎖模方式獲得了脈沖寬度小于100fs的激光脈沖，標志著飛秒激光時代的來臨。飛秒激光器作具有“超短”和“超穩”的雙重特點，在強場激光物理，超快化學動力學，微結構材料科學和生命科學等有著廣泛的應用。作為光纖激光器的重要成員之一，飛秒光纖激光器不但具有其他飛秒光纖激光器的主要優點外，還具有：高峰值功率、低熱效應和接近衍射極限的高質量光束等特點。目前在各種摻雜稀土例子光纖中，摻Yb光纖因具有寬的發射帶寬、大的飽和通量以及很高的光光轉化效率等特點，越來越引起研究者的極大興趣。為了獲得高功率、大能量摻Yb超短脈沖激光輸出，通常采用的是全正色散脈沖激光作為只要實現方案。但是由此帶來的一個問題是，大量的正色散積累導致脈沖展寬而無法實現超短脈沖輸出或者出現脈沖劈裂，所以如何平衡能量與脈寬之間的關系仍是一個亟待解決的問題。隨著光纖布拉格光柵制備技術的不斷進步，具有特殊結構的啁啾光纖布拉格光柵制備成為了可能，為實現1μm波段的自相似超短脈沖光纖激光器的實現提供可能。

孤子是形式特殊的超短脈沖，它在傳播過程中保持形狀，幅度和速度不變。而在光纖激光器研究當中，根據非線性色散參數的不同，通常又將光孤子分為全正色散的耗散孤子、自相似子、展寬脈沖孤子以及傳統的光孤子。傳統的光孤子由于非線性效應的累積導致脈沖劈裂，限制了超短脈沖的能量。而自相似子光纖脈沖可以保持較高能量而不發生脈沖劈裂，單脈沖能量可達數十納焦，因此很容易獲得高平均功率鎖模激光。也從理論和實驗上觀察到激光器中的自相似鎖模脈沖演化，并理論研究了自相似鎖模激光器的形成原理。因此如果采用色散控制來實現自相似光孤子輸出是摻鐿超短脈沖激光亟待解決的問題之一。但是目前的研究中，只涉及到對其中某一種孤子的研究，而對單脈沖、離散孤子和束縛態自相似孤子之間的關系和它們的形成機制研究成為熱點。但是目前所有的光纖激光實現方案只能單獨實現單個脈沖或者離散孤子或者束縛態光孤子的輸出，這也影響到激光器的進一步應用或者使得激光系統的造價比較昂貴影響其使用范圍。

因此，為了實現自相似摻鐿光纖鎖模激光系統適應不同領域的應用，提高摻鐿光纖激光器的實用性和靈活性，有必要研究多種自相似光孤子狀態靈活切換、結構簡單、環境自穩定全保偏光纖激光系統。根據申請人所進行的資料檢索，到目前為止，還未出現過多種自相似光孤子靈活切換全保偏光纖結構鎖模摻鐿超短脈沖激光相關報道。

發明內容

針對上述現有技術存在的缺陷或不足，本發明的目的在于，提供一種基于啁啾光纖布拉格光柵多種孤子態輸出的全保偏鎖模光纖激光器。

為實現上述任務，本發明采取如下的技術解決方案：

一種基于啁啾光纖布拉格光柵多種孤子態輸出的全保偏鎖模光纖激光器，其特征在于，由泵浦源，波分復用器，啁啾光纖布拉格光柵、摻Yb保偏增益光纖、保偏光纖耦合器、保偏光纖聚焦器、半導體可飽和吸收體和保偏光纖構成全光纖的線型諧振腔；其中，波分復用器有輸入端口、第一輸出端口和第二輸出端口；

所述泵浦源的尾纖與波分復用器有輸入端口連接，波分復用器的第一輸出端口為輸出端，第二輸出端口依次經摻Yb保偏增益光纖與光纖耦合器、保偏光纖聚焦器，最后聚焦于半導體可飽和吸收體；其中的光纖耦合器的兩個輸出端口作為激光器的輸出端來研究腔內孤子的演化過程和監視鎖模穩定性。

根據本發明，所述的泵浦源選擇單模保偏光纖耦合的半導體激光器，其中心波長位于976nm附近，中心波長采用自鎖定裝置鎖定。

所述的波分復用器的工作波長是980/1030nm。

所述的光纖布拉格光柵的中心波長為1030nm，光譜帶寬為10nm，色散量為0.24ps/nm。

所述的摻Yb增益光纖的吸收系數為140dB/m＠915nm。

所述的光纖耦合器為分束比為30％:70％的2×2型光纖耦合器，其中，70％用于腔內振蕩，30％用于激光耦合輸出。

所述保偏光纖聚焦器的工作波長為1030nm，工作距離2.2mm，光斑大小為0.9mm。

所述可飽和吸收體的調制深度為32％，飽和能流密度為110μJ/cm²，非飽和吸收損耗為20％，弛豫時間為500fs。