[實用新型]基于內(nèi)腔相位調(diào)制器的非線性環(huán)形鏡鎖模光纖激光器

有效

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• 申請日: 2019-12-20
• 公開（公告）號: CN211377170U
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張磊;姜華衛(wèi);付小虎;趙儒臣
• 申請（專利權(quán)）人: 上海頻準(zhǔn)激光科技有限公司
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/10;H01S3/13
• 代理公司: 上海恒慧知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種基于內(nèi)腔相位調(diào)制器的非線性環(huán)形鏡鎖模光纖激光器，包括內(nèi)腔相位調(diào)制器、非線性環(huán)形鏡、連接耦合器、輸出耦合器、有源光纖、泵浦耦合器、以及泵浦源。本實用新型將內(nèi)腔相位調(diào)制器和非線性環(huán)形鏡結(jié)合，通過內(nèi)腔相位調(diào)制器引入的合適的相位差來提升激光器鎖模自啟動性能，還可以實現(xiàn)輸出的超短脈沖寬度的調(diào)諧。在保持了被動鎖模光纖激光器簡單緊湊、易于制作、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)的同時實現(xiàn)鎖模自啟動性能的提升和超短脈沖寬度的連續(xù)調(diào)諧，具有很大的發(fā)展前途和很高的應(yīng)用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及光纖激光器，特別是一種基于內(nèi)腔相位調(diào)制器的非線性環(huán)形鏡鎖模光纖激光器。

背景技術(shù)

超短脈沖激光憑其極窄的脈沖寬度、超高的峰值功率和較寬的光譜寬度在強(qiáng)場物理、精密測量、光學(xué)傳感、測距及精密加工等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。而光纖激光器由于具有結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性好和易于制作等優(yōu)點(diǎn)，近些年來已成為研究超短脈沖激光產(chǎn)生的重要平臺。通常超短脈沖在光纖激光器中通過鎖模技術(shù)來獲得，主要的方式有以下兩種：

一、主動鎖模。在激光器諧振腔腔內(nèi)加入強(qiáng)度或相位調(diào)制器，當(dāng)調(diào)制器的調(diào)制周期和激光在諧振腔內(nèi)單次振蕩的時間相匹配時便可在腔中選出一個脈沖，并通過受激輻射放大的方式對該脈沖不斷進(jìn)行放大和窄化，最終得到窄脈寬的鎖模脈沖輸出。此方法的缺點(diǎn)在于調(diào)制器有限的調(diào)制速率和帶寬限制了最終的脈沖寬度。{參見Haus H A.Mode-lockingof lasers[J].IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics,2000,6(6):1173-1185.}

二、被動鎖模。向腔內(nèi)加入可飽和吸收體，利用其光強(qiáng)越小吸收越大，光強(qiáng)越大吸收越小的特點(diǎn)對腔內(nèi)激光光強(qiáng)進(jìn)行周期性調(diào)制，選出光強(qiáng)最大的部分通過受激輻射進(jìn)行放大并不斷削去其前后沿，壓窄脈寬，最終能鎖定激光縱模之間的相位差，得到超短脈寬、超高峰值功率的鎖模脈沖輸出。這里所用的可飽和吸收體可以是基于材料吸收特性的真實可飽和吸收體，具體有半導(dǎo)體可飽和吸收鏡、石墨烯和碳納米管等；也可以是基于光纖非線性和偏振特性的等效可飽和吸收體，具體有非線性偏振旋轉(zhuǎn)和非線性環(huán)形鏡等。{參見IppenE P.Principles of passive mode locking[J].Applied Physics B,1994,58(3):159-170.}

非線性環(huán)形鏡根據(jù)其環(huán)內(nèi)是否有增益可分為非線性光學(xué)環(huán)形鏡和非線性放大環(huán)形鏡兩種形式。基于非線性環(huán)形鏡的鎖模光纖激光器具有不易損傷，穩(wěn)定性好，可在全保偏結(jié)構(gòu)下實現(xiàn)，不易受到環(huán)境因素影響等優(yōu)點(diǎn)。但由于常規(guī)的非線性環(huán)形鏡對平均功率較低的連續(xù)光透過率很低，所以基于非線性環(huán)形鏡的鎖模光纖激光器存在著出光閾值高，鎖模閾值高，鎖模自啟動難的問題。目前解決這個問題的主要方法是在非線性環(huán)形鏡內(nèi)加入相位偏置器件來引入相位差，但這種方法中相位偏置器件僅適用于較小的波長范圍，在設(shè)計波長以外的波長會帶來較大的損耗，很難用于寬光譜的鎖模激光器。另外由相位偏置器件所引入的相位差是固定的，無法靈活調(diào)節(jié)。

輸出脈寬可調(diào)諧的鎖模光纖激光器在超精密光譜學(xué)、光學(xué)傳感、光學(xué)測量、材料加工和非線性光學(xué)等領(lǐng)域有巨大的潛在應(yīng)用價值。目前獲得脈寬可調(diào)諧鎖模激光輸出的方式有以下幾種：

一、在主動鎖模激光器中，通過改變加在強(qiáng)度或相位調(diào)制器上的驅(qū)動信號的占空比，即改變驅(qū)動信號的脈沖寬度來改變被調(diào)制器所選出的激光脈沖寬度，從而可以通過對驅(qū)動信號的占空比進(jìn)行調(diào)諧的方式實現(xiàn)鎖模脈沖的脈寬的調(diào)諧。但由于驅(qū)動信號本身寬度有限，只能在較寬的脈沖寬度下的輸出脈沖的寬度調(diào)諧。

二、在基于非線性偏振旋轉(zhuǎn)這一等效可飽和吸收體的被動鎖模光纖激光器中通過改變諧振腔內(nèi)激光偏振狀態(tài)的方式，使得非線性偏振旋轉(zhuǎn)的飽和吸收作用發(fā)生變化，從而實現(xiàn)脈沖寬度的調(diào)諧。然而由于非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模基于激光在光纖中的偏振狀態(tài)，很難在全偏振保持的激光器結(jié)構(gòu)下實現(xiàn)，所以很容易受到外界環(huán)境震動、溫度等因素的影響，在實際操作中非常不穩(wěn)定，無法滿足實際的應(yīng)用需求。

實用新型內(nèi)容