[發(fā)明專利]一種可切換的耗散孤子和傳統(tǒng)孤子鎖模光纖激光系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010595144.1
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111769429A
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 云靈;崔晗;張瀚丞;韋瑋
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/08;H01S3/11
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責(zé)任公司 32102
• 代理人: 陳棟智

本發(fā)明提出了一種可切換的耗散孤子和傳統(tǒng)孤子鎖模光纖激光系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括泵浦源和依次形成光回路的光纖集成器件、增益光纖、鎖模器件、偏振控制器和保偏光纖；光纖集成器件能夠同時實現(xiàn)將泵浦光耦合入增益光纖，確保信號光單向傳輸以及輸出光脈沖；光纖集成器件有四個端口a、b、c和d，經(jīng)泵浦源輸出的泵浦光由光纖集成器件a端口進入，然后經(jīng)由光纖集成器件b端口后耦合入增益光纖，信號光依次經(jīng)過鎖模器件和保偏光纖傳輸?shù)焦饫w集成器件c端口，最后經(jīng)由d端口輸出；偏振控制器夾在增益光纖和鎖模器件之間的單模光纖上；本發(fā)明解決了現(xiàn)有鎖模光纖激光器中難以輸出兩種不同類型超短脈沖的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種激光系統(tǒng)，具體的說是設(shè)計了一種可切換的耗散孤子和傳統(tǒng)孤子鎖模光纖激光系統(tǒng)，屬于光纖激光技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

超短脈沖在超快光學(xué)診斷、精密測量、激光醫(yī)療和激光核聚變等領(lǐng)域具有極其廣泛的重要應(yīng)用。鎖模光纖激光器是產(chǎn)生超短脈沖的一種有效途徑，具有高光束質(zhì)量、高效率、高集成、高可靠性等優(yōu)點，是目前超快激光技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點之一。其中，可飽和吸收技術(shù)是實現(xiàn)超短脈沖的重要手段之一。

研究表明，當光纖激光器工作在負色散區(qū)時，由于色散和非線性相互平衡，能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)孤子鎖模輸出，脈沖寬度一般大于500 fs。輸出脈沖具有傳統(tǒng)孤子所特有的光譜邊帶，這是由于脈沖在腔內(nèi)傳輸過程中受到增益和損耗等周期性擾動導(dǎo)致部分能量以色散波的形式發(fā)射出來而形成的。腔內(nèi)負色散的引入補償了脈沖在傳輸過程中積累的線性相移，因此傳統(tǒng)孤子基本無啁啾。如果將傳統(tǒng)孤子入射到無損耗光纖中，孤子將保持原狀不發(fā)生變化，這一特性使其在光通信中具有極其重要的應(yīng)用。不同于傳統(tǒng)孤子，耗散孤子是一種廣義孤子，發(fā)現(xiàn)于凈正色散區(qū)，其產(chǎn)生是光譜濾波、克爾非線性、正色散、可飽和吸收體、增益和損耗等共同作用的結(jié)果。耗散孤子脈沖具有較大的脈寬，可達到幾十皮秒；而且在傳輸過程中脈沖特性發(fā)生劇烈變化，因而能夠容忍更高的非線性，可以有效的避免光波分裂，并突破傳統(tǒng)孤子光纖激光器所受到的能量限制，實現(xiàn)更高能量的脈沖輸出。

目前在光纖激光器中分別產(chǎn)生傳統(tǒng)孤子和耗散孤子脈沖已經(jīng)具有比較成熟的方案，有不少廠家推出了飛秒和皮秒光纖激光器產(chǎn)品。它們通常是在負色散光纖激光器中產(chǎn)生傳統(tǒng)孤子和在正色散光纖激光器中產(chǎn)生耗散孤子作為種子源。然而這種環(huán)形激光腔結(jié)構(gòu)一般只能輸出一種類型的光脈沖（傳統(tǒng)孤子或耗散孤子），限制了該類型激光器的實際適用范圍，增加了應(yīng)用成本。因此，基于傳統(tǒng)孤子和耗散孤子的產(chǎn)生原理，設(shè)計一種可切換的輸出耗散孤子和傳統(tǒng)孤子的鎖模光纖激光器具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種可切換的耗散孤子和傳統(tǒng)孤子鎖模光纖激光系統(tǒng)，解決現(xiàn)有鎖模光纖激光器中難以輸出兩種不同類型超短脈沖的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種可切換的耗散孤子和傳統(tǒng)孤子鎖模光纖激光系統(tǒng)，包括泵浦源、光纖集成器件、增益光纖、偏振控制器、鎖模器件和保偏光纖；光纖集成器件、增益光纖、鎖模器件和保偏光纖通過單模光纖依次連接形成環(huán)形激光腔結(jié)構(gòu)；所述光纖集成器件集成了波分復(fù)用器、偏振無關(guān)隔離器和輸出耦合器三者的功能，能夠同時實現(xiàn)將泵浦光耦合入增益光纖，保證信號光單向傳輸以及輸出光脈沖；所述光纖集成器件有四個端口a、b、c和d，經(jīng)泵浦源輸出的泵浦光由光纖集成器件a端口進入，然后經(jīng)由光纖集成器件b端口耦合入增益光纖，信號光依次經(jīng)過鎖模器件和保偏光纖傳輸?shù)焦饫w集成器件c端口，最后經(jīng)由d端口輸出；所述偏振控制器夾在增益光纖和鎖模器件之間的單模光纖上，偏振控制器結(jié)合保偏光纖用于控制調(diào)節(jié)激光腔內(nèi)雙折射濾波效應(yīng)以實現(xiàn)耗散孤子和傳統(tǒng)孤子輸出的可控轉(zhuǎn)換；所述激光腔凈色散為正，利用單壁碳納米管鎖模器件實現(xiàn)鎖模。

作為本發(fā)明的進一步限定，所述光纖集成器件、增益光纖、鎖模器件和保偏光纖均采用單模光纖熔接。

作為本發(fā)明的進一步限定，所述泵浦源為半導(dǎo)體激光器，輸出泵浦光的中心波長為980 nm。

作為本發(fā)明的進一步限定，所述光纖集成器件的波分范圍為980 nm/1550 nm，輸出端的輸出耦合比為10%。