[發明專利]自啟動Figure-9被動鎖模光纖激光器的脈沖能量提升方法

有效

• 申請號: 202010894514.1
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN111969401B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 毛慶和;段典
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/094;H01S3/10;H01S3/102;H01S3/108;H01S3/11;H01S3/136
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

本發明公開了一種自啟動Figure?9被動鎖模光纖激光器的脈沖能量提升方法，是應用于由等效NALM環形腔、線性臂、旋轉電機和泵浦源構成的Figure?9被動鎖模光纖激光器中；并包括如下步驟：1獲取非互易相移器的線性相移量；2獲取等效NALM環形腔的分光比；3設置泵浦源輸出功率和非互易相移器參數，并進行循環，直至完成Figure?9被動鎖模光纖激光器的輸出脈沖能量的提升。本發明能實現具有自啟動功能的Figure?9被動鎖模光纖激光器單脈沖鎖模運轉時更大的非線性相移容忍度，從而大幅提升輸出單脈沖能量，由此獲得自啟動的可長期穩定運轉的低噪聲大能量飛秒光纖激光器，使得激光器在飛秒激光脈沖領域具有更加廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及激光精密加工、激光精密測量等領域，尤其涉及一種提升自啟動Figure-9光纖激光器脈沖能量的方法。

背景技術

飛秒激光脈沖在強場物理、阿秒科學、精密測量以及非線性光學等領域具有重要應用。采用鈦寶石固體激光技術，已可產生高達PW峰值功率、脈寬窄至15fs以下的脈沖。近年快速發展的鎖模光纖激光器則呈現出更加豐富多彩的超短脈沖現象，通過色散非線性調控，能產生不同制式的飛秒脈沖，如孤子、色散管理孤子、自相似脈沖和耗散孤子等。隨著飛秒脈沖光纖放大和相干合成技術的不斷突破，采用光纖激光技術已可產生GW峰值功率、10fs以下脈寬的大能量飛秒脈沖。發展和完善鎖模機制，設計出可自啟動的低噪聲大能量飛秒光纖振蕩器，依然是當前飛秒光纖激光器的主要問題之一?；谖⒓{材料的天然可飽和吸收體具有優良的自啟動功能，但尚待克服響應時間過長、光熱損傷閾不足等問題，以獲取更短脈寬和長期運轉。Mamyshev振蕩器能產生能量高達μJ級的～40fs的飛秒脈沖，但其自啟動問題依然有待解決。NPE鎖模機制調制深度大、響應時間短，能產生優良低噪聲飛秒脈沖，但NPE鎖模光纖激光器需采用非保偏光纖，對環境擾動非常敏感，導致難以長期保持自啟動功能。盡管采用保偏光纖也構建出了NPE鎖模機制，但調制深度不高，難以產生高質量飛秒脈沖。基于非線性放大環鏡(NALM)的鎖模機制可以構建全保偏型Figure-8和Figure-9光纖激光器，抗環境擾動能力強，但Figure-8激光器存在著重復率低、脈寬寬和自啟動需精確調控等不足。而Figure-9光纖激光器不僅自啟動功能強、長期穩定性好，且可產生高重復率、窄脈寬和低噪聲的飛秒脈沖，并開始應用于極端環境下精密測量，展現了廣闊的應用前景。

但是，Figure-9光纖激光器產生的飛秒脈沖能量低、且難以提高。原因是，Figure-9激光器通過在腔內插入線性相移器，并引入非對稱性，使腔內正反時針傳輸光場容易由連續光的功率起伏積累出非線性相移差(Δφ_NL)，再將Δφ_NL調控在可飽和吸收體(SA)透過率曲線的特定區域，實現激光器的鎖模自啟動和單脈沖鎖模運轉。但是，這種非對稱腔結構造成腔內正反向光場各自經歷的非線性相移(NPS)隨泵浦功率增大的趨勢或斜率不同，增加泵浦功率很容易突破SA透過率曲線規定的單脈沖運轉允許的Δφ_NL，制約著輸出脈沖能量的提高。且這種受限于自啟動要求的非對稱腔結構，同樣限制了運用腔內色散非線性調控對脈沖能量的提升。而若降低腔非對稱性，理論上，可在極強泵浦下允許Δφ_NL不突破單脈沖運轉范圍的同時，腔內正反向光場均可積累出足夠大的NPS，進而提升脈沖能量，但是，鎖模自啟動源于連續光的功率起伏，而強泵浦下連續光的功率極高，腔內增益光纖處于深度飽和狀態，而這種深度飽和卻對連續光微弱功率起伏具有“自愈”效應，不利于放大這種微弱功率起伏，導致低非對稱性腔Figure-9光纖激光器難以實現鎖模的自啟動。盡管通過選用大模場光纖減小腔內NPS累積和引入微納材料SA的混合鎖模幫助自啟動，已在一定程度上提高了自啟動鎖模Figure-9光纖激光器的脈沖能量，但卻未能在原理上解決這種激光器因引入線性相移和非對稱腔確保自啟動功能而帶來的對輸出脈沖能量的限制。

發明內容