[發明專利]一種自啟動及自恢復的鎖模光纖激光器

有效

• 申請號: 202010906503.0
• 申請日: 2020-09-01
• 公開（公告）號: CN111987578B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 張晗;宋宇鋒;張家宜
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: H01S3/10
• 分類號: H01S3/10;H01S3/11;H01S3/067
• 代理公司: 廣州專才專利代理事務所(普通合伙) 44679
• 代理人: 林玲

本發明提供了一種自啟動及自恢復的鎖模光纖激光器，包括泵浦源、波分復用耦合器、增益光纖、單向隔離器、算法控制偏振控制器、耦合輸出器及可飽和吸收體，所述泵浦源、波分復用耦合器、增益光纖、單向隔離器、算法控制偏振控制器、耦合輸出器及可飽和吸收體依次首尾光連接形成光循環通路；所述算法控制偏振控制器用于控制激光器的偏振狀態。本發明自啟動及自恢復的鎖模光纖激光器結合可飽和吸收體的自啟動功能以及算法控制偏振控制器的自修復功能，實現高能量、高穩定性以及高信噪比的鎖模脈沖輸出。

技術領域

本發明涉及光學領域，尤其涉及一種自啟動及自恢復的鎖模光纖激光器。

背景技術

激光作為20世紀最重要的科學發現之一，它的出現極大地推動了科學技術的發展。以摻雜稀土元素的光纖作為增益介質的被動鎖模光纖激光器由于其在光通信、光數據存儲、傳感技術、醫學等領域的廣泛應用，近幾年來發展十分迅速，脈沖形式的光纖激光器可保證良好的光束質量的條件下，以較低的平均輸出功率下獲得極高的重復頻率和峰值功率，同時還具有極好的柔性與靈活性、可設計高可靠性、易于系統集成等優點。工作在近紅外(1微米以及1.5微米)波段的超短脈沖光纖激光器，已經開始廣泛應用在各個領域。

激光器中產生超短脈沖的主要方法之一是被動鎖模技術。實現被動鎖模的關鍵技術是在激光器內引入可飽和吸收體。要實現穩定的超短脈沖激光輸出，可飽和吸收體不僅要求對其工作波段的光具有非線性的飽和吸收效應，還應兼具低損耗、寬帶、高熱損傷閾值、高穩定等特點。因此尋找高性能的可飽和吸收體材料成為實現超短脈沖激光的關鍵。最早用于光纖激光器的可飽和吸收體是半導體飽和吸收鏡(SESAM)，2004年，碳納米管作為可飽和吸收體用于光纖激光器的被動鎖模首次被提出。同年，英國曼徹斯特大學A.K.Geim和K.S.Novoselov發現了一種新材料—石墨烯，并因此獲得2010年諾貝物理學獎。這一重大發現讓石墨烯為代表的二維材料進入人們的視野。石墨烯是一種由單層或者少層碳原子組成的平面二維材料，由于其特殊的能帶結構，能級與波矢成線性關系，石墨烯因此具有寬帶的線性吸收特性。

作為二維材料，石墨烯的非線性光學特性優異，相比于碳納米管和半導體飽和吸收鏡，石墨烯具有更寬的工作范圍，制備簡單，成本低廉，損傷閾值大等優點，是更為優越的可飽和吸收體器件。自南洋理工大學唐定遠教授課題組首次報道石墨烯鎖模的超快光纖激光器之后，關于石墨烯鎖模器件以及相關激光應用的研究層出不窮。以石墨烯為代表的二維材料的出現，開啟了超快光學領域研究的新篇章。近年來，由于石墨烯在激光鎖模方面表現出的良好性能，其他多種新型二維材料也開始引起了研究人員的注意。最有代表性的兩種新型光學二維材料是拓撲絕緣體和過渡金屬硫化物。基于這兩種材料的鎖模光纖激光器國內外也有廣泛報道。多種二維材料成功應用于鎖模激光的經驗，充分證實了二維材料作為可飽和吸收體的可行性。諸多新型材料作為可飽和吸收體應用于激光鎖模為超短脈沖的相關研究工作提供了更多的選擇，極大地促進了光纖脈沖激光器的發展。

但是，目前基于可飽和吸收體的鎖模激光器均存在可飽和吸收體失效或者損壞的可能性，缺乏自修復功能，穩定性不高的缺點限制了鎖模光纖激光器在工業上的廣泛應用。因此，有必要提供一種提高激光器穩定性及可靠性的方案。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種自啟動及自恢復的鎖模光纖激光器，該自啟動及自恢復的鎖模光纖激光器包括可飽和吸收體及算法控制偏振控制器。該可飽和吸收體具有自啟動的功能，可飽和吸收體通過調制連續光譜為脈沖光譜提供脈沖光譜源，起到自啟動的功能。該算法控制偏振控制器用于控制激光器的偏振狀態，當激光器的輸出狀態偏離設定值時，通過算法控制偏振控制器自動調節激光器的輸出狀態至正常值，實現自恢復功能。通過該自啟動及自恢復的鎖模光纖激光器解決現有鎖模光纖激光器存在的可飽和吸收體失效或者損壞情況下缺乏自修復功能、穩定性不高的缺點。

本發明的目的采用如下技術方案實現：