[發明專利]基于光纖耦合器的高次諧波鎖模激光器

有效

• 申請號: 202011164443.6
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112310794B
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 周勇;王文洲;陳國梁
• 申請（專利權）人: 合肥脈銳光電技術有限公司
• 主分類號: H01S3/098
• 分類號: H01S3/098;H01S3/11;H01S3/067
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 樂俊

本發明公開了基于光纖耦合器的高次諧波鎖模激光器，泵浦源產生的泵浦光經過波分復用器進入增益光纖，提供激光器增益并產生隨機噪聲脈沖，隨機噪聲脈沖經過脈沖壓窄機制被壓窄，然后依次經過隔離器和干涉環被濾波，最后經由第三耦合器部分輸出，剩余部分繼續經過波分復用器和增益光纖被放大并繼續參與腔內運轉，干涉環包括第一耦合器和第二耦合器，第一耦合器和第二耦合器通過將單端和大比例端熔接構建干涉環。當激光在腔內周而復始的經歷放大、壓縮、濾波時，從而產生穩定的脈沖運轉，當干涉環縱模間隔為激光器縱模間隔整數倍時，由于激光器駐波效應使得輸出的光脈沖重復頻率等于干涉環縱模間隔的正整數倍。

技術領域

本發明屬于激光器的技術領域，特別是涉及基于高次諧波鎖模的高重復頻率脈沖光纖激光器。

背景技術

目前在光纖激光器中產生脈沖激光的技術主要有增益開關、調Q、鎖模等，其中只有鎖模光纖激光器才可以產生脈寬為皮秒或者飛秒量級的超快光脈沖。根據鎖模脈沖產生的原理，產生的光脈沖重復頻率其中c為光速，n為光纖材料折射率，L為激光器腔長。由于激光器腔長受激光器搭建過程中器件尾纖和增益光纖長度限制，最短只能做到米量級，對應的光脈沖重頻最高只能達到幾十MHz。為了實現高重復頻率鎖模光脈沖輸出，通常采取在激光腔內激發高次諧波鎖模的方法，傳統方法為在腔內加入F-P干涉標準具，該方法具有成本高、加工難度大，標準具縱模間隔不可調等缺點。為改進上述缺點，本發明提出了基于兩只光纖耦合器搭建的干涉環結構，用于在激光器內取代傳統的F-P干涉標準具，本發明結構具有制作成本低、縱模間隔可調諧的優點。產生的高重復頻率鎖模光脈沖可以應用在光通信、激光加工，頻率梳產生、高功率太赫茲源等領域。

發明內容

本發明的目的在于提供基于光纖耦合器的短腔干涉環結構，用于取代傳統高次諧波鎖模光纖激光器中的的F-P干涉標準具，降低制作成本的同時容易實現輸出縱模間隔的調節，從而在光纖激光器中實現基于高次諧波鎖模的高重復頻率鎖模光脈沖輸出。

為解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：

基于光纖耦合器的高次諧波鎖模激光器，泵浦源產生的泵浦光經過波分復用器進入增益光纖，提供激光器增益并產生隨機噪聲脈沖，隨機噪聲脈沖經過脈沖壓窄機制被壓窄，然后依次經過隔離器和干涉環被濾波，最后經由第三耦合器部分輸出，剩余部分繼續經過波分復用器和增益光纖被放大并繼續參與腔內運轉。隔離器的存在保證了腔內激光的單向運轉，當腔內激光周而復始的經歷放大、壓縮、濾波時，從而產生穩定的脈沖運轉。當干涉環縱模間隔為激光器縱模間隔整數倍時，由于激光器駐波效應使得輸出的光脈沖重復頻率等于干涉環縱模間隔的正整數倍，從而實現高重復頻率的高次諧波鎖模脈沖輸出。由于此干涉環只有兩個光纖器件，因此干涉環長度可以被很好的限制在10厘米左右，從而很容易實現GHz乃至更高重復頻率的鎖模光脈沖產生。

所述干涉環包括第一耦合器和第二耦合器，第一耦合器和第二耦合器通過將單端和大比例端熔接構建干涉環，兩只耦合器單端間的光纖長度為L₁，兩只耦合器大比例端間的光纖長度為L₂，據此得到干涉環的長度為L₁+L₂，其透過率計算公式為：

其中K₁、K₂為耦合器功率耦合比例，β為運轉激光的傳播常數，由公式可以繪制得到干涉環透過譜為一系列分立的窄帶透過峰，透過峰縱模間隔為對應的頻率間隔其中c為光速，n為光纖折射率，λ為激光器中心波長。激光器輸出的鎖模脈沖重復頻率即為該頻率間隔Δf的正整數倍。

進一步地，通過調節干涉環長度可以改變其縱模間隔，通過改變耦合器功率耦合比例可以改變縱模寬度。

進一步地，脈沖壓窄機制為基于二維可飽和吸收材料，二維可飽和吸收材料包括半導體可飽和吸收鏡、拓撲絕緣體、石墨烯、碳納米管、過渡金屬氧化物和過渡金屬硫化物。