[發明專利]一種高重復頻率飛秒光纖激光器

在審

• 申請號: 202111418091.7
• 申請日: 2021-11-25
• 公開（公告）號: CN114122890A
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 杜迎生;張先明;劉進輝;丁建武
• 申請（專利權）人: 光惠（上海）激光科技有限公司
• 主分類號: H01S3/10
• 分類號: H01S3/10;H01S3/102;H01S3/11;H01S3/137;H01S3/139;H01S3/067
• 代理公司: 蘇州創智慧成知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32419
• 代理人: 周波琴

一種高重復頻率飛秒光纖激光器，其光學部分包括高亮度泵浦源、增益光纖部分、偏振控制裝置、啁啾補償裝置、波分復用裝置。高重復頻率飛秒光纖激光器的諧振腔結構為半空間、半光纖結構，其中諧振腔的光纖結構僅包括一段增益光纖，沒有無源光纖，使諧振腔達到全增益化，以及諧振腔中的各個空間光結構使光纖激光器實現了更短的腔長，更高的光束質量，更高的效率。

技術領域

本發明涉及高重復頻率飛秒光纖激光器，使用光纖結構結合空間光調制的非線性偏振旋轉鎖模激光器。

背景技術

隨著超快光纖激光的迅速發展，光學頻率梳，雙光子顯微成像，太赫茲時域掃描系統等技術也得到進一步發展。當光纖激光器的脈寬在百飛秒以下，重復頻率高于 500 MHz時，其穩定的鎖模脈沖可以作為高速光刻、星載天文研究等技術的有效光源。當前，大部分光纖激光器僅在重復頻率、脈寬、功率等單一激光屬性的提高，其輸出脈沖無法滿足工業、醫療、天文光譜校準等領域的應用。在光纖激光器中基礎重復頻率與腔長呈反比，而脈沖激光需要一定長度的增益光纖實現足夠強的脈沖能量與非線性累積完成鎖模，因此難以獲得基礎重復頻率很高的飛秒脈沖。

現有技術中存在多種鎖模方式來獲得高重復頻率的輸出脈沖，如SESAM鎖模的光纖激光器，這種方式易實現很高的重復頻率，但輸出脈沖是皮秒量級，且光譜寬度僅幾納米，實際應用領域大大受限。利用非線性偏振旋轉鎖模激光器可以改善這個問題，如CN103647206A，其采用全光纖的非線性偏振旋轉鎖模技術，但是其增益區間受限，整體腔長難以壓縮，整體的重復頻率和激光輸出質量受到限制。還有現有技術如CN103022863A，利用薄膜磁光材料和光單向通過光柵對的結構實現降低腔長，不過這種方式提升的重復頻率范圍有限，同時該結構中由于波片裝置僅能裝載單個波片，造成使用多個波片的情況下腔長增加，光效率較低且不易集成在一起，再加上旋光器和分束器，使得空間光部分龐大且腔長增加并難以調節，其整體布局也更加難以對準和改變。本發明中利用自主設計的波片連軸架，解決了當前波片結構體積大的問題，極大地降低了空間光的長度，有效地提升重復頻率。同時腔長可調諧、利用色散可控的啁啾補償裝置更易于實現NPR鎖模，獲得皮秒乃至飛秒量級的脈沖，實現了基礎重復頻率、光譜寬度、脈寬等方面做到了統一性提高。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種高重復頻率飛秒光纖激光器，克服了現有技術的不足，設計合理。

為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：

一種高重復頻率飛秒光纖激光器，具有高重復頻率，重復頻率為300MHz以上，優選的大于500MHz，優選的大于800MHz，可達到1GHz以上；

脈沖在百飛秒以下，優選的可小于60飛秒；

光纖激光器光學部分包括高亮度泵浦源、增益光纖部分、偏振控制裝置、啁啾補償裝置、波分復用裝置。

增益光纖部分的一端連接偏振控制裝置，偏振控制裝置連接啁啾補償裝置，啁啾補償裝置連接波分復用裝置，波分復用裝置連接增益光纖部分，波分復用裝置、增益光纖部分、偏振控制裝置和啁啾補償裝置共同形成了激光的諧振腔，形成閉合的環形諧振腔，波分復用裝置將泵浦光高效率導入到諧振腔中。高亮度泵浦源由單模保偏半導體激光器組、偏振（2+1）X1合束器、隔離器組成。單模保偏半導體激光器組包括兩個半導體激光器，所述的半導體激光器輸出是單模保偏激光，最大輸出功率優選的大于0.3W，優選的大于0.6W，優選的為0.8-1.5W,例如為1W左右，用于提供諧振腔粒子數的反轉形成受激輻射。（2+1）X1合束器將兩個半導體激光器發射的兩束激光耦合成一束功率更高的單模激光，能夠使得增益光纖達到了受激輻射的閾值條件。保偏隔離器與合束器的輸出端連接，阻止回返的激光影響半導體激光器，提高激光器的長期穩定運行。