專利名稱：一種2.0微米波段被動(dòng)鎖模超短脈沖全光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種2. 0微米波段被動(dòng)鎖模超短脈沖全光纖激光器，屬于激光技術(shù)以及非線性光學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
摻銩或銩鈥共摻光纖激光器可以發(fā)射2. 0微米波段的激光，也可實(shí)現(xiàn)1. 7 2. 1 微米波段光譜范圍的寬調(diào)諧，另外，通過上轉(zhuǎn)換方式還可實(shí)現(xiàn)其他波段的激光輸出。由于 2. 0微米波段輸出的激光正處于人眼安全波段范圍內(nèi)，并且水分子有很強(qiáng)的中紅外吸收峰， 因此2. 0微米波段摻銩或銩鈥共摻光纖激光器在人眼安全、激光手術(shù)、激光雷達(dá)、超快光學(xué)等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景。此外，2. 5 5. 0微米和8. 0 12. 0微米波段是大氣傳輸中的兩個(gè)窗口，此波段的激光在激光雷達(dá)、光電對抗和激光通訊等軍事應(yīng)用上極其重要，因此高功率2.0微米波段摻銩或銩鈥共摻光纖激光器可作為光學(xué)參量振蕩器(OPO)的泵浦源， 從而產(chǎn)生2. 5 12. 0微米波段范圍內(nèi)的激光輸出。目前，國外的研究組已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了千瓦量級(jí)的2. 0微米波段連續(xù)摻銩光纖激光器，而國內(nèi)也有幾家單位開展了 2. 0微米波段摻銩光纖激光器的研究，但絕大部分的研究工作都集中于傳統(tǒng)空間結(jié)構(gòu)的連續(xù)摻銩光纖激光器的研究，激光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、環(huán)境穩(wěn)定性差、限制了其在某些領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。而全光纖結(jié)構(gòu)、 高脈沖能量輸出的被動(dòng)鎖模超短脈沖摻銩或銩鈥共摻的光纖激光器的研究還未見任何報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種2. 0微米波段被動(dòng)鎖模超短脈沖全光纖激光器，利用摻銩或銩鈥共摻的稀土摻雜光纖作為增益介質(zhì)，可飽和吸收體作為被動(dòng)鎖模器件，實(shí)現(xiàn)了 2.0微米波段高脈沖能量超短激光脈沖輸出。該發(fā)明采用全光纖化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、環(huán)境穩(wěn)定性好，易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。主要包括激光泵浦源、泵浦合束器、摻銩或銩鈥共摻的稀土光纖、環(huán)形器、可飽和吸收體、激光分束器、隔離器、光纖光柵、偏振控制器等。一種2. 0微米波段被動(dòng)鎖模超短脈沖全光纖激光器，激光泵浦源連接泵浦合束器的泵浦輸入端；泵浦合束器的公共端連接稀土摻雜光纖；稀土摻雜光纖的另一端連接環(huán)形器的輸入端，反射式結(jié)構(gòu)的可飽和吸收體位于環(huán)形器公共端的位置；環(huán)形器的輸出端連接激光分束器；激光分束器有兩路輸出，一路作為鎖模超短激光脈沖的輸出端，另一路與泵浦合束器的信號(hào)端相連。激光泵浦源、泵浦合束器、稀土摻雜光纖、環(huán)形器、可飽和吸收體、激光分束器一起構(gòu)成環(huán)形腔結(jié)構(gòu)的2. 0微米波段被動(dòng)鎖模超短脈沖全光纖激光器。—種2. 0微米波段被動(dòng)鎖模超短脈沖全光纖激光器，激光泵浦源連接泵浦合束器的泵浦輸入端；泵浦合束器的公共端連接稀土摻雜光纖；稀土摻雜光纖的另一端連接隔離器；隔離器的另一端與激光分束器的輸入端之間設(shè)置有透射式結(jié)構(gòu)的可飽和吸收體；激光分束器有兩路輸出，一路作為鎖模超短激光脈沖的輸出端，而另一路與泵浦合束器的信號(hào)端連接。激光泵浦源、泵浦合束器、稀土摻雜光纖、隔離器、可飽和吸收體、激光分束器一起構(gòu)成環(huán)形腔結(jié)構(gòu)的2. 0微米波段被動(dòng)鎖模超短脈沖全光纖激光器。所述的隔離器為偏振無關(guān)型。一種2. 0微米波段被動(dòng)鎖模超短脈沖全光纖激光器，激光泵浦源連接泵浦合束器的泵浦輸入端；泵浦合束器的公共端連接光纖光柵；光纖光柵的另一端連接稀土摻雜光纖；稀土摻雜光纖的另一端與反射式結(jié)構(gòu)的可飽和吸收體直接耦合；泵浦合束器的信號(hào)端作為鎖模超短激光脈沖的輸出端。激光泵浦源、泵浦合束器、光纖光柵、稀土摻雜光纖、可飽和吸收體一起構(gòu)成線形腔結(jié)構(gòu)的2. 0微米波段被動(dòng)鎖模超短脈沖全光纖激光器。所述的光纖光柵反射光的中心波長為λ ；反射率為R，其中1700nm< λ < 2100nm ； 1 % < R < 99% 0一種2. 0微米波段被動(dòng)鎖模超短脈沖全光纖激光器，激光泵浦源連接泵浦合束器的泵浦輸入端；泵浦合束器的公共端連接稀土摻雜光纖；稀土摻雜光纖的另一端連接激光分束器；激光分束器有兩路輸出，一路作為鎖模超短激光脈沖的輸出端，而另一路與偏振控制器的一端相連；偏振控制器的另一端連接隔離器，隔離器的另一端與偏振控制器相連； 偏振控制器的另一端連接泵浦合束器的信號(hào)端。激光泵浦源、泵浦合束器、稀土摻雜光纖、 激光分束器、偏振控制器、隔離器、偏振控制器一起構(gòu)成環(huán)形腔結(jié)構(gòu)的2. 0微米波段被動(dòng)鎖模超短脈沖全光纖激光器。所述的隔離器為偏振相關(guān)型。上述的激光泵浦源為半導(dǎo)體激光器、光纖激光器或拉曼激光器，其中半導(dǎo)體激光器輸出激光的中心波長位于700 900nm之間；光纖激光器或拉曼激光器輸出激光的中心波長位于1400 1600nm之間。上述的稀土摻雜光纖為單模光纖或大芯徑多模光纖或光子晶體光纖，其摻稀土元素為銩或銩鈥共摻。上述的可飽和吸收體可以為半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SESAM)、碳納米管(SWNT)、石墨烯(Graphene)等。上述的泵浦合束器、稀土摻雜光纖、環(huán)形器、激光分束器、隔離器、光纖光柵為保偏型或非保偏型。上述的2. 0微米被動(dòng)鎖模超短脈沖全光纖激光器直接使用或作為光纖放大器的種子源使用。上述的激光分束器的分束比為T (1-T)，其中0<T< 1。本發(fā)明一種2. 0微米波段被動(dòng)鎖模超短脈沖全光纖激光器具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明采用的全光纖化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使整個(gè)激光系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、光-光轉(zhuǎn)化效率高、環(huán)境穩(wěn)定性好、輸出脈沖能量大等優(yōu)點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。


圖1為實(shí)施例1的原理結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為實(shí)施例1的被動(dòng)鎖模脈沖串。圖3為實(shí)施例1的被動(dòng)鎖模光譜圖。圖4為實(shí)施例2的原理結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為實(shí)施例3的原理結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為實(shí)施例4的原理結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、激光泵浦源，2、泵浦合束器，3、摻銩或銩鈥共摻的稀土光纖，4、環(huán)形器，5、 可飽和吸收體，6、激光分束器，7、隔離器，8、光纖光柵，9、偏振控制器，10、偏振控制器。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合圖示1-6對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不僅限于以下幾種實(shí)施例。實(shí)施例1—種2. 0微米波段被動(dòng)鎖模超短脈沖全光纖激光器采用如圖1所示的環(huán)形腔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。主要包括中心波長為790nm、輸出功率為6W的多模半導(dǎo)體激光器作為激光泵浦源1 ； (2+l)xl結(jié)構(gòu)的泵浦合束器2 ；IOm長的摻銩雙包層單模光纖3作為增益介質(zhì)，摻銩雙包層單模光纖3的纖芯直徑為6 μ m,包層直徑為125 μ m ；三端口光纖環(huán)形器4 ；調(diào)制深度為 30%的反射式結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SESAM) ；1x2結(jié)構(gòu)、分束比為30 70的激光分束器6。其中中心波長為790nm，輸出功率為6W的多模半導(dǎo)體激光器1連接(2+l)xl泵浦合束器2的泵浦輸入端；(2+1) Xl泵浦合束器2的公共端連接IOm長的摻銩雙包層單模光纖3的一端；摻銩雙包層單模光纖3的另一端連接三端口光纖環(huán)形器4的輸入端；由于光只能單向順序通過環(huán)形器4的三個(gè)端口，因而光由光纖環(huán)形器4的輸入端進(jìn)入，從光纖環(huán)形器4公共端出來的光經(jīng)過反射式的半導(dǎo)體可飽和吸收鏡5后，進(jìn)入分光比為30 70的激光分束器6的輸入端；激光分束器6將光分為兩束，70%的光從分束器6的輸出端輸出，另外30%的光到達(dá)泵浦合束器2的信號(hào)端。反射式結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體可飽和吸收鏡5作為鎖模器件，鎖模超短激光脈沖將從激光分束器6的70%的輸出端輸出。如圖2所示，整個(gè)激光諧振腔的長度在2 !左右，其被動(dòng)鎖模激光脈沖的重復(fù)頻率為8. 3MHz。圖3所示為被動(dòng)鎖模摻銩光纖激光器的輸出光譜，其中心波長為2007nm，3dB光譜帶寬為1. 3nm。由于反饋回激光腔內(nèi)的光功率只占30%左右，激光腔內(nèi)功率密度低，非線性效應(yīng)弱，不易發(fā)生脈沖分裂現(xiàn)象，所以能夠?qū)崿F(xiàn)高脈沖能量超短激光脈沖輸出。另外采用包層泵浦方式也提高了鎖模激光脈沖的輸出能量。實(shí)施例2一種2. 0微米波段被動(dòng)鎖模超短脈沖全光纖激光器采用如圖4所示的環(huán)形腔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。主要包括中心波長為1550nm、輸出功率為3W的單模摻鉺光纖激光器作為激光泵浦源1 ； 1550/2000nm波分復(fù)用器(WDM)作為泵浦光合束器2 Jm長的摻銩雙包層單模光纖3作為增益介質(zhì)，摻銩雙包層單模光纖3的纖芯直徑為9 μ m，包層直徑為125 μ m ；隔離度為30dB的偏振無關(guān)隔離器7 ；透射式結(jié)構(gòu)的石墨烯可飽和吸收體5 ； 1x2結(jié)構(gòu)、分束比為 20 80的激光分束器6。其中中心波長為1550nm、輸出功率為3W的單模摻鉺光纖激光器 1連接波分復(fù)用器2的泵浦輸入端；波分復(fù)用器2的公共端連接: 長的摻銩雙包層單模光纖3 ；摻銩雙包層單模光纖3的另一端連接偏振無光隔離器7的一端；石墨烯可飽和吸收體 5位于偏振無光隔離器7與激光分束器6之間；激光分束器6將光分為兩束，20%的光從分束器6的輸出端輸出，另外80 %的光反饋回波分復(fù)用器2的信號(hào)端。 長的摻銩雙包層單模光纖3作為增益介質(zhì)，透射式結(jié)構(gòu)的石墨烯可飽和吸收體5作為鎖模器件，從而實(shí)現(xiàn)2. 0 微米高脈沖能量超短激光脈沖輸出。實(shí)施例3
一種2. 0微米波段被動(dòng)鎖模超短脈沖全光纖激光器采用如圖5所示的線形腔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。主要包括中心波長為1550nm、輸出功率為3W的單模摻鉺光纖激光器作為激光泵浦源1 ； 1550/2000nm波分復(fù)用器(WDM)作為泵浦光合束器2 ；中心波長為2000nm、3dB光譜帶寬為2nm、反射率為90%的光纖布拉格光柵8 ；3m長的摻銩雙包層單模光纖3作為增益介質(zhì)，摻銩雙包層單模光纖3的纖芯直徑為9 μ m,包層直徑為125 μ m ；調(diào)制深度為40%的反射式結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SESAM)5。其中中心波長為1550nm、輸出功率為3W的單模摻鉺光纖激光器1連接波分復(fù)用器2的泵浦輸入端；波分復(fù)用器2的公共端連接反射率為90%光纖布拉格光柵8的一端；反射率為90%布拉格光柵8的另一端連接: 長的摻銩雙包層單模光纖3 ；摻銩雙包層單模光纖3的另一端與反射式結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體可飽和吸收鏡 (SESAM)5直接耦合；1550/2000nm波分復(fù)用器2的信號(hào)端作為被動(dòng)鎖模超短激光脈沖的輸出端。反射率為90%的光纖布拉格光柵8與反射式結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SESAM)5 構(gòu)成線形激光諧振腔，從而實(shí)現(xiàn)2. 0微米被動(dòng)鎖模超短激光脈沖從波分復(fù)用器2的信號(hào)端輸出。所述的光纖光柵8反射光的中心波長λ ；反射率為R，其取值范圍為1700nm< λ < 2IOOnm ；1%< R < 99%。實(shí)施例4一種2. 0微米波段被動(dòng)鎖模超短脈沖全光纖激光器采用如圖6所示的環(huán)形腔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。主要包括中心波長為1550nm、輸出功率為3W的單模摻鉺光纖激光器作為激光泵浦源1 ;1550/2000nm波分復(fù)用器(WDM)作為泵浦光合束器2 Jm長的摻銩雙包層單模光纖3 作為增益介質(zhì)，摻銩雙包層單模光纖3的纖芯直徑為9 μ m，包層直徑為125 μ m ； 1x2結(jié)構(gòu)、 分束比為30 70的激光分束器6 ；偏振相關(guān)隔離器7 ；偏振控制器9和10。其中中心波長為1550nm、輸出功率為3W的單模摻鉺光纖激光器1連接波分復(fù)用器2的泵浦輸入端；波分復(fù)用器2的公共端連接3米長的摻銩雙包層單模光纖3 ；摻銩雙包層單模光纖3的另一端連接激光分束器6的輸入端；激光分束器6將光分為兩束，30%的光從激光分束器6的輸出端輸出，另外70%的光進(jìn)入偏振控制器9的一端；在偏振控制器9的另一端與偏振控制器10的一端之間連接有偏振相關(guān)隔離器7 ；偏振控制器10的另一端連接波分復(fù)用器2的信號(hào)端。3m長的摻銩雙包層單模光纖3作為激光增益介質(zhì)，偏振相關(guān)隔離器7與偏振控制器9和10組成被動(dòng)鎖模器件，適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)偏振控制器9和10的偏振態(tài)從而實(shí)現(xiàn)2. 0微米被動(dòng)鎖模超短激光脈沖從激光分束器6的30%的一端輸出。在上述的四個(gè)實(shí)施例中，所述的激光泵浦源1為半導(dǎo)體激光器、光纖激光器或拉曼激光器，其中，半導(dǎo)體激光器輸出激光的中心波長可位于700 900nm之間；光纖激光器或拉曼激光器輸出激光的中心波長可位于1400 1600nm之間。
權(quán)利要求
1.一種2.0微米波段被動(dòng)鎖模超短脈沖全光纖激光器，其特征在于激光泵浦源(1) 連接泵浦合束器( 的泵浦輸入端；泵浦合束器( 的公共端連接稀土摻雜光纖(3)；稀土摻雜光纖(3)的另一端連接環(huán)形器的輸入端，反射式結(jié)構(gòu)的可飽和吸收體(5)位于環(huán)形器(4)公共端的位置；環(huán)形器(4)的輸出端連接激光分束器(6)；激光分束器(6)有兩路輸出，一路作為鎖模超短激光脈沖的輸出端，另一路與泵浦合束器( 的信號(hào)端相連。激光泵浦源(1)、泵浦合束器( 、稀土摻雜光纖( 、環(huán)形器(4)、可飽和吸收體( 、激光分束器 (6) 一起構(gòu)成環(huán)形腔結(jié)構(gòu)的2. 0微米波段被動(dòng)鎖模超短脈沖全光纖激光器。
2.—種2.0微米波段被動(dòng)鎖模超短脈沖全光纖激光器，其特征在于激光泵浦源(1) 連接泵浦合束器( 的泵浦輸入端；泵浦合束器( 的公共端連接稀土摻雜光纖(3)；稀土摻雜光纖(3)的另一端連接隔離器(7)；隔離器(7)的另一端與激光分束器的輸入端之間設(shè)置有透射式結(jié)構(gòu)的可飽和吸收體(5)；激光分束器(6)有兩路輸出，一路作為鎖模超短激光脈沖的輸出端，而另一路與泵浦合束器O)的信號(hào)端連接。激光泵浦源(1)、泵浦合束器 O)、稀土摻雜光纖(3)、隔離器(7)、可飽和吸收體(5)、激光分束器(6) —起構(gòu)成環(huán)形腔結(jié)構(gòu)的2.0微米波段被動(dòng)鎖模超短脈沖全光纖激光器。所述的隔離器(7)為偏振無關(guān)型。
3.—種2.0微米波段被動(dòng)鎖模超短脈沖全光纖激光器，其特征在于激光泵浦源(1) 連接泵浦合束器( 的泵浦輸入端；泵浦合束器( 的公共端連接光纖光柵(8)；光纖光柵 (8)的另一端連接稀土摻雜光纖(3)；稀土摻雜光纖(3)的另一端與反射式結(jié)構(gòu)的可飽和吸收體( 直接耦合；泵浦合束器O)的信號(hào)端作為鎖模超短激光脈沖的輸出端。激光泵浦源(1)、泵浦合束器O)、光纖光柵(8)、稀土摻雜光纖(3)、可飽和吸收體( 一起構(gòu)成線形腔結(jié)構(gòu)的2.0微米波段被動(dòng)鎖模超短脈沖全光纖激光器；所述的光纖光柵(8)的中心波長為人；反射率為 R，其中1700nm < λ < 2IOOnm ；1%< R < 99%。
4.一種2.0微米波段被動(dòng)鎖模超短脈沖全光纖激光器，其特征在于激光泵浦源(1) 連接泵浦合束器( 的泵浦輸入端；泵浦合束器( 的公共端連接稀土摻雜光纖(3)；稀土摻雜光纖C3)的另一端連接激光分束器(6)；激光分束器(6)有兩路輸出，一路作為鎖模超短激光脈沖的輸出端，而另一路與偏振控制器(9)的一端相連；偏振控制器(9)的另一端連接隔離器(7)，隔離器(7)的另一端與偏振控制器(10)相連；偏振控制器(10)的另一端連接泵浦合束器O)的信號(hào)端。激光泵浦源(1)、泵浦合束器O)、稀土摻雜光纖(3)、激光分束器(6)、偏振控制器(9)、隔離器(7)、偏振控制器(10) —起構(gòu)成環(huán)形腔結(jié)構(gòu)的2.0微米波段被動(dòng)鎖模超短脈沖全光纖激光器；所述的隔離器(7)為偏振相關(guān)型。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2或權(quán)利要求3或權(quán)利要求4所述的一種2.0微米波段被動(dòng)鎖模超短脈沖全光纖激光器，其特征在于所述的激光泵浦源(1)為半導(dǎo)體激光器、光纖激光器或拉曼激光器，其中，半導(dǎo)體激光器輸出激光的中心波長位于700 900nm之間； 光纖激光器或拉曼激光器輸出激光的中心波長位于1400 ieOOnm之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2或權(quán)利要求3或權(quán)利要求4所述的一種2.0微米波段被動(dòng)鎖模超短脈沖全光纖激光器，其特征在于所述的稀土摻雜光纖C3)為單模光纖或大芯徑多模光纖或光子晶體光纖，其摻稀土元素為銩或銩鈥共摻。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2或權(quán)利要求3或權(quán)利要求4所述的一種2.0微米波段被動(dòng)鎖模超短脈沖全光纖激光器，其特征在于所述的可飽和吸收體( 為半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SESAM)或碳納米管(SWNT)或石墨烯(Graphene)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2或權(quán)利要求3或權(quán)利要求4所述的一種2.0微米波段被動(dòng)鎖模超短脈沖全光纖激光器，其特征在于所述的泵浦合束器O)、稀土摻雜光纖(3)、 環(huán)形器G)、激光分束器(6)、隔離器(7)、光纖光柵(8)為保偏型或非保偏型。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2或權(quán)利要求3或權(quán)利要求4所述的一種2.0微米波段被動(dòng)鎖模超短脈沖全光纖激光器，其特征在于所述的2. 0微米被動(dòng)鎖模超短脈沖全光纖激光器直接使用或作為光纖放大器的種子源使用。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2或權(quán)利要求4所述的一種2.0微米波段被動(dòng)鎖模超短脈沖全光纖激光器，其特征在于所述的激光分束器(6)的分束比為T (I-T)，其中0 < T < 1。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種2.0微米波段被動(dòng)鎖模超短脈沖全光纖激光器，屬于激光技術(shù)以及非線性光學(xué)領(lǐng)域。主要包括激光泵浦源、泵浦合束器、摻銩或銩鈥共摻的稀土摻雜光纖、環(huán)形器、可飽和吸收體、激光分束器、隔離器、光纖光柵、偏振控制器等。利用摻銩或銩鈥共摻的稀土摻雜光纖作為增益介質(zhì)，可飽和吸收體作為被動(dòng)鎖模器件，實(shí)現(xiàn)了2.0微米波段、高脈沖能量、超短激光脈沖輸出。該發(fā)明采用全光纖化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡單、環(huán)境穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
文檔編號(hào)H01S3/067GK102368584SQ20111027629
公開日2012年3月7日 申請日期2011年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月16日
發(fā)明者劉江, 王璞 申請人:北京工業(yè)大學(xué)