專利名稱：一種偏振態(tài)穩(wěn)定控制的自啟動(dòng)鎖模光纖激光器的制作方法
一種偏振態(tài)穩(wěn)定控制的自啟動(dòng)鎖模光纖激光器本發(fā)明涉及偏振態(tài)穩(wěn)定控制的自啟動(dòng)鎖模光纖激光器[背景技術(shù)]由于光纖激光器具有增益特性好、輸出光束質(zhì)量好、體積小、使用靈活、與光纖通信系統(tǒng)連接方便等特點(diǎn)，使得光纖脈沖激光器在眾多領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。目前光纖脈沖激光器常用的鎖模方式有偏振旋轉(zhuǎn)鎖模和可飽和吸收鎖模，但是都存在一定缺陷，偏振旋轉(zhuǎn)鎖模的鎖模閾值高，而且光纖質(zhì)量輕易受外界干擾，機(jī)械振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致偏振旋轉(zhuǎn)鎖模不穩(wěn)甚至消失，得到的脈沖沒有長(zhǎng)期穩(wěn)定性，脈沖序列的調(diào)制也相當(dāng)大，不能自啟動(dòng)；可飽和吸收鎖?？梢詫?shí)現(xiàn)鎖模自啟動(dòng)，但是得到的脈沖易分裂、高噪聲，且長(zhǎng)時(shí)間鎖模脈沖會(huì)對(duì)可飽和吸收體造成損傷。實(shí)驗(yàn)中一般都是采用加防護(hù)罩和使用減震平臺(tái)等等方式來(lái)降低各種噪聲帶來(lái)的影響，但是在實(shí)際應(yīng)用中并不可行，特別是在工業(yè)激光應(yīng)用領(lǐng)域，劇烈震動(dòng)是不可避免的，通過(guò)這些措施并不能消除干擾。保偏光輸出也成為光纖激光器研究的重點(diǎn)，光纖通信外調(diào)制、光纖陀螺、傳感等都對(duì)激光器的偏振特性有嚴(yán)格要求，要求其有單偏振輸出。一般米用非保偏光纖制成的激光器，能夠得到較穩(wěn)的功率輸出，但激光的偏振態(tài)紊亂，簡(jiǎn)單地加入起偏器會(huì)使激光器的輸出功率不穩(wěn)定，而且偏振特性也得不到改善。實(shí)現(xiàn)單偏振輸出最簡(jiǎn)單的方法是采用保偏光纖制作激光器，但由于保偏摻雜光纖價(jià)格昂貴，而且技術(shù)還不夠成熟，不能滿足應(yīng)用要求，使其應(yīng)用受到了限制。影響光纖激光器發(fā)展的另一個(gè)因素就是泵浦功率，一般來(lái)說(shuō)，低功率泵浦的激光器可以極大地降低整體器件的成本，但在低功率泵浦時(shí)，啟動(dòng)和維持鎖模將變得更加困難，并且影響鎖模的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。本發(fā)明克服了上述技術(shù)的不足，提供了一種偏振態(tài)穩(wěn)定控制的自啟動(dòng)鎖模光纖激光器，該發(fā)明采用σ腔型結(jié)構(gòu)，用偏振旋轉(zhuǎn)和可飽和吸收聯(lián)合控制，首先是利用可飽和吸收體能實(shí)現(xiàn)鎖模自啟動(dòng)，并且降低了鎖模閾值，穩(wěn)定性好，它的吸收響應(yīng)時(shí)間可以控制脈沖寬度；然后偏振旋轉(zhuǎn)可以抑制脈沖分裂，降低鎖模噪聲，兩者同時(shí)鎖模得到的鎖模脈沖序列更穩(wěn)定，抗干擾能力更強(qiáng)，并且激光器能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行；最后用偏振分束器實(shí)現(xiàn)脈沖激光保偏輸出。同時(shí)改用不同長(zhǎng)度的光纖，以及不同型號(hào)的增益光纖、偏振分束器和可飽和吸收體，可以實(shí)現(xiàn)不同重復(fù)頻率和中心波長(zhǎng)的脈沖激光輸出。采用光纖封裝的偏振分束器和可飽和吸收體，可以做成全光纖的激光器。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了下列技術(shù)方案:—種偏振態(tài)穩(wěn)定控制的自啟動(dòng)鎖模光纖激光器，包括有順次連接泵浦源1、用于將泵浦光和反射光耦合進(jìn)光路的波分復(fù)用器2、用于產(chǎn)生激光所需的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)的增益光纖
3、用于控制激光重復(fù)頻率的非增益光纖4、用于改變激光偏振態(tài)的偏振控制器5以及用于將激光分成兩束的偏振分束器6,所述偏振分束器6 —激光輸出端連接用于產(chǎn)生非線性飽和吸收來(lái)實(shí)現(xiàn)鎖模自啟動(dòng)的可飽和吸收體7,偏振分束器6另一激光輸出端為保偏輸出端，所述可飽和吸收體7的反射光經(jīng)偏振分束器6進(jìn)入波分復(fù)用器2中。所述偏振分束器6與可飽和吸收體7之間依次設(shè)有λ /4波片和微透鏡。所述偏振控制器5與偏振分束器6之間設(shè)有光準(zhǔn)直器。所述偏振控制器5與光直準(zhǔn)器之間設(shè)有光隔離器。所述偏振分束器6與波分復(fù)用器2之間設(shè)有光準(zhǔn)直器。所述偏振分束器6與可飽和吸收體7之間設(shè)有偏振控制器。所述偏振控制器5與偏振分束器6之間設(shè)有光隔離器.
所述增益光纖3為單模、多模光纖、雙包層或光子晶體，所述非增益光纖4也為單模、多模光纖、雙包層或光子晶體。所述偏振分束器6為空間偏振分束器或2X2全光偏振分束器。所述飽和吸收體7為半導(dǎo)體可飽和吸收反射鏡、涂覆有飽和吸收材料的反射鏡或摻雜具有飽和吸收特性離子的反射鏡。本發(fā)明的有益效果是:1、本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)偏振態(tài)穩(wěn)定控制的鎖模光纖激光器，可形成穩(wěn)定的鎖模自啟動(dòng)，不需要人工調(diào)校，使用方便，適合滿足工業(yè)激光的應(yīng)用；其輸出的脈沖是偏振態(tài)實(shí)現(xiàn)自穩(wěn)定控制，而且是常規(guī)非保偏光纖中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的保偏輸出，有利脈沖壓縮、調(diào)控、非線性頻率變換、非線性光學(xué)成像等一系列實(shí)際應(yīng)用。2、本發(fā)明利 用光纖激光腔內(nèi)非線性偏振旋轉(zhuǎn)控制產(chǎn)生等效的快速非線性飽和效應(yīng)，降低光纖激光腔內(nèi)飽和吸收的閾值，獲得超低閾值的鎖模自啟動(dòng)，克服常規(guī)被動(dòng)鎖模光纖激光中脈沖漲落或長(zhǎng)期光照射飽和吸收體，如半導(dǎo)體可飽和吸收反射鏡(SESAM)等，而不可避免地產(chǎn)生的光損傷，增加鎖模光纖激光的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和使用壽命。3、本發(fā)明利于控制光纖偏振非線性旋轉(zhuǎn)以鉗制光纖激光腔內(nèi)峰值功率,降低被動(dòng)鎖模的脈沖漲落，克服常規(guī)的非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模易受外界干擾等缺陷，獲得穩(wěn)定的鎖模超短脈沖激光，也利于克服脈沖漲落對(duì)SESAM反射鏡可能的損傷。4、本發(fā)明在低泵浦閾值下鎖模自啟動(dòng)，可克服光纖腔內(nèi)非線性效應(yīng)可能誘導(dǎo)的光譜畸變，輸出無(wú)光譜畸變的高斯型光譜；也可克服光纖非線性B積分對(duì)脈沖寬度的影響，輸出脈沖易于壓縮，得到脈沖對(duì)比度高且無(wú)旁瓣的飛秒脈沖；鎖模閾值低可以極大地降低激光腔內(nèi)的高階非線性效應(yīng)及強(qiáng)度一相位噪聲。5、本發(fā)明所涉及的偏振態(tài)穩(wěn)定控制的自啟動(dòng)鎖模光纖激光器,兼容鎖模光纖激光脈沖時(shí)間頻譜特性的多種調(diào)控方法，如調(diào)諧泵浦光功率、控制光纖腔內(nèi)偏振狀態(tài)、控制光纖激光腔長(zhǎng)度等。

圖1為本發(fā)明的原理結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例一半空間半光纖激光器結(jié)構(gòu)不意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例二全光纖激光器結(jié)構(gòu)示意圖。[具體實(shí)施方式
]下面結(jié)合附圖與本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的描述:如圖1所不,一種偏振態(tài)穩(wěn)定控制的自啟動(dòng)鎖模光纖激光器，其特征在于:包括有順次連接泵浦源1、用于將泵浦光和反射光耦合進(jìn)光路的波分復(fù)用器2、用于產(chǎn)生激光所需的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)的增益光纖3、用于控制激光重復(fù)頻率的非增益光纖4、用于改變激光偏振態(tài)的偏振控制器5以及用于將激光分成兩束的偏振分束器6,所述偏振分束器6 —激光輸出端連接用于產(chǎn)生非線性飽和吸收來(lái)實(shí)現(xiàn)鎖模自啟動(dòng)的可飽和吸收體7，偏振分束器6另一激光輸出端為保偏輸出端，所述可飽和吸收體7的反射光經(jīng)偏振分束器6進(jìn)入波分復(fù)用器2中。
實(shí)施例一:如圖2所示，所述偏振分束器6與可飽和吸收體7之間依次設(shè)有λ /4波片和微透鏡。所述偏振控制器5與偏振分束器6之間設(shè)有光準(zhǔn)直器。所述偏振控制器5與光準(zhǔn)直器之間設(shè)有光隔離器。所述偏振分束器6與波分復(fù)用器2之間設(shè)有光準(zhǔn)直器。如上所述本實(shí)施例為半空間半光纖激光器結(jié)構(gòu)，采用圖2所示的σ腔結(jié)構(gòu)，利用可飽和吸收鏡和偏振旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)鎖模。本實(shí)施例采用波長(zhǎng)為980nm的半導(dǎo)體激光器進(jìn)行正向泵浦，通過(guò)波分復(fù)用器耦合進(jìn)光路，為了充分吸收，采用高摻雜的摻鐿光纖做為增益介質(zhì)。從摻鐿光纖出來(lái)的光進(jìn)入HI1060的單模光纖，這里單模光纖用于控制重復(fù)頻率，由f = c/nL可知，其中f為重復(fù)頻率，c為光速，η為光纖折射率，L為光腔長(zhǎng)度，改變激光器的腔長(zhǎng)，可以實(shí)現(xiàn)不同重復(fù)頻率脈沖輸出。經(jīng)單模光纖后光進(jìn)入偏振控制器，改變激光的偏振態(tài)。然后光通過(guò)一個(gè)波長(zhǎng)為1040nm的光隔離器，確保光的單向運(yùn)行。光準(zhǔn)直器讓光纖光變成空間光，所用光準(zhǔn)直器的中心波長(zhǎng)為1040nm，耦合距離為300mm?？臻g光經(jīng)過(guò)一個(gè)中心波長(zhǎng)在1040nm的空間偏振分束器分為豎直偏振和水平偏振兩束光，一束光用于輸出，另一束光經(jīng)過(guò)一個(gè)波長(zhǎng)為1040nm的λ /4玻片，偏振方向改變45度，然后通過(guò)微透鏡把聚焦在可飽和吸收體上。所用可飽和吸收體中心波長(zhǎng)為1040nm，調(diào)制深度為40，時(shí)間延遲為7ps。通過(guò)可飽和吸收體反射回來(lái)的光再次經(jīng)過(guò)1040nm的λ /4的玻片出射，光偏振方向再改變45度，原來(lái)的水平偏振光變?yōu)樨Q直偏振的光，再次經(jīng)過(guò)偏振分束器時(shí)發(fā)生反射。再用配對(duì)的光準(zhǔn)直器將空間光耦合進(jìn)腔內(nèi)。這里光準(zhǔn)直器到可飽和吸收體的距離約為150_，往返一次剛好滿足一對(duì)可飽和吸收體的耦合距離，所用光準(zhǔn)直器的耦合效率為70%。耦合入腔內(nèi)的光進(jìn)入波分復(fù)用器形成環(huán)形腔。實(shí)施例二:如圖3所示，所述偏振分束器6與可飽和吸收體7之間設(shè)有偏振控制器。所述偏振控制器5與偏振分束器6之間設(shè)有光隔離器.
如上所述，本實(shí)施例為全光纖激光器結(jié)構(gòu)，采用圖3所示的σ腔結(jié)構(gòu)，利用可飽和吸收鏡和偏振旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)鎖模。本實(shí)施例采用波長(zhǎng)為980nm的半導(dǎo)體激光器進(jìn)行正向泵浦，通過(guò)波分復(fù)用器耦合進(jìn)光路，為了充分吸收，采用高摻雜的摻鐿光纖做為增益介質(zhì)。單模光纖用于控制重復(fù)頻率，其長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際所需脈沖重復(fù)頻率而定。偏振控制器用來(lái)改變激光的偏振態(tài)。然后光通過(guò)一個(gè)波長(zhǎng)為1040nm的光隔離器，確保光的單向運(yùn)行。經(jīng)隔離器出來(lái)的光接入中心波長(zhǎng)為1040nm的光纖偏振分束器,其中光纖偏振分束器一相鄰兩端為單模光纖,用于連接隔離器和波分復(fù)用器，用于腔內(nèi)循環(huán)；另外兩端為保偏光纖，用于輸出和連接光纖可飽和吸收體，所用可飽和吸收體中心波長(zhǎng)為1040nm。實(shí)施例三:本實(shí)施例為中心波長(zhǎng)的控制，在圖2和圖3中保持激光器腔型結(jié)構(gòu)不變，利用可飽和吸收鏡和偏振旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)鎖模。本實(shí)施例采用波長(zhǎng)為980nm的半導(dǎo)體激光器進(jìn)行正向泵浦，用波分復(fù)用器將泵浦光率禹合進(jìn)光路，米用高摻雜的摻鉺光纖做為增益介質(zhì)，用中心波長(zhǎng)1550nm單模光纖控制脈沖的重復(fù)頻率。經(jīng)單模光纖后光進(jìn)入偏振控制器，改變激光的偏振態(tài)。然后光再通過(guò)一個(gè)波長(zhǎng)為1550nm的光隔離器,確保光的單向運(yùn)行，圖2中將光準(zhǔn)直器、λ /4玻片、空間偏振分束器以及可飽和吸收體的中心波長(zhǎng)換為1550nm，實(shí)現(xiàn)半空間半光纖中心波長(zhǎng)在1550nm的脈沖激光輸出；圖3中將光纖偏振分束器和可飽和吸收體換成中心波長(zhǎng)1550nm即可,貝Ij實(shí)現(xiàn)全光纖上網(wǎng)中心波長(zhǎng)在1550nm的脈沖激光輸出。所述增益光纖(3)為單模、多模光纖、雙包層或光子晶體，所述非增益光纖(4)也為單模、多模光纖、雙包層或光子晶體。如上所述，通過(guò)改變?cè)鲆婀饫w的類型以及非增益光纖的類型，實(shí)現(xiàn)不同中心波長(zhǎng)脈沖激光的輸出。所述偏振分束器6為空間偏振分束器或2X2全光偏振分束器。如上所述，通過(guò)改變偏振分束器的類型來(lái)實(shí)現(xiàn)光纖激光腔內(nèi)偏振態(tài)非線性飽和吸控的制收。所述飽和吸收體7為半導(dǎo)體可飽和吸收反射鏡、涂覆有飽和吸收材料的反射鏡、摻雜具有飽和吸收特性離子的反射鏡，或與可飽和材料的結(jié)合的光纖Bragg光柵反射鏡。如上所述，通過(guò)改變飽和吸收體的類型來(lái)實(shí)現(xiàn)不同中心波長(zhǎng)脈沖激光的輸出。
權(quán)利要求
1.一種偏振態(tài)穩(wěn)定控制的自啟動(dòng)鎖模光纖激光器,其特征在于:包括有順次連接泵浦源(I)、用于將泵浦光和反射光耦合進(jìn)光路的波分復(fù)用器(2)、用于產(chǎn)生激光所需的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)的增益光纖(3)、用于控制激光重復(fù)頻率的非增益光纖(4)、用于改變激光偏振態(tài)的偏振控制器(5 )以及用于將激光分成兩束的偏振分束器(6 ),所述偏振分束器(6 ) 一激光輸出端連接用于產(chǎn)生非線性飽和吸收來(lái)實(shí)現(xiàn)鎖模自啟動(dòng)的可飽和吸收體(7)，偏振分束器(6)另一激光輸出端為保偏輸出端，所述可飽和吸收體(7)的反射光經(jīng)偏振分束器(6)進(jìn)入波分復(fù)用器(2)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種偏振態(tài)穩(wěn)定控制的自啟動(dòng)鎖模光纖激光器，其特征在于所述偏振分束器(6)與可飽和吸收體(7)之間依次設(shè)有 /4波片和微透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種偏振態(tài)穩(wěn)定控制的自啟動(dòng)鎖模光纖激光器，其特征在于所述偏振控制器(5)與偏振分束器(6)之間設(shè)有光準(zhǔn)直器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種偏振態(tài)穩(wěn)定控制的自啟動(dòng)鎖模光纖激光器，其特征在于所述偏振控制器(5)與光準(zhǔn)直器之間設(shè)有光隔離器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種偏振態(tài)穩(wěn)定控制的自啟動(dòng)鎖模光纖激光器，其特征在于所述偏振分束器(6)與波分復(fù)用器(2)之間設(shè)有光準(zhǔn)直器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種偏振態(tài)穩(wěn)定控制的自啟動(dòng)鎖模光纖激光器，其特征在于所述偏振分束器(6)與可飽和吸收體(7)之間設(shè)有偏振控制器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種偏振態(tài)穩(wěn)定控制的自啟動(dòng)鎖模光纖激光器，其特征在于所述偏振控制器(5)與偏振分束器(6)之間設(shè)有光隔離器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種偏振態(tài)穩(wěn)定控制的自啟動(dòng)鎖模光纖激光器，其特征在于所述增益光纖(3)為單模、多模光纖、雙包層或光子晶體，所述非增益光纖(4)也為單模、多模光纖、雙包層或光子晶體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種偏振態(tài)穩(wěn)定控制的自啟動(dòng)鎖模光纖激光器，其特征在于所述偏振分束器(6)為空間偏振分束器或2X2全光偏振分束器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種偏振態(tài)穩(wěn)定控制的自啟動(dòng)鎖模光纖激光器，其特征在于所述飽和吸收體(7 )為半導(dǎo)體可飽和吸收反射鏡、涂覆有飽和吸收材料的反射鏡或摻雜具有飽和吸收特性離子的反射鏡。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種偏振態(tài)穩(wěn)定控制的自啟動(dòng)鎖模光纖激光器，其特征在于包括有順次連接泵浦源1、用于將泵浦光和反射光耦合進(jìn)光路的波分復(fù)用器2、用于產(chǎn)生激光所需的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)的增益光纖3、用于控制激光重復(fù)頻率的非增益光纖4、用于改變激光偏振態(tài)的偏振控制器5以及用于將激光分成兩束的偏振分束器6，所述偏振分束器6一激光輸出端連接用于產(chǎn)生非線性飽和吸收來(lái)實(shí)現(xiàn)鎖模自啟動(dòng)的可飽和吸收體7，偏振分束器6另一激光輸出端為保偏輸出端，所述可飽和吸收體7的反射光經(jīng)偏振分束器6進(jìn)入波分復(fù)用器2中，本發(fā)明裝置具有鎖模脈沖序列更穩(wěn)定，抗干擾能力更強(qiáng)，激光器能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)不同重復(fù)頻率和中心波長(zhǎng)的脈沖激光輸出。
文檔編號(hào)H01S3/067GK103151683SQ20131004976
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月7日
發(fā)明者梁崇智, 曾和平, 楊祥輝 申請(qǐng)人:廣東漢唐量子光電科技有限公司