[发明专利]掺镱多芯光子晶体光纤锁模激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种掺镱多芯光子晶体光纤锁模激光器，属于激光技术领域。

背景技术

在先技术[1]是一种能输出18nJ单脉冲能量的光子晶体光纤振荡系统。它包含一根模场直径为29μm的光子晶体光纤。这种光纤在包层中引入周期排列的空气孔结构，可以提供比传统光纤大一个数量级的模场面积并保持单模运转。使得单脉冲能量从传统激光器的皮焦耳(pJ)量级，提升到几十个纳焦耳(nJ)。但是，由于受到弯曲损耗以及热透镜效应的影响，光子晶体光纤的模场面积不能无限增大，为了得到更高的脉冲能量，往往需要放大级对激光器输出的超短脉冲进行放大，而放大过程不仅增加了激光系统的成本，丧失了其易用性，而且会对脉冲的形状和稳定性造成一定的破坏。

多芯光子晶体光纤为进一步提高光纤模场面积提供了一种有效的解决方案。多芯光子晶体光纤是在一个共用的内包层中嵌埋多根单模纤芯，纤芯排列成环形、矩形等规则的集合形状，这些纤芯的直径和掺杂浓度都相等，且相互间距离接近达到微米量级，在传输过程中通过瞬逝波产生耦合。光纤总的模场面积随纤芯数量成比例的增加，大大降低了光纤中的非线性，达到提高激光器单脉冲能量的目的。多芯光子晶体光纤各个纤芯之间相互耦合，形成多个本征超模，而只有同相位超模具有高斯形远场分布。因此，目前以多芯光子晶体光纤为介质的激光器面临的主要问题是如何保证各个纤芯同相位，即锁相。

在先技术[2]是通过塔尔伯特腔实现多芯光纤的锁相运转的。它将反射端镜放置在距离光纤端面z处。当z＝zt(zt为塔尔伯特距离)时，同相位超模的反射损耗最小，能够建立起激光振荡，而其他超模反射损耗太大，损耗大于增益而不能建立起激光振荡，从而实现多芯光纤激光器的锁相运转。但是塔尔伯特距离与纤芯间距有关，通常仅为几个毫米，要求调节精度高，而且难以在光纤和端镜之间加入任何元件，更不适合在环形腔中应用。

在先技术[3]是通过小孔来实现多芯光纤的锁相运转的。它将小孔放置在光纤出射端透镜的后焦面上，同相位超模的远场具有高斯分布，因而通过小孔时损耗最小，而其他超模远场为环形或瓣状分布，中心强度弱，通过小孔时损耗大。因此，只有同相位超模能够建立起激光振荡，从而实现多芯光纤激光器的锁相运转。但是，透镜后焦面光斑的大小是由透镜参数决定的，而此透镜参数由光纤的纤芯大小和数值孔径决定，小孔的大小只能适应透镜后焦面光斑的大小。因此，小孔选模方法对小孔的大小选择要求很高。小孔太大，不利于充分损耗其他超模，无法建立起锁相运转；小孔太小，同相位超模损耗太大，影响激光腔的效率。因此要求小孔尺寸达到微米量级的精度，这对小孔加工和光路的调节都有很高要求。

有关涉及到本发明技术的文献和报道如下：

[1]Y.J.Song，M.L.Hu，C.L.Gu，et al.，Mode-locked Yb-doped large-mode-area photoniccrystal fiber laser operating in the vicinity of zero cavity dispersion，Laser Physics Letters，2010，7(3)：230-235“工作在零色散区域的掺镱大模场面积光子晶体光纤锁模激光器”激光物理快报，2010，7(3)：230-235

[2]L.Michaille，C.R.Bennett，D.M.Taylor，et al.，Phase locking and supermode selection inmulticore photonic crystal fiber lasers with a large doped area，Optics Letters，2005，30(13)：1668-1670“大模面积多芯光子晶体光纤的锁相和超模选择”光学快报，2005，30(13)：1668-1670

[3]L.Michaille，D.M.Taylor，C.R.Bennett，et al.，Characteristics of a Q-switched multicorephotonic crystal fiber laser with a very large mode field area，Optics Letters，2008，33(1)：71-73“大模面积多芯光子晶体光纤调Q激光器”光学快报，2008，33(1)：71-73

发明内容

本发明的目的在于提供一种掺镱多芯光子晶体光纤锁模激光器，该激光器输出的脉冲具有光谱宽，脉宽窄和能量高的特点。