[发明专利]脉冲光纤激光器

说明书

技术领域

本发明涉及超连续信号源，脉冲光纤激光器，产生超连续信号的方法和用于产生脉冲激光信号的方法。

背景技术

当光纤激光器处于不稳定模式，例如CW模式中激光器运行在略高于阈值处，或是在刚开启激光器或泵浦脉冲刚进入光纤激光器之后，光纤激光器中会发生弛豫振荡。

由于光纤激光器中活性稀土元素的激发态寿命比较长，则从开启脉冲激光器或泵浦脉冲进入光纤激光器直到发射激光，典型地存在延时。在该延时中，光纤中的反转能级增至比激光器阈值时的反转能级高很多。通过高的反转、存储在激光器中的能量的大部分典型地在弛豫振荡的第一脉冲(称为尖峰，主脉冲或主边缘)中释放。为隔离这种弛豫振荡的主脉冲，对泵浦脉冲的门控制称为增益转换(gain switching)。

在US2010/0172381中描述了一种方法，其中向增益介质施加触发脉冲以控制第一尖峰发生的时间。这种脉冲系统是复杂的，鉴于至少两个理由：1)在泵浦脉冲和触发脉冲之间的计时非常关键，因而需要对泵浦和触发模块的时序行为进行精确的电子控制，和2)需要同样用于泵浦和触发的光学通路，也就是说需要光学耦合器(例如WDM或具有信号馈通的熔融泵浦混合器)。

发明内容

本发明涉及一种用于增益转换包层泵浦光纤激光器的系统，以产生具有激光信号波长和激光信号重复率的脉冲激光信号。进一步地，本发明涉及这种增益转换型包层泵浦光纤激光器和用于产生超连续光的非线性光纤的组合。

本发明的一个目的是提供一种激光器系统，用于产生具有激光信号波长和激光信号重复率的脉冲激光信号，其包括光纤激光器单元，该单元包含包层泵浦光纤激光器，包层泵浦光纤激光器包含由泵浦包层环绕的光纤激光器导光区域。光纤激光器导光区域包括至少一个活性元素。进一步地，激光器系统包括至少一个用于将泵浦信号发射到所述包层泵浦光纤激光器中的泵浦激光器单元，所述泵浦激光器单元包含至少一个以泵浦信号波长发射泵浦信号的泵浦二极管。此外，激光器系统包括用于将所述泵浦信号调制成多个泵浦脉冲的调制模块。该调制模块被设置为调制所述泵浦激光器单元和/或所述泵浦信号，从而将所述脉冲激光信号中单个激光脉冲的能量基本上限制为响应每个泵浦脉冲产生的所述包层泵浦光纤激光器弛豫振荡的主脉冲。

如果泵浦激光器突然开启并施加到光纤激光器上，那么发射激光将在一定时间延迟后发生。这个延时依赖于几个因素。一个因素是上面提到的自发发射寿命。另外的因素是在光纤激光器空腔中的光学往返时间、和光子寿命，这两者皆与空腔的Q-因数有关。泵浦激光的能量同样也是一个因素，由于其决定空腔中的增益级别：高能的泵浦激光越多，第一尖峰之前的延迟时间就越短。在该延迟时间期间，泵浦激光引起激发的稀土离子的生成(build-up)，并因而引起反转生成。

当反转和增益出现时，荧光光线开始通过放大(ASE，放大自发辐射)生成，直到最终产生第一尖峰。第一尖峰基本上耗尽反转，因此，如果在尖峰时关闭泵浦，那么每个泵浦脉冲仅发射一个脉冲。

用这种方法，由于系统是自触发的，因而可得到简单且经济的解决方案：如果在第一尖峰发生之前关闭泵浦脉冲，则生成时间后光纤激光器空腔中的ASE将触发脉冲发射，并因此消除了对外部触发单元的需要。

对于这种操作，存在一定量的时间抖动：第一尖峰的开始基于自发发射，这是随机效果。然而，考虑到第一尖峰耗尽了增益，尖峰中能量的量由泵浦决定，因而在每个脉冲中都是可再现的。

本发明的目的之一是提供一种超连续光源，其包括非线性光纤和包括根据本发明的激光器系统的泵浦脉冲源，其中所述激光器系统被设置成将所述泵浦脉冲发射到所述非线性光纤中，使得在非线性光纤中产生超连续信号。

用这种方法，可以获得经济且机械简单的超连续光源，其中所有的光学元件都可以光纤耦合，从而消除对例如自由空间光系统的需要。这提高了光源关于机械扰动的稳定性。

本发明的目的之一是提供一种方法，用于产生具有激光信号波长和激光信号重复率的脉冲激光信号。该方法包括提供具有包层泵浦光纤激光器的激光器系统，包层泵浦光纤激光器包括由泵浦包层环绕的光纤激光器导光区域。光纤激光器导光区域包括至少一个活性元素。激光器系统进一步地包括至少一个用于向所述包层泵浦光纤激光器中发射泵浦信号的泵浦激光器单元。泵浦信号单元包括至少一个以泵浦信号波长发射信号的泵浦二极管。该方法进一步地包括调制所述泵浦信号单元和/或所述泵浦信号，从而将所述脉冲激光信号中单个激光脉冲的能量基本上限制为响应每个泵浦脉冲产生的所述包层泵浦光纤激光器弛豫振荡的主脉冲。