[发明专利]全正色散耗散型纳秒级脉冲可整形的被动锁模光纤激光器系统

说明书

技术领域

本发明属光学领域，涉及一种光纤激光器系统，尤其涉及一种可整形的全正色散耗散型纳秒级锁模脉冲光纤激光器系统。

背景技术

纳秒量级的锁模光纤激光器具有结构紧凑、成本低廉、性能稳定、调节简便、便于耦合等优势，在国防，军事，以及科研方面都有重要的用途。

与传统的固体锁模激光器相比，光纤激光器自身的色散、非线性以及偏振态等特性使其在锁模脉冲激光器领域具有独特的优势。基于全正色散的耗散型脉冲，其形成机理不同于保守态下的群速色散和自相位调制平衡而形成的孤子脉冲。孤子脉冲能量受到孤子面积理论的限制，脉冲能量限制在0.1nJ以下。而耗散型脉冲是基于全正色散，光谱滤波，以及光纤非线性和激光腔内增益和损耗共同作用的结果，因而具有脉冲能量高、脉宽相对较宽(皮秒量级)，峰值功率小，易于进行展宽而受光纤非线性影响相对较小的特点。传统的调Q锁模脉冲是基于Q开关调节腔内的增益和损耗形成低Q值存储能量，高Q值释放能量的工作模式，其产生的脉冲虽然在纳秒量级但是脉冲和脉冲之间无相干性，因而不能进行脉冲展宽或压缩，因此其应用受到局限。而基于全正色散的锁模激光器本身能够产生皮秒量级的啁啾脉冲，在经过一定量的色散光纤展宽，就能产生纳秒级的锁模脉冲。通过设计合适的负色散器件(如光栅对)，就能使得脉冲再次压回皮秒甚飞秒量级。此外，通过调节激光腔内的偏振状态，可以得到不同形状的光谱，由于锁模脉冲的光谱和脉冲是严格意义上的傅里叶变换关系，因而光谱不同，脉冲形状也就不同。基于这一思想，可以通过调节锁模光纤激光器的锁模状态以及外加滤波器等手段控制光谱的形状来控制脉冲的特性。近年来也有文献报道利用长腔光纤激光器产生纳秒脉冲，但是经过验证这种光纤激光器产生的纳秒脉冲经过长距离传输其特性很难改变，说明长腔产生的纳秒级脉冲相位复杂不能用普通的线性色散器件进行展宽或者压缩。因而其应用也受到限制。而基于全正色散的皮秒量级的光纤激光器所产生的啁啾脉冲经过色散光纤展宽后，其脉冲特性和光谱特性严格满足傅里叶变换关系。大的啁啾保证锁模脉冲受光纤非线性影响小，高的输出能量保证脉冲经过长的色散光纤还有足够的剩余能量。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种脉冲能量高、散热效果好、易于调节、操作简便以及可作为啁啾脉冲放大的前端系统的全正色散耗散型纳秒级脉冲可整形的被动锁模光纤激光器系统。

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种全正色散耗散型纳秒级脉冲可整形的被动锁模光纤激光器系统，其特殊之处在于：所述全正色散耗散型纳秒级脉冲可整形的被动锁模光纤激光器系统包括全正色散耗散型皮秒脉冲产生子系统、脉冲展宽子系统以及带有滤波功能的三级放大子系统；所述全正色散耗散型皮秒脉冲产生子系统通过脉冲展宽子系统接入带有滤波功能的三级放大子系统。

上述全正色散耗散型皮秒脉冲产生子系统包括光纤耦合的半导体泵浦光源、波分复用器、掺镱光纤、偏振相关隔离器、输出耦合器、偏振控制器以及光学滤波器；所述光纤耦合的半导体泵浦光源产生泵浦光；所述光纤耦合的半导体泵浦光源所产生的泵浦光通过波分复用器注入掺镱光纤；所述偏振相关隔离器、输出耦合器、偏振控制器以及光学滤波器依次连接；所述光学滤波器接入波分复用器。

上述掺镱光纤是Yb164的光纤；所述波分复用器的频分范围为980nm/1053nm；所述输出耦合器的输出比率为30％；所述半导体泵浦光源的工作波长是976nm的单模半导体激光器，其输出功率为0-250mW；所述滤波器是1064±5nm滤波器；所述半导体泵浦光源、波分复用器、掺镱光纤、偏振相关隔离器、输出耦合器、偏振控制器以及光学滤波器之间采用HI 1060光纤连接。

上述脉冲展宽子系统是G 652标准单模光纤；所述输出耦合器接入G 652标准单模光纤。

上述带有滤波功能的三级放大子系统包括泵浦激光器、第一分束器、第二分束器、第一波分复用器、第一增益光纤、第二波分复用器、第二增益光纤、第三波分复用器、第三增益光纤、偏振无关隔离器以及滤波器；所述G 652标准单模光纤接入第一分束器；所述泵浦激光器通过第一分束器分别接入第一波分复用器以及第二分束器；所述第一波分复用器通过第一增益光纤接入第二波分复用器；所述泵浦激光器通过第一分束器接入第二分束器后分别接入第二波分复用器以及第三波分复用器；所述第二波分复用器通过第二增益光纤接入第三波分复用器；所述第三波分复用器通过第三增益光纤和偏振无关隔离器相连；所述偏振无关隔离器接入滤波器。