[发明专利]耗散孤子主动锁模光纤激光器

说明书

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，特别涉及一种耗散孤子主动锁模光纤激光器。

背景技术

光纤超短脉冲激光器具有体积小且结构简单、工作物质为柔性介质、使用方便等特点，在光纤通信、激光加工、医疗器械设备等领域广泛应用。

图1是一种现有典型光纤激光器结构图。如图1所示，其中，Pump是泵浦源，WDM是波分复用器，EDF是掺铒光纤，PC是偏振控制器，PDI是偏振相关隔离器，OC是光耦合器，Output是输出。

这种激光器利用的是非线性偏振旋转(NPE)效应，原理是利用光纤内一些非线性效应(自相位调制、交叉相位调制、色散效应)和由偏振相关隔离器、两个光纤偏振控制器构成的等效快可饱和吸收体对腔内的初始光脉冲进行周期性调制来获得稳定超短光脉冲输出。

对于这种由全负色散光纤组成的光纤激光器来说，脉冲是在色散和以自相位调制为代表的非线性效应的共同作用下形成的，同时自相位调制与色散引起的脉冲形变互相抵消，由此可以使得脉冲形状在传输过程中保持不变，实现基态孤子(静态孤子)的运转。这种激光器可以做成全光纤结构，因此能够使用绝大多数适用于锁模光纤激光器的锁模方式。这种孤子激光器的输出脉冲为双曲正割形状，同时光谱也接近双曲正割形状。

孤子激光器的脉冲能量一般都在0.1nJ左右，由于其无啁啾特性导致的窄脉宽特性会使脉冲具有相当高的峰值功率。继续提升孤子能量的话会使脉冲的峰值功率过快增加，进而使腔内的非线性相移超过脉冲所能承受的极限，从而导致波分裂现象的发生。

这种结构的激光器优点是结构简单、可以自启动而且能实现全光纤结构，其缺点和不足是：1、脉冲能量低，由于腔内全负色散的存在，使得孤子的形成是在非线性和色散的平衡下产生，过高的脉冲能量产生较强的非线性会使孤子发生脉冲分裂现象，进而阻止脉冲能量的进一步提升；2、结构相对固定，不容易实现脉冲重复频率的调整；3、输出波长不易调节。

图2是一种现有全正色散光纤激光器结构图。如图2所示，其中，Pump是泵浦源，WDM是波分复用器，YDF是掺镱光纤，C是耦合器，PC是偏振控制器，PDI是偏振相关隔离器。

这种全正色散腔锁模激光器，其特点是腔内的光纤都是正常色散，在这种激光器内可以产生高能量的耗散孤子，原因是腔内脉冲的自相位调制产生正啁啾可以使高能量的脉冲在正色散的光纤中展宽，进而降低了脉冲的峰值功率，减弱了非线性效应，避免了脉冲分裂的产生。利用这种激光器结构可以产生20nJ能量的脉冲。正色散腔内脉冲的整形是基于啁啾脉冲的频谱滤波机制。由于脉冲具有很大的啁啾，所以在腔外可以用光栅压缩脉冲至fs级别，可以实现脉冲腔外压缩至80fs。在时域上，有限的增益带宽体现出了频谱滤波作用，将脉冲的前后沿部分频率切除从而使脉冲窄化，而正色散介质可以使脉冲展宽，从而获得脉冲的平衡稳定运行；在频域上，增益带宽的滤波效应是由自相位调制效应所带来的光谱展宽效果所平衡的。实际上，在全正色散激光器中不只是由有限增益带宽实现频谱滤波效应，饱和吸收体的调制作用同样在腔内实现了滤波效应。利用这种结构，在腔内加入双折射滤波器，可以实现输出波长可调。

这种激光器的优点是可以产生高能量的脉冲，并且可以做成全光纤结构，输出脉冲具有很大的啁啾，腔外可压缩。其缺点是：1、波长不易调节；2、由于激光器是被动锁模的形式，所以很难调节腔长来改变脉冲的重复频率，进而很难将脉冲和外部的时钟同步起来；3、虽然其实现了波长可调，但是通过加入滤波器的激光腔部分是空间结构，结构不灵活而且需要对准，并且脉冲重复频率不易调节。

图3是一种现有主动锁模激光器结构图。如图3所示，其中Pump是泵浦源，WDM是波分复用器，EDF是掺镱光纤，OC是光耦合器，ISO是隔离器，DL是延时线，PC是偏振控制器，Output是输出，Modulator是强度调制器，RF signal是射频信号源。