[发明专利]一种近红外波长可调谐全正色散飞秒光纤激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤激光器，具体是一种波长1微米附近并且中心波长从1020nm到1050nm可调谐的全正色散飞秒光纤激光器。

背景技术

超短脉冲激光，是指时间上宽度极窄的脉冲激光。其高峰值功率、窄脉宽和宽光谱的特性使其在诸多领域发挥了不可替代的作用。利用超短脉冲激光作为探针的信息获取技术，比如时间分辨光谱技术、飞秒条纹相机、泵浦探测技术、时间分辨拉曼光谱、超高时间分辨扫描探针显微技术等等。这些超快速的信息获取技术大大推动了超快技术的发展。直接将物理、化学、生物、材料信息与科学的研究带入了微观超快过程领域，并开创了一些全新的领域，如飞秒化学、量子控制化学、半导体相干光谱、超高强度科学与技术等。

脉冲激光通常是由调q和锁模技术得到，但调q技术只能得到纳秒量级的脉冲，若要获得更短的脉冲则需借助锁模技术。所谓锁模就是令激光腔内的不同锁模实现纵模的锁定。块状固体激光器和光纤激光器都可以用来产生超短脉冲。虽然以钛宝石为代表的块状固体锁模激光器已经发展成为成熟的超短脉冲激光光源，并且仍然保持着峰值功率和脉冲宽度的记录，但是这种系统体积庞大，造价昂贵，且机构复杂，调节困难，维护成本高，对使用环境要求苛刻，因此其应用范围受到了极大的限制。与之相比，锁模光纤激光器则有许多明显的优势。一方面，光纤激光器所固有的散热性好、光束质量高、结构紧凑、体积小巧、成本低廉、光转换效率高、环境稳定性好等种种优点，为超短脉冲激光器的普及提供了可能。另一方面，光纤波导与块状固体相比，其色散和非线性特性更为显著，应用结构也更为灵活，从而能为锁模光纤激光器带来多种多样的脉冲整形机制。被动锁模光纤激光器相比于主动锁模光纤激光器可产生更短的波长，锁模方式可在腔内插入可饱和吸收体，也可以利用光纤本身的增益、色散和非线性效应来实现对腔内脉冲的动力学整形以获得超短脉冲输出。除真实可饱和吸收体外，光纤激光器中还常常使用等效可饱和吸收体来实现锁模。最为典型的为非线性偏振旋转锁模、非线性光学环形镜、非线性放大环形镜等。按谐振腔内色散特性不同，则腔内脉冲的动力学演化过程也不相同，从这一角度可将光纤激光器的工作方式分为孤子锁模、展宽脉冲锁模、自相似锁模和全正色散锁模。

最早出现的是工作在孤子锁模域的光纤激光器，这种激光器中色散处处为负，光纤中正的非线性效应和负的色散达到平衡时产生光学孤子。此脉冲在腔内稳定传输且没有啁啾，然而由于面积定理和周期性扰动的限制，脉冲能量只有几百皮焦耳。为了提高单脉冲能量，人们又提出了展宽脉冲锁模的方式，在激光腔中同时引入正色散元件和负色散元件，并且一般工作在近零色散区和小的正色散区。由于引入了正负色散元件，使脉冲在腔内得到周期性展宽和压缩，当脉冲引入啁啾后，增加了脉冲宽度，减少了非线性效应，使得这种脉冲的能量提高了一个数量级，但继续增加单脉冲能量则会引起不稳定。于是人们发展了自相似锁模光纤激光器，其工作在较大的正色散区，因此脉冲有较大的啁啾；又因为这种激光腔中一般引入色散延迟线进行补偿色散，因此脉冲在一个循环腔中也伴有较强的呼吸作用，这种带有近线形啁啾的抛物线形脉冲具有较强的抵御波分裂的能力。在这种情况下，无需色散补偿的全正色散锁模光纤激光器成为提高脉冲能量的有效途径，与此同时，产生飞秒量级脉冲更是有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种近红外波长可调谐全正色散飞秒光纤激光器，该种光纤激光器所固有的散热性好、光束质量高、结构紧凑、体积小巧、成本低廉、光转换效率高、环境稳定性好。

按照本发明提供的技术方案，一种近红外波长可调谐全正色散飞秒光纤激光器，包括带有分立元件的光纤振荡器及光栅对腔外光栅对腔外脉宽压缩装置；所述带有分立元件的光纤振荡器由LD泵浦源输出976nm泵浦光经尾纤与带通滤波器连接，带通滤波器与波分复用器连接，波分复用器将976nm泵浦光耦合进入环形腔内，波分复用器与掺镱增益光纤连接，所述掺镱增益光纤连接第一单模光纤，第一单模光纤与环形腔的分立元件带尾纤的准直器连接，所述分立元件包括带尾纤的准直器、第一四分之一波片、第一二分之一波片、第一偏振分光棱镜、双折射滤波片、空间光隔离器、第二四分之一波片、准直器，所述带尾纤的准直器依次与第一四分之一波片、第一二分之一波片、第一偏振分光棱镜、双折射滤波片、空间光隔离器、第二四分之一波片、准直器连接，所述准直器连接第二单模光纤，第二单模光纤与波分复用器熔接。