[发明专利]一种双谐振腔全光纤锁模脉冲激光器

说明书

技术领域

本发明公开了一种双谐振腔结构的全光纤锁模脉冲激光器，属于激光技术、光纤光学及非线性光学领域。

背景技术

光纤激光器具有体积小、重量轻、转换效率高、输出光束质量好等优点，近年来得到了迅猛发展。超短脉冲光纤激光器以其优良的光束质量、无可比拟的散热特性、高效的电光转换效率、紧凑的装置结构、稳定的激光性能以及较低的维修操作费用而逐步在材料加工、激光医疗、工业制造、国防军事以及科学研究等领域获得越来越多的用户青睐与市场份额，并进一步成为各研究机构研究与开发的热点。

在目前锁模光纤激光器的研究中，获得锁模脉冲的方法主要有主动锁模和被动锁模技术。主动锁模需要使用外加调制器的控制，会使光路设计更为复杂，成本更高，不利于产业化发展。被动锁模不需要引入外部信号来产生脉冲，通常是将一个可饱和吸收体放置在激光腔内，利用其快速可饱和吸收特性引发光波的自调制，即透过率随光强的增加而增加的特性，光强较强的部分通过可饱和吸收体时损耗小，透过率高；光强较弱的部分通过可饱和吸收体时损耗大，透过率低，从而产生脉冲输出。

目前最常用的可饱和吸收体为半导体可饱和吸收镜(SESAM)，但SESAM国内无法生产只能依赖进口，限制了光纤锁模激光器生产成本的降低。随着新型材料的发展，石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管(SWNT)、拓扑绝缘体均表现出了很好的可饱和吸收特性，使用新型材料作为可饱和吸收体的锁模光纤激光器，可摆脱国内超短脉冲光纤激光器产业中对国外进口SESAM的依赖，打破技术封锁，令产品拥有更好的推广前景，增强了其行业竞争力。

发明内容

为了解决主动锁模光纤激光器中系统复杂、成本高、抗干扰能力差；同时半导体可饱和吸收镜(SESAM)制作工艺难、生产成本高等问题，本发明的目的在于基于双谐振腔结构，利用新型材料可饱和吸收体实现被动锁模，全光纤化设计无需额外调制器件，大大降低谐振腔损耗，实现高度集成的稳定激光系统。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案为一种双谐振腔结构的全光纤锁模脉冲激光器，该激光器包括泵浦及相关装置、激光谐振腔、增益光纤、可饱和吸收器件、激光输出装置和其它辅助装置组成；

泵浦及相关装置包括泵浦源、光纤合束器或波分复用器；激光谐振腔包括反射型光纤布拉格光栅包括第一反射型光纤布拉格光栅、第二反射型光纤布拉格光栅、第三反射型光纤布拉格光栅、第四反射型光纤布拉格光栅或全反镜。

增益光纤包括第一增益光纤、第二增益光纤；其中，第一增益光纤置于谐振腔Ⅱ内，第二增益光纤置于谐振腔Ⅱ外谐振腔Ⅰ内；可饱和吸收元件包括可饱和吸收体；激光输出装置包括光隔离器、环形器或分束器；其它辅助装置包括滤波器。

激光谐振腔可以为线形或者环形结构；整个激光器的谐振腔分为谐振腔Ⅰ和谐振腔Ⅱ两部分，其中谐振腔Ⅰ为激光器的外腔，谐振腔Ⅱ为激光器的内腔；谐振腔Ⅰ由线形谐振腔或者环形谐振腔组成；谐振腔Ⅱ由线性谐振腔组成；谐振腔Ⅰ与谐振腔Ⅱ的各对反射型光纤布拉格光栅间置有增益光纤；其中，可饱和吸收体置于谐振腔Ⅱ中，它具有快速可饱和吸收特性，即透过率随光强的增加而增加的特性，光强较强的部分通过可饱和吸收体时损耗小透过率高，光强较弱的部分通过可饱和吸收体时损耗大，透过率低，从而产生脉冲输出；泵浦光首先射入谐振腔Ⅰ的增益光纤中产生连续激光，随后产生的激光进入谐振腔Ⅱ中泵浦谐振腔Ⅱ的增益光纤，并通过可饱和吸元件的可保和吸收作用产生脉冲激光，之后此脉冲激光再次进入谐振腔Ⅰ中得到进一步放大，最终通过激光输出装置输出高功率脉冲激光。

当为线性谐振腔结构时，第一反射型光纤布拉格光栅与第二反射型光纤布拉格光栅构成谐振腔Ⅱ，谐振腔Ⅱ中包含第一增益光纤和可饱和吸收元件；第三反射型光纤布拉格光栅与第四反射型光纤布拉格光栅构成谐振腔Ⅰ，谐振腔Ⅱ外谐振腔Ⅰ内包含第二增益光纤；或者，装置内组成谐振腔Ⅰ的第三反射型光纤布拉格光栅或第四反射型光纤布拉格光栅的任意一个可以由全反镜代替构成谐振腔Ⅰ，另外第一反射型光纤布拉格光栅与第三反射型光纤布拉格光栅还可以同时由全反镜12代替构成谐振腔Ⅰ和谐振腔Ⅱ。

当为环形谐振腔结构时，由第二增益光纤、第三反射型布拉格光纤光栅以及环形器组成环形腔，即谐振腔Ⅰ；第一反射型光纤布拉格光栅与第二反射型光纤布拉格光栅构成谐振腔Ⅱ，谐振腔Ⅱ中包含第一增益光纤和可饱和吸收元件。