[发明专利]锁模光纤激光器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤激光器，特别是一种基于保偏光纤环形镜以及可饱和吸收镜的锁模光纤激光器。

背景技术

锁模光纤激光器在激光材料处理、光频率梳、光学传感以及超连续谱的产生等方面有巨大的潜在应用价值。通常获得锁模激光输出的方式有以下几种：

一、在激光腔中插入由起偏器、四分之一波片和二分之一波片组成的非线性偏振旋转控制器。其锁模机理为：初始线偏振脉冲经过四分之一波片后，分成强度不同的左旋和右旋圆偏振光两个正交偏振分量。该两圆偏振分量在光纤中传输时由于受到光纤的非线性作用会产生偏振态改变。脉冲中心部分与边沿部分发生的偏振态旋转量不同，调节二分之一波片的取向，可以使脉冲中心部分通过，而边沿部分被阻止，从而形成等效的可饱和吸收体锁模。然而此种方法的锁模稳定性易受环境温度的影响，而且还需要对偏振控制器进行调节，影响了其在实际中的应用。{参见F.Ilday,J.R.Buckley,H.Lim,F.W.Wise,and W.G.Clark,Generation of50-fs,5-nJ pulses at1.03μm from a wave-breaking-free fiber laser,Opt.Lett.28,1365-1367(2003).};

二、在光纤激光器中，将一个线性环和一个非线性环行放大镜通过一个2×2光纤耦合器连接起来构成八字型锁模腔。其锁模机理为，由线性环中产生的信号光脉冲通过光纤耦合器分成两束幅值相等、相向传播的光。这两束光在非线性环中传输受到交叉相位调制和自相位调制效应作用，最后在耦合器耦合干涉时，光脉冲中心部分发生透射，边沿部分被反射，形成一种类快饱和吸收体锁模机制。但这种方法的缺点是当环境温度改变时，锁模状态难以维持。{参见L.M.Zhao,A.C.Bartnik,Q.Q.Tai,and F.W.Wise,Generation of8nJ pulses from a dissipative-soliton fiber laser with a nonlinear optical loop mirror,Opt.Lett.38,1942-1944(2013).}。

发明内容

本发明在上述已有的光纤激光器锁模技术的基础上，提出一种基于保偏光纤环形镜和可饱和吸收镜锁模的线偏振光纤激光器。该激光器将保偏光纤环形镜同时作为激光腔输出镜、偏振选择器件以及带通滤波器件，不仅减少了插入损耗，提高了稳定性，而且减弱了环境温度对锁模光纤激光器稳定性的影响，实现了稳定、高偏振度的锁模脉冲输出。该激光器结构简单紧凑，易于集成，大大扩展了锁模光纤激光器在科学与工业等领域的应用范围。

本发明的技术解决方案如下：

一种锁模光纤激光器，特点在于其构成包括依次熔接的保偏光纤环形镜、保偏有源光纤、泵浦耦合器和可饱和吸收镜，所述的泵浦耦合器的自由端接半导体激光二极管，所述的保偏光纤环形镜的一个自由端作为输出耦合镜。

所述的保偏光纤环形镜是由2×2的保偏光纤耦合器的两个输出端熔接到一起而构成的，该环形镜对于沿保偏光纤快轴和慢轴传播的光有不同的反射率。

所述的可饱和吸收镜是半导体可饱和吸收镜、石墨烯可饱和吸收镜或碳纳米管。

本发明利用保偏光纤环形镜作为激光腔的一个偏振选择器件，它对分别沿保偏光纤快轴和慢轴方向传播的光有不同的反射率，达到偏振选择的作用。

本发明利用保偏光纤环形镜作为脉冲整形带通滤波器，它通过对啁啾脉冲的光谱滤波作用，对脉冲的前后沿进行削波，从而实现稳定脉冲的作用。

所述的可饱和吸收镜作为锁模器件，可以是半导体可饱和吸收镜、石墨烯可饱和吸收镜以及碳纳米管等，它通过对脉冲的非线性吸收作用，从而启动并维持稳定的连续锁模。

所述的泵浦耦合器分为两种：纤芯泵浦时，可采用波分复用器；包层泵浦时，可采用拉锥合束器，它可以将泵浦光高效的引入激光腔中。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

一、本发明通过将保偏光纤环形镜同时作为激光腔输出镜、偏振选择器件以及带通滤波器件，极大地提高了激光器元器件的利用率，减少了器件的插入损耗，并有效提高了激光器的输出效率。

二、本发明通过将保偏光纤环形镜作为激光腔的一个偏振选择器件，有效提高了输出锁模脉冲的偏振度。

三、本发明通过将保偏光纤环形镜作为激光器的脉冲整形带通滤波器，有效提高了脉冲的稳定度，并结合可饱和吸收镜锁模技术，消除了传统锁模光纤激光器受环境温度影响较大的缺点。