[发明专利]一种全光纤结构的高能量矩形激光脉冲产生系统及方法

权利要求书

1.一种全光纤结构的高能量矩形激光脉冲产生系统，其特征在于，包括泵浦源(1)、波分复用器(2)、掺镱增益光纤(3)、可饱和吸收体(4)、偏振无关隔离器(5)、输出耦合器(6)以及偏振控制器(7)；所述波分复用器(2)、掺镱增益光纤(3)、可饱和吸收体(4)、偏振无关隔离器(5)、输出耦合器(6)、偏振控制器(7)依次通过单模光纤(8)闭环连接；所述泵浦源(1)与波分复用器(2)的输入端连接；所述输出耦合器(6)的输出端输出矩形脉冲；

所述可饱和吸收体(4)具有可饱和吸收和激发态吸收两种效应，在输入脉冲峰值功率超过激发态吸收效应产生的功率阈值后，表现为透射率随入射脉冲功率的增加而减少。

2.根据权利要求1所述的全光纤结构的高能量矩形激光脉冲产生系统，其特征在于，所述泵浦源(1)为半导体激光器或者光纤激光器，输出泵浦光的中心波长λ为：980nm。

3.根据权利要求1所述的全光纤结构的高能量矩形激光脉冲产生系统，其特征在于，所述波分复用器(2)的波分范围为980nm/1060nm。

4.根据权利要求1所述的全光纤结构的高能量矩形激光脉冲产生系统，其特征在于，所述的掺镱增益光纤(3)的长度为0.6m，在1060nm附近具有正色散。

5.根据权利要求1所述的全光纤结构的高能量矩形激光脉冲产生系统，其特征在于，所述输出耦合器(6)的输出比率为10％。

6.根据权利要求1所述的全光纤结构的高能量矩形激光脉冲产生系统，其特征在于，所述单模光纤(8)的长度为3m，在1060nm附近具有正色散。

7.根据权利要求1所述的全光纤结构的高能量矩形激光脉冲产生系统，其特征在于，所述可饱和吸收体(4)采取机械分离、化学剥离或气相沉积的制备方法制得，其组成成分包括由石墨烯、过渡金属硫化物或拓扑绝缘体构成的二维异质结材料。

8.根据权利要求1所述的全光纤结构的高能量矩形激光脉冲产生系统，其特征在于，所述可饱和吸收体(4)具有光谱滤波器的作用。

9.一种基于权利要求1至8任一所述的全光纤结构的高能量矩形激光脉冲产生系统的全光纤结构的高能量矩形激光脉冲产生方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、当泵浦源(1)的功率超过锁模阈值后，系统腔内最初由于自发辐射产生的噪声脉冲在腔内多次经过掺镱增益光纤(3)后得到放大；

S2、腔内非线性效应导致脉冲光谱展宽，并产生正的频率啁啾，同时腔内正色散导致脉冲在时域上展宽，正色散和自相位调制的共同作用使得脉冲具有很强的频率正啁啾；

S3、可饱和吸收体(4)作为锁模器件，当入射脉冲峰值功率小于使锁模器件产生激发态吸收效应的功率阈值时，锁模器件使脉冲中心透射率高于脉冲前后沿，使得脉冲每次通过后前后沿得到抑制，脉宽被压缩，同时将脉冲高频分量和低频分量滤掉；

S4、偏振无关隔离器(5)抑制后向反馈，保证系统单向运转；

S5、重复步骤S1-S4，直至在腔内形成自洽演化，最终获得稳定的锁模脉冲，并通过输出耦合器(6)输出；

S6、增加泵浦源(1)的功率，使得腔内脉冲的峰值功率不断增加，直至超过激发态吸收效应产生的功率阈值；

S7、可饱和吸收体(4)产生激发态吸收效应，脉冲中心部分的透射率减小，从而使得脉冲峰值功率受到钳制，脉冲时域形状逐渐变为矩形；随着泵浦源(1)的功率进一步增大，脉冲宽度不断增加，从而形成高能量矩形激光脉冲，并通过输出耦合器(6)输出。