[实用新型]基于微环谐振腔的多倍频锁模激光器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种锁模激光器，具体涉及一种基于耗散四波混频效应的超高重频锁模激光器，更具体的涉及一种基于微环谐振腔的超高重频锁模激光器，且其脉冲速率能以腔内微环谐振腔自由光谱范围为步长自由调节。

背景技术

通常高速光脉冲信号可以由锁模激光器和使用高速光电调整光波产生，后一种方案受限于光调制器和电信号产生器带宽，目前只能达到数十吉赫兹，并且其成本随着速率的提升大幅度的增加。而锁模激光器无需高频电子器件，其具有结构简单、成本低廉、稳定性高等优点，在光通信、光学传感、超连续谱产生等技术研究和工业领域有着极为重要的应用。特别是高重频的多倍频锁模激光器在光通信、高分辨率的光子模数转换、光频梳等领域有着极为重要的应用。

通常光纤激光器的重频只有几兆到几十兆赫兹，不利于其在光通信等需要超高重频脉冲方面的应用。为提升光纤锁模激光器的重频，已有几种解决方案：一是通过缩短激光器的腔长，提升激光腔的模式间隔的方法，利用该方案可以得到超高10GHz重频的光脉冲，然而继续缩短腔长将无法得到足够的腔内增益，因此无法产生实用的光脉冲，且其重频随着激光腔的确定而锁定，无法进行调节。第二种方案是基于耗散四波混频效应的锁模激光器，该类激光器可以实现THz以上重频的锁模脉冲，但其往往存在多纵模不稳定性，无法实际应用，虽然其重频可以通过调节腔内滤波器自由谱范围来改变，但是很难实现速率的精确倍频。第三种方法是采用谐波锁模的方法，已报道的被动谐波锁模可以产生数十吉赫兹的光脉冲，主动谐波锁模激光器甚至可以产生数百吉赫兹的光脉冲，然而谐波锁模激光器容易受到不同谐波模式的干扰，产生时间抖动和幅度波动，此外主动锁模激光器还受限于射频信号，成本高；该方法理论上可以实现脉冲速率的倍频，然而实现超高重频时其谐波阶数很高，在实际操作中很难实现，且对控制系统要求极为严格。

实用新型内容

针对光通信系统、片上光信息处理对超高重频光信号，特别是可以速率可以多倍增长的光信号的需求，本实用新型提供了一种基于微环谐振腔的重频可倍增的锁模激光器，其产生的光脉冲的重频能够以微环谐振腔自由光谱范围为步长自由调节，该锁模激光器具有结构简单、操作容易、无多纵模不稳定性问题等优点。

本实用新型的技术方案是：

一种基于微环谐振腔的多倍频锁模激光器，其特殊之处是，包括由单模光纤7连接多个光学器件形成的环形激光腔；所述多个光学器件包括光纤放大器1、光隔离器2、偏振控制器3、四端口微环谐振腔4、光延迟线6；所述四端口微环谐振腔4包括衬底41、包层42、第一直波导43、第二直波导44和环形波导45；所述第一直波导43的两端分别为Input端口46和Through端口47；所述第二直波导44的两端分别为Drop端口49和Add端口48；光信号从Input端口46进入微环谐振腔4，满足微环谐振腔4谐振条件的频率从Drop端口49输出；所述激光器的输出是从Through端口47输出的未能完全耦合进入微环谐振腔4的部分光信号。

上述光纤放大器1、光隔离器2、偏振控制器3、四端口微环谐振腔4、光延迟线6可以首尾依次相连。

上述多个光学器件还包括光分束器5；所述激光器的输出是从Through端口47输出的未能完全耦合进入微环谐振腔4的部分光信号或者是利用光分束器从环形激光腔内提取的部分光信号。

上述光纤放大器1、光隔离器2、偏振控制器3、四端口微环谐振腔4、光分束器5、光延迟线6可以首尾依次相连。

上述光纤放大器1为商用短纤掺饵光学放大器；

或者，为高增益的半导体光放大器；

或者，包括一个或两个泵浦光源以及依次串连的第一波分复用器12、掺铒增益光纤13、第二波分复用器14；其中，一个泵浦光源输出端接第一波分复用器12或第二波分复用器14的输入端，或者两个泵浦光源输出端分别接第一波分复用器12和第二波分复用器14的输入端；所述第一波分复用器12和第二波分复用器14的输出端分别作为光纤放大器1的两端接入环形激光腔。

上述激光腔的光程等于微环谐振腔单次循环光程的N+L/M倍，其中：N、L和M均为整数且L和M不可约分，所述多倍频锁模激光器产生重频速率为微环谐振腔自由光谱范围M倍的锁模脉冲序列。

上述激光腔的模式间隔为微环谐振腔滤波带宽的0.5-1倍；所述激光器腔长可保证每个微环谐振腔谐振波长处只有一个激光腔模式形成振荡；当激光腔的总光学长度正好等于微环谐振腔光学长度的整数倍时，激光器产生重频等于微环谐振腔自由光谱范围的光脉冲序列。