[发明专利]全保偏光纤的非线性偏振旋转锁模激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤激光器，特别涉及一种全保偏光纤的非线性偏振旋转锁模激光器。

背景技术

光纤激光器以其结构简单、成本低、转换效率高、免维护等优点在现代工业应用中扮演着越来越重要的角色。目前，光纤激光器锁模技术主要有三类：主动锁模、被动锁模和主被动混合锁模。被动锁模是获得低能量超短脉冲种子源的有效方法。它结构简单，在腔内不使用调制器等有源器件的前提下，实现超短脉冲的输出。基于光纤激光器主要可利用非线性偏振旋转、可饱和吸收体、或者非线性干涉环形镜锁模等方法实现锁模。其中，基于非线性偏振旋转锁模的方法及装置成本低廉，腔内器件损伤几率低；但是，大部分非线性偏振旋转锁模激光器是基于不保偏光纤及不保偏光纤耦合器件搭建，其长期稳定性、输出脉冲的参数一致性较差。基于可饱和吸收体锁模的方法中，用到了非线性吸收材料。由于该材料长期受高峰值功率脉冲的照射、以及量子亏损的影响，经常会出现不可逆转的光致损伤现象，使得激光器的可靠性较差。另外，基于非线性干涉环形镜锁模的激光器需要的锁模临界阈值较高，且脉冲易分裂，尚未成功用于实际应用中。

常见的非线性偏振旋转锁模通常有两种实现方式。这两种方式都是基于脉冲在不保偏单模光纤中的非线性偏振演化实现锁模。其中，一种是利用半空间半光纤结构，在空间光路中插入若干半波片和四分之一波片。脉冲在光纤内发生非线性偏振演化后，通过进一步控制波片的旋转角度操控脉冲偏振态，而后经过检偏器件进行偏振选择，最终实现脉冲窄化。另一种是全光纤结构，通过光纤式的偏振控制器，即通过外界应力挤压改变光纤内部的双折射效应，进而实现偏振控制，而后经过检偏器件进行偏振选择，最终实现脉冲窄化。前者是半空间半光纤相结构，后者是全光纤结构，这两种方法都需要手动、电动调节玻片或偏振控制器，锁模过程繁琐。此外，这两种基于不保偏单模光纤的锁模激光器极易受外界环境扰动（机械振动和温度波动）的影响，终使锁模状态中断。

近期，文献（Applied Optics,Vol.55,No.21,page5766-5770）报道了基于保偏光纤的非线性偏振锁模激光器。不同于常规的基于不保偏单模光纤的非线性偏振旋转锁模激光器，该激光器使用了保偏光纤结构，采用两次90°熔接的方法抵消了高双折射保偏光纤中的线性双折射，使得光纤中脉冲在快慢轴上的分量有足够的作用距离，实现了充分的交叉相位调制过程，达到偏振演化的目的。在这之后，文献（Optics Letters,Vol.42,No3,page575-578）进一步报道了全保偏光纤结构的激光器结构。该激光器同样是采用了角度熔接方法，通过四次（包括两次90°和两次30°）角度熔接，达到了与旋转玻片同样的效果，最终实现脉冲锁模。我们注意到，上述了两篇文献皆通过第一次角度熔接实现了脉冲从线偏振到椭圆偏振的演化，进而在快轴和慢轴上产生交叉相位调制；同时，由于采用是高双折射光纤，在交叉相位调制以后必须通过另一次角度熔接将两个垂直偏振态累积相位延迟补偿。虽然保偏光纤的內秉双折射可以隔离外界的机械振动，但温度对光纤快轴、慢轴的双折射的仍有显著影响。因此，上述两种激光器并不能长期稳定工作。当存在外界温度扰动时，锁模脉冲极不稳定。

发明内容

本发明是针对现在非线性偏振旋转锁模存在的问题，提出了一种全保偏光纤的非线性偏振旋转锁模激光器，通过控制激光在保偏螺旋光纤中的脉冲演化来实现非线性的相位调制及锁模。

本发明的技术方案为：一种全保偏光纤的非线性偏振旋转锁模激光器，由各种全保偏光纤器件首尾连接成闭合循环光路，形成谐振腔, 谐振腔依次由波分复用器、增益光纤、偏振相关隔离器、螺旋光纤及偏振相关分束器连接而成；

波分复用器的第一输入端与半导体泵浦源的输出端相连，输出端与增益光纤相连, 将泵浦源发射出的泵浦光耦合进谐振腔的增益光纤内；

增益光纤吸收泵浦光并对其放大，增益光纤输出光脉冲经过偏振相关隔离器进入螺旋光纤；

螺旋光纤实现线偏振光的非线性偏振演化，由脉冲的两个垂直分量在螺旋光纤中产生进行交叉相位调制；螺旋光纤输出端以角度熔接与偏振相关分束器的输入端相连；

偏振相关分束器将螺旋光纤输出的两个垂直分量分离，输出的竖直分量从监测端口输出，输出的水平分量则进入波分复用器的第二输入端，进入循环光路；