[发明专利]基于空分复用SESAM模块的锁模光纤激光器

说明书

本发明公开一种基于空分复用SESAM模块的锁模光纤激光器，其是由保偏光纤隔离器、保偏布拉格光纤光栅、稀土掺杂保偏增益光纤、泵浦激光器、保偏波分复用器、n级级联式1x2ⁿ空分复用模块、2ⁿ个聚焦式在线空分复用SESAM反射端子和无源保偏光纤构成全保偏光纤的线型谐振腔；所述保偏波分复用器包括有泵浦端、泵浦信号通用端和信号端；所述聚焦式在线空分复用SESAM反射端子包括偏振可变的聚焦器、Savart棱镜和SESAM；本发明的基于空分复用SESAM模块的长工作寿命锁模光纤激光器，性能可靠、可实现自启动锁模及方便调控，通过改变级联空分复用模块的输出路径切换不同的在线空分复用SESAM反射端子，极大的提升整个系统的稳定工作寿命。

技术领域：

本发明属于激光器技术领域，具体涉及一种基于空分复用SESAM模块的锁模光纤激光器。

背景技术：

1992年，美国Bell实验室科学家Keller等人首次利用一种新的可饱和吸收体SESAM(semiconductor saturable absorber mirror)实现了Nd:YLF晶体稳定的连续锁模激光产生。这种新型可饱和吸收体SESAM的各项参数，包括工作波长、饱和通量、调制深度、非饱和损耗和恢复时间等可以实现灵活设计，满足不同激光器锁模要求；而且对激光腔型没有严格要求，进而大大简化了谐振腔的结构。SESAM的出现使超快激光器进入了飞速发展的阶段。以其为基础的被动锁模技术由于具有设计灵活、系统稳定、自启动等诸多优点，同时，SESAM在制备过程中可灵活控制调制深度、恢复时间、饱和通量等关键参数，并且根据需要可加工集成在光纤端头上，便于全光纤化，因此，该类型被动锁模光纤激光器在实际应用领域被广泛关注。

SESAM的两个核心参数是饱和通量和光损伤阈值。激光锁模的原理是利用了SESAM的饱和吸收特性，这就要求入射SESAM片的信号光通量密度超过其饱和通量。另一方面，如果入射信号光能量密度太大，超过其损伤阈值，SESAM片光照区域会受到不可逆的光学损伤，从而导致该区域永久丧失饱和吸收特性。综合考虑上述两点，需要将入射信号光能量密度控制在合理的范围内，即介于SESAM片的饱和通量以及损伤阈值之间。通常的做法是实现低泵浦阈值锁模，并且尽可能减小入射SESAM的信号光聚焦光斑大小。这就导致整个种子源激光器输出的脉冲信号平均功率较低，不利于后续功率放大。为了适当提高种子源输出功率，最直接的做法是提升泵浦功率，这又容易导致SESAM片受到光学损伤。同时，种子源长时间工作时，输出脉冲信号重复频率很高，SESAM片吸收光能后转换的热能逐渐累积，会影响SESAM片的饱和吸收特性，甚至使其永久失效。如上所述，SESAM片的光学损伤和热损伤引起的饱和吸收失效极大的限制了脉冲种子激光器的长期使用寿命。

通常锁模聚焦光斑直径为10-20 um，因此损伤失效后的SESAM面积也是一个直径为10-20 um的圆，而常规SESAM片入射面为边长为1mm的正方形，所以失效面积仅占总面积的极小部分。单一SESAM片可以重复利用很多次。目前所用的单SESAM、单聚焦点锁模系统失效后，唯一的解决办法是将光纤集成化的SESAM反射端子拆分，重新调试，将聚焦光斑移出失效位置。这种做法虽然可以重复利用SESAM，但是会造成其他物料的浪费，而且器件拆分不方便，容易对SESAM造成机械划伤。因此，寻求一种操作简单、稳定可靠、容易实现的可提升SESAM利用率以及种子源激光器使用寿命的设计方案是SESAM锁模超快激光器中亟待解决的问题之一。

发明内容：

本发明针对上述现有技术存在的缺陷或不足，提供一种基于空分复用SESAM模块的锁模光纤激光器。该锁模光纤激光器通过级联空分复用模块集成多个SESAM片，工作时有且仅有一片SESAM片处于工作状态，使每个SESAM反射片有两倍寿命，n级级联式空分复用器可挂载2ⁿ个SESAM反射端子，系统的总工作寿命较单聚焦点、单SESAM端子锁模光纤激光器可提升2⁽ⁿ⁺¹⁾倍；极大的提升了SESAM片在锁模激光器中的的使用周期。