[发明专利]一种宽带类噪声激光器及宽带类噪声脉冲的产生方法

说明书

本发明公开了一种宽带类噪声激光器及宽带类噪声脉冲的产生方法，所述宽带类噪声激光器包括波分复用器(1)、色散位移光纤(21)、超高数值孔径光纤(31)、高非线性光纤(4)、超高数值孔径光纤(32)、色散位移光纤(22)、光纤耦合器(5)、偏振控制器(61)、色散位移光纤(23)、光隔离器(7)、光纤偏振器(10)、偏振控制器(62)以及掺铒光纤(8)，通过标准单模光纤(14)连接成光纤环形腔；光纤耦合器(5)的输出端通过单模光纤(14)依次连接偏振控制器(63)以及偏振光束分束器(9)。本发明可将类噪声脉冲的光谱半高宽拓展至200nm。在激光器腔外的偏振调控系统，可使光谱半高宽拓展至298nm。

技术领域

本发明属于光学工程、超快非线性光纤光学动力学研究、光纤激光器研究领域，尤其涉及一种宽带类噪声激光器及宽带类噪声脉冲的产生方法。

背景技术

类噪声脉冲是被动锁模光纤激光器中一种特殊的脉冲状态，属于“怪波”的一种。一般情况下，类噪声脉冲有一个宽而平滑的波包，波包内部聚集着脉冲宽度和脉冲峰值功率随机变化超短脉冲，它的时域相干性较弱[1-5]。“类噪声”脉冲可被用于光纤光栅解调技术、光纤信息存储及再现技术等低相干光谱干涉技术应用上[6-8]。此外，光纤激光器在激光加工应用方面主要运用纳秒级别脉宽的脉冲，随着经济的发展，在脉冲度和峰值功率上逐渐产生了新的需求，由于类噪声脉冲里包含从纳秒至飞秒级别的不同宽度小脉冲，具有较为广阔的应用前景。

常见类噪声脉冲光纤激光器，有环形腔和8字型腔。常见的环形腔采用非线性偏振旋转技术，使用的基本光学器件有波分复用器、光纤偏振器、光隔离器、光纤耦合器、偏振控制器等。8字型光纤激光腔和环形光纤激光腔相比，锁模机理不同，光纤激光器腔内脉冲在连接两环的光纤耦合器处，相干的成分被多次循环放大，非相干成分逐渐被损耗和抑制。在8字型光纤激光腔里，使用的基本光学器件有：波分复用器、光纤耦合器、偏振控制器等。目前，对类噪声的产生机理，还没有统一的解释。在净正色散光纤激光器中，接受度比较高的解释是峰值功率钳制效应，即在光纤激光器中形成锁模状态后，继续增加泵浦功率，脉冲耗散波和孤子的成分走离，陡峭的光谱两端逐渐出现噪声背景，并且噪声背景逐渐增大，由于光谱仪采集的数据是一段时间的平均值，故最终形成光滑的类噪声光谱，通常情况下，光谱宽度超过增益带宽。但是在净负色散光纤激光器中，类噪声被认为是锁模状态塌陷引起的，即在锁模状态中，当泵浦功率增加时，锁模状态崩塌，孤子转化类噪声脉冲。

上述常见的产生类噪声脉冲的光纤激光器存在着原理性的制约。理论上，掺铒光纤的自发辐射峰在1550nm附近，当腔内形成的脉冲峰值功率达到一定的阈值时，产生拉曼散射效应，但是在不同波长处，拉曼散射的激发系数不同。正常情况下，在激发光波长后13THz附近，拉曼光最易被激发，即波长1662m附近。因此，若不能激发出其拉曼光谱，则形成的类噪声宽度范围，长波段的端点不超过1661nm，和中心波长相距约110nm。由于1550nm波长的光，很难转化成短波段成分，用传统的方法，很难在向短波段激发110nm光谱宽度。因此，现实中在传统的光纤激光器里，很难实现类噪声脉冲的光谱宽度超过200nm。此外，传统方法没有注意到，由于双折射的存在，类噪声脉冲包络里大量的随机脉冲，经过相同的一段光纤后，偏转角度不完全相同，类噪声脉冲由偏振光变成了椭圆偏振光。通过对脉冲不同偏振态的选择，滤除部分波长的短脉冲，光谱最终展宽。

[1]M.Horowitz,Y.Barad,and Y.Silberberg,et al.,Noiselike pulses with abroadband spectrum generated from an erbium-doped fiber laser[J].OpticsLetters,1997,22:p.799–801.

[2]Y.Takushima,K.Yasunaka,Y.Ozeki,et al.,87nm bandwidth noise-likepulse generation from erbium-doped fibre laser[J].Electronics Letters,2005,41:p.399-400.