[发明专利]一种高重复频率的全保偏9字腔锁模激光器

说明书

本发明公开一种高重复频率的全保偏字腔锁模激光器，包括泵浦源、非互易移相器、波分复用器、第一光纤准直器、第二光纤准直器、第一偏振分束器、第三半波片、第二偏振分束器、第一半波片和反射镜，非互易移相器由依次放置的第二半波片、第一法拉第旋光器、四分之一波片和第二法拉第旋光器组成，波分复用器包括公共端、信号光端和泵浦端，泵浦源与波分复用器的泵浦端相连，波分复用器的信号光端与第一光纤准直器连接，波分复用器的公共端通过掺铒光纤与第二光纤准直器连接，第二光纤准直器的输出端依次设置有非互易移相器、第一偏振分束器、第三半波片、第二偏振分束器和反射镜；第一光纤准直器的输出光经过第一半波片后入射至第一偏振分束器。

技术领域

本发明涉及光学频率梳、微波光子学、光纤传输网络的授时及同步等领域，特别是涉及一种高重复频率的9字腔锁模激光器，重复频率可达250MHz。

背景技术

近年来，光纤飞秒激光器以其成本低、结构紧凑、易集成、易携带、稳定性良好等优点在光通信、军事、光检测、医疗等研究领域受到越来越多的关注。其中，被动锁模光纤激光器由于输出脉冲窄、系统简单、环境稳定性高等优势在科学研究和工业产业应用中倍受青睐。在被动锁模光纤激光器中，重复频率是主要技术指标之一，众多的应用领域，如光学频率梳、微波光子学、光纤传输网络的授时及同步等，均对锁模光纤激光器的重复频率提出了更高的要求。利用飞秒激光频率梳进行频率测量中,参与拍频的梳齿能量与飞秒激光器的重复频率紧密相关，重复频率为GHz量级的激光器，由于单脉冲能量下降和激光器噪声较大，拍频信号的信噪比会比重复频率为百兆赫兹量级的低，但是当激光器的重复频率太低时前一个脉冲和后一个脉冲之间噪声差异会很大，直观表现就是两次拍频信号的偏移会变大，而探测器测量的总是平均结果，从而信噪比比较低，因此现在人们普遍认为百兆到几百兆是光频梳重复频率的最佳范围。微波光子学需要光纤激光器具有高重复频率和低噪声，至百兆赫兹量级的高重复频率可以为高精度光谱仪定标、也可以作为新的微波源。在基于光纤传输网络的授时及同步领域中,也需要用到低时域抖动、高重复频率的飞秒光纤激光器，计算表明,光纤授时的时延抖动与激光器的重复频率成反比，提高飞秒激光器的重复频率成为降低光纤授时时延抖动的关键技术之一。

光纤激光器的被动锁模机制按照可饱和吸收体进行划分，可分为真实可饱和吸收体锁模和等效可饱和吸收体锁模两种。真实可饱和吸收体包括半导体可饱和吸收镜、碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯、拓扑绝缘体和二硫化钼等。基于真实可饱和吸收体锁模的光纤激光器可以实现全保偏光纤结构，具有良好的环境稳定性，同时锁模自启动特性良好，但是真实可饱和吸收体的损伤阈值较低，输出功率较低，并且随着长时间使用可饱和吸收体的性能会退化，严重影响锁模效果。基于等效可饱和吸收体锁模的方法目前有两种，分别是非线性偏振旋转(NPR)锁模和非线性放大环形镜(NALM)锁模。非线性偏振旋转锁模通过脉冲偏振态在光纤内的演化实现，可以获得较好的激光器输出性能，但是无法实现全保偏化，环境稳定性较差。非线性放大环形镜锁模通过光纤环路中相向传输的两束光积累的不同非线性相移，在交汇处利用干涉效应引入强度相关损耗，形成等效可饱和吸收效应实现锁模。近年来，国内外学者提出在非线性放大环形镜中加入非互易性移相器可提高激光器的锁模自启动性能，重复频率也由典型的10MHz量级提升至几十甚至百MHz量级。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种高重复频率的全保偏9字腔锁模激光器。该激光器能够稳定工作在较高重复频率下，可达250MHz，采用全保偏光纤，受环境影响较小，具有良好的鲁棒性。同时该激光器输出脉冲宽度窄，输出功率高，时间抖动小，且锁模自启动好，可作为实验研究和工业应用的良好超短脉冲光源。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：