[发明专利]一种频率同步被动锁模光纤激光器及实现频率同步的方法

说明书

本发明公开了一种频率同步被动锁模光纤激光器及实现频率同步的方法，所述频率同步被动锁模光纤激光器包括被动锁模光纤激光器、锁频装置以及外部信号源，被动锁模光纤激光器包括带有步进电机的导轨、压电陶瓷、谐振腔，锁频装置包括依次电连接的光电探测器、滤波器、混频器以及伺服系统。锁频装置将被动锁模光纤激光器输出的光信号转换为电信号后经过滤波器以及混频器，得到差分信号，差分信号经过伺服系统处理后反馈给压电陶瓷，通过压电陶瓷调节被动锁模光纤激光器的腔长，使被动锁模光纤激光器的重频与外部信号源同步。本发明结构简单紧凑，同步频率可调范围大，适用于精密加工、频率标定以及冷原子等领域。

技术领域

本发明涉及光纤激光器技术领域，具体涉及一种频率同步被动锁模光纤激光器及实现频率同步的方法。

背景技术

飞秒激光器由于具有超短脉冲、高峰值功率等特性，使它在微精密加工领域具有重要的应用前景，特别是一种频率与外部信号源同步的飞秒激光器，能使微精密加工变得更加精细与高效。目前实现飞秒激光器的方式主要有主动锁模与被动锁模两种，对于主动锁模飞秒激光器，可以通过改变电信号的调制频率来改变飞秒激光器的重频，从而可以通过同步激光器的电信号与外部信号源来实现飞秒激光器与外部信号源的同步，这种方法的优点是调谐范围大(对重复频率)、操作简单，但是引入了复杂的电学设备，增加了成本和系统的复杂性；而对于被动锁模激光器，因为被动锁模本身不需要外接电调制信号，系统结构简单，所以可以直接通过调控光学元件，如激光谐振腔长或增益，来实现重频的改变。

目前在被动锁模激光器中实现激光器的频率与外部信号源的频率同步主要有两种方式，一是通过改变激光器谐振腔内的功率，使增益光纤的折射率发生微小的变化，改变谐振腔的腔长，从而使激光器的重频改变；二是给激光器谐振腔内的光纤增加应力，例如通过压电陶瓷挤压光纤，改变光纤的折射率，使谐振腔的腔长改变，从而使激光器的重频改变。但是这两种方式能够引起的腔长变化往往在微米量级，应用于重频在几十兆赫兹的常规被动锁模激光器上时，由于谐振腔的腔长往往在几米到几十米的范围内，腔长的变化及其微小，调节的重复频率范围也很有限，这在一定程度上影响了实际的应用。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状，提供一种结构简单、重频可调谐范围大的频率同步被动锁模光纤激光器。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种频率同步被动锁模光纤激光器，其特征在于，包括被动锁模光纤激光器、锁频装置以及外部信号源，所述被动锁模光纤激光器包括可饱和吸收镜、压电陶瓷、带有步进电机的导轨、准直器、掺杂光纤、二色镜、波分复用器、泵浦激光器以及至少一个耦合器，所述掺杂光纤、准直器以及可饱和吸收镜构成了锁模光纤激光器的谐振腔，所述波分复用器与所述泵浦激光器相连接，所述可饱和吸收镜粘贴在所述压电陶瓷上并一同与所述带有步进电机的导轨固定，所述锁频装置用于处理被动锁模光纤激光器产生的光信号和外部信号源的电信号并将处理结果反馈给被动锁模光纤激光器，所述被动锁模光纤激光器根据收到的反馈移动带有步进电机的导轨或者改变压电陶瓷的电压以改变谐振腔的长度，从而改变激光器的重频。

进一步地，所述锁频装置包括依次电连接的光电探测器、滤波器、混频器以及伺服系统，所述光电探测器与所述谐振腔连接，所述混频器还与所述外部信号源电连接，所述伺服系统与压电陶瓷电连接，所述光电探测器用于将被动锁模光纤激光器输出的光信号转换为电信号，所述电信号经过滤波器后进入混频器，所述混频器将被动锁模光纤激光器的重频与外部信号源的频率混频后得到差分信号，所述伺服系统对差分信号进行包括滤波、比例运算、积分运算以及高压放大处理并反馈给压电陶瓷。

进一步地，所述耦合器包括第一耦合器，所述谐振腔为线型腔，所述谐振腔还包括二色镜，所述二色镜位于所述掺杂光纤与波分复用器之间，所述第一耦合器包括第一输入端口、第一输出端口和第二输出端口，所述第一输入端口连接所述波分复用器，所述第一输出端口用于输出脉冲激光，所述第二输出端口连接所述光电探测器。