[发明专利]一种基于保偏光纤交叉熔接技术的全光纤超快激光器

说明书

本发明公开一种基于保偏光纤交叉熔接技术的全光纤超快激光器，包括：泵浦源、保偏波分复用器(快轴截止)、保偏法拉第镜、保偏增益光纤、保偏无源光纤、保偏啁啾光纤光栅。利用保偏光纤之间交叉熔接技术和保偏器件形成虚拟可饱和吸收体，实现激光器的全光纤化，无需额外的空间结构和调制器件，特别是无需偏振控制器件的机械调节控制腔内偏振态来实现自启动，因激光器由全保偏光纤构成，具有优异的稳定性。

技术领域

本发明属于激光技术和光学领域，尤其涉及一种基于保偏光纤交叉熔接技术的全光纤超快激光器。

背景技术

随着科技社会的发展，人们对超短脉冲激光的需求日益增加。而超短脉冲光纤激光器相对于传统的超快固体激光器具有易操作、结构紧凑、性能稳定、成本低、光束质量好、散热性能好、转化效率高等优点。面对市场对超短脉冲激光应用需求的不断增长，超短脉冲光纤激光器更是在成本、能耗和空间体积等方面展现出了明显的优势。随着研究的深入，超短脉冲光纤激光器不断展示出其巨大的应用潜能，被广泛应用于高速光通信、光传感、光频梳、激光雷达、光谱分析、军事等相关领域，是目前光电子领域的研究热点之一。在科学研究领域，超短脉冲激光在高次谐波的产生、真空紫外(VUV)与极端紫外(XUV)相干光源的获得、阿秒短波长相干辐射的产生等方面均有着重要的作用。

为了获得稳定的超短脉冲，常用的被动锁模方式主要分为两种：实体可饱和吸收体和虚拟可饱和吸收体。实体可饱和吸收体常见的主要为半导体可饱和吸收体(SESAM)、石墨烯、碳纳米管(CNTs)和拓扑绝缘体等。虚拟可饱和吸收体，也称为人造可饱和吸收体，主要分为非线性偏振旋转(NPR)和非线性光学环路反射镜(NOLM)。实体可饱和吸收体，以半导体可饱和吸收镜(SESAM)为例，虽然可以得到良好的输出特性，但是块状结构的SESAM不易光纤集成，且其制备技术复杂，价格昂贵，存在着损伤阈值低、寿命短、工作带宽相对窄等缺点。而基于传统的NPR或NOLM锁模的激光器会存在部分空间结构或非保偏结构，其稳定性易受外界环境扰动的影响。

发明内容

为了解决实体可饱和吸收体(如SESAM、CNTs)涉及的生产成本成本和使用寿命问题、虚拟可饱和吸收体(如传统NPR、NOLM)存在的环境稳定性和系统复杂性等问题，本发明提出了一种基于保偏光纤交叉熔接技术的全光纤超快激光器，其可饱和吸收体由保偏光纤和保偏器件构成，实现了激光器的全光纤化，无需空间器件和偏振控制器的机械调节即可实现自启动，因采用了全保偏光纤结构，可长时间在较强振动环境等恶劣情况下保持锁模状态且性能良好稳定。同时，结合色散管理技术，所形成的脉冲光谱更加平滑，更适合作为脉冲放大的种子源，为放大和压缩提供多种可能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于保偏光纤交叉熔接技术的全光纤超快激光器，分为基于保偏光纤交叉熔接技术的虚拟可饱和吸收体和色散管理区域，包括：泵浦源、保偏波分复用器(快轴截止)、保偏法拉第镜、保偏增益光纤、保偏无源光纤、保偏啁啾光纤光栅；

通过保偏光纤和保偏器件构成一个线型激光腔；利用全保偏光纤进行交叉熔接，在保偏器件间形成虚拟可饱和吸收体；通过保偏啁啾光纤光栅进行腔内色散管理。虚拟可饱和吸收体由快轴截止的保偏波分复用器的公共端依次连接保偏增益光纤、保偏无源光纤和保偏法拉第镜组成，泵浦源连接保偏波分复用器的泵浦输入端；保偏波分复用器的公共端连接保偏增益光纤的一端，保偏波分复用器的公共端与增益光纤的慢轴间进行交叉熔接；保偏增益光纤的另一端连接保偏无源光纤的一端；保偏无源光纤的另一端连接保偏法拉第镜；保偏波分复用器(快轴截止)的信号端连接保偏啁啾光纤光栅的反射端，保偏啁啾光纤光栅的透射端为激光器的输出端。

泵浦源提供的泵浦光经过保偏波分复用器被耦合传输至保偏增益光纤，经过增益放大后产生的激光经过保偏无源光纤传输至保偏法拉第镜，并经过保偏法拉第镜反射回原光路中，然后经过保偏无源光纤，随后在保偏增益光纤中再次增益放大，通过保偏啁啾光纤光栅进行色散管理，一部分脉冲由保偏啁啾光纤光栅的透射端输出，一部分脉冲经保偏啁啾光纤光栅反射回腔内继续振荡。