[发明专利]一种可切换的耗散孤子和传统孤子锁模光纤激光系统

说明书

本发明提出了一种可切换的耗散孤子和传统孤子锁模光纤激光系统，该系统包括泵浦源和依次形成光回路的光纤集成器件、增益光纤、锁模器件、偏振控制器和保偏光纤；光纤集成器件能够同时实现将泵浦光耦合入增益光纤，确保信号光单向传输以及输出光脉冲；光纤集成器件有四个端口a、b、c和d，经泵浦源输出的泵浦光由光纤集成器件a端口进入，然后经由光纤集成器件b端口后耦合入增益光纤，信号光依次经过锁模器件和保偏光纤传输到光纤集成器件c端口，最后经由d端口输出；偏振控制器夹在增益光纤和锁模器件之间的单模光纤上；本发明解决了现有锁模光纤激光器中难以输出两种不同类型超短脉冲的问题。

技术领域

本发明涉及一种激光系统，具体的说是设计了一种可切换的耗散孤子和传统孤子锁模光纤激光系统，属于光纤激光技术领域。

背景技术

超短脉冲在超快光学诊断、精密测量、激光医疗和激光核聚变等领域具有极其广泛的重要应用。锁模光纤激光器是产生超短脉冲的一种有效途径，具有高光束质量、高效率、高集成、高可靠性等优点，是目前超快激光技术领域的研究热点之一。其中，可饱和吸收技术是实现超短脉冲的重要手段之一。

研究表明，当光纤激光器工作在负色散区时，由于色散和非线性相互平衡，能够实现传统孤子锁模输出，脉冲宽度一般大于500 fs。输出脉冲具有传统孤子所特有的光谱边带，这是由于脉冲在腔内传输过程中受到增益和损耗等周期性扰动导致部分能量以色散波的形式发射出来而形成的。腔内负色散的引入补偿了脉冲在传输过程中积累的线性相移，因此传统孤子基本无啁啾。如果将传统孤子入射到无损耗光纤中，孤子将保持原状不发生变化，这一特性使其在光通信中具有极其重要的应用。不同于传统孤子，耗散孤子是一种广义孤子，发现于净正色散区，其产生是光谱滤波、克尔非线性、正色散、可饱和吸收体、增益和损耗等共同作用的结果。耗散孤子脉冲具有较大的脉宽，可达到几十皮秒；而且在传输过程中脉冲特性发生剧烈变化，因而能够容忍更高的非线性，可以有效的避免光波分裂，并突破传统孤子光纤激光器所受到的能量限制，实现更高能量的脉冲输出。

目前在光纤激光器中分别产生传统孤子和耗散孤子脉冲已经具有比较成熟的方案，有不少厂家推出了飞秒和皮秒光纤激光器产品。它们通常是在负色散光纤激光器中产生传统孤子和在正色散光纤激光器中产生耗散孤子作为种子源。然而这种环形激光腔结构一般只能输出一种类型的光脉冲（传统孤子或耗散孤子），限制了该类型激光器的实际适用范围，增加了应用成本。因此，基于传统孤子和耗散孤子的产生原理，设计一种可切换的输出耗散孤子和传统孤子的锁模光纤激光器具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种可切换的耗散孤子和传统孤子锁模光纤激光系统，解决现有锁模光纤激光器中难以输出两种不同类型超短脉冲的问题。

本发明所采用的技术方案是：一种可切换的耗散孤子和传统孤子锁模光纤激光系统，包括泵浦源、光纤集成器件、增益光纤、偏振控制器、锁模器件和保偏光纤；光纤集成器件、增益光纤、锁模器件和保偏光纤通过单模光纤依次连接形成环形激光腔结构；所述光纤集成器件集成了波分复用器、偏振无关隔离器和输出耦合器三者的功能，能够同时实现将泵浦光耦合入增益光纤，保证信号光单向传输以及输出光脉冲；所述光纤集成器件有四个端口a、b、c和d，经泵浦源输出的泵浦光由光纤集成器件a端口进入，然后经由光纤集成器件b端口耦合入增益光纤，信号光依次经过锁模器件和保偏光纤传输到光纤集成器件c端口，最后经由d端口输出；所述偏振控制器夹在增益光纤和锁模器件之间的单模光纤上，偏振控制器结合保偏光纤用于控制调节激光腔内双折射滤波效应以实现耗散孤子和传统孤子输出的可控转换；所述激光腔净色散为正，利用单壁碳纳米管锁模器件实现锁模。

作为本发明的进一步限定，所述光纤集成器件、增益光纤、锁模器件和保偏光纤均采用单模光纤熔接。

作为本发明的进一步限定，所述泵浦源为半导体激光器，输出泵浦光的中心波长为980 nm。

作为本发明的进一步限定，所述光纤集成器件的波分范围为980 nm/1550 nm，输出端的输出耦合比为10%。