[发明专利]基于单模双偏芯结构的可调谐锁模光纤激光器及控制方法

说明书

本发明属于光纤激光器技术领域，公开了一种基于单模双偏芯结构的可调谐锁模光纤激光器及控制方法，基于单模双偏芯结构的可调谐锁模光纤激光器由976nm泵浦源、980/1064nm波分复用器、掺镱增益光纤、7：3输出耦合器、偏振控制器、单模双偏芯结构、1030nm滤波器、偏振无关隔离器组成。本发明在1微米波段实现了结构简单、低成本、利于全光纤集成化、高损伤阈值、具有波长和脉宽可调谐性质且利于锁模的全单模光纤激光器。同时，本发明利用单模光纤双偏芯熔接引入耗散机制和SMF28e单模光纤在1微米波段具有少模的性质，引入耗散机制，加强滤波效应，使得光纤激光器在1微米波段更容易实现光纤激光器的模式锁定。

技术领域

本发明属于光纤激光器技术领域，尤其涉及一种基于单模双偏芯结构的可调谐锁模光纤激光器及控制方法。

背景技术

目前，超短脉冲光纤激光器已逐步应用于激光通信、光纤传感、工业加工、生物医学、国防科技等领域，对超短脉冲的研究也是非线性光学等理论研究的前沿课题，目前是国高端工业产业的核心技术之一。

超短脉冲可通过锁定激光各个纵模之间相位差得到。锁模脉冲获得的方法主要可分为主动锁模、被动锁模和主被动混合锁模三种，主动锁模的优点是能产生高重频、中心波长和重复速率可调谐脉冲，但由于大多数调制器尺寸较大，难以实现全光纤集成化。被动锁模可由非线性器件与光场相互作用实现，能获得脉宽为飞秒量级的超短脉冲且利于全光纤集成化。被动锁模主要包括利用可饱和吸收体(制备有可饱和吸收特性的二维材料)锁模、构造非线性光纤环境(8字腔)锁模和采用非线性偏振旋转(在腔中加入偏振控制器和偏振相关隔离器)锁模。当满足多纵模振荡且纵模之间有固定的相位差时，激光器会形成锁模脉冲输出，相对于没有锁模的激光而言，其脉冲宽度更窄、峰值功率更高。

在光纤通信、测量和传感等领域中，可调谐技术作为一种可拓宽通信波段和信道的技术引起了人们广泛的关注，具有很大的潜力。可调谐激光器作为各个应用领域中的光源部分，指在一定范围内可以连续改变激光输出波长的激光器。可调谐激光器慢慢应用于光参量放大、泵浦探针测量和太赫兹产生等新兴领域，固定波长和脉宽的激光器已不能满足现有需求。因此，亟需一种新的可调谐锁模光纤激光器及控制方法。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)基于主动锁模的锁模脉冲获得的方法，由于大多数调制器尺寸较大，难以实现全光纤集成化。基于材料锁模的锁模脉冲受限于材料的损伤阈值，不能获得大能量的脉冲输出。

(2)固定波长和脉宽的激光器已不能满足现有需求。

(3)现在出现了SMF-SIMF-GIMF-SMF全光纤结构，可作为可饱和吸收体使用。SIMF起着激发多模的作用，但在该结构中SIMF的长度不能过长(一般在亚毫米量级)，否则会因为模场失配而损失大量能量。

解决以上问题及缺陷的难度为：

可调谐锁模光纤激光器作为一种国家战略发展的技术，目前在国内尚未完全攻关。因此一些可调谐设备依赖于国外进口，长期受到国外市场的垄断。核心技术在他国手中导致该类设备的进口价格十分高昂。

SMF-SIMF-GIMF-SMF全光纤结构作为一种新型全光纤锁模器件可实现激光器锁模脉冲的输出。但SIMF长度影响着输出功率的大小，过长的SIMF容易因模场失配损失大量能量。较短长度(亚毫米量级)的SIMF能在激发多模的情况下实现可饱和吸收的作用，在实际操作中，该结构的焊接具有一定难度。解决以上问题及缺陷的意义为：

(1)全光纤锁模器件利于集成化且损伤阈值高，可以获得大能量的激光脉冲。

(2)波长和脉宽可调谐可广泛应用于激光通信、传感、测量和微纳加工等领域。