[发明专利]一种高重频线偏振飞秒锁模光纤激光器

说明书

本发明公开了一种高重频线偏振飞秒锁模光纤激光器，包括泵浦激光器和泵浦保护器，还包括波分复用器、短腔长锁模谐振腔和输出光隔离器，所述泵浦激光器的输出端连接泵浦保护器的输入端，所述泵浦保护器的输出端连接波分复用器的泵浦端，所述波分复用器的公共端连接短腔长锁模谐振腔，所述波分复用器的信号端连接输出光隔离器的输入端，所述输出光隔离器的输出端作为高重频线偏振飞秒锁模光纤激光器的输出端。本发明具有锁模稳定性好、结构简单且效率高等优点。

技术领域

本发明涉及光纤激光器技术领域，更具体地说，特别涉及一种高重频线偏振飞秒锁模光纤激光器。

背景技术

近年来，高重频飞秒激光器在光频梳、光谱学、光通信、激光雷达、非线性光学、双/多光子显微镜等领域得到了广泛应用，吸引了国内外大批学者的深入研究。特别的，在光谱学领域，飞秒激光器的重频越高意味着同等输出功率下飞秒激光梳齿谱线功率越高，可以带来更高的测试信噪比。目前主要有两种技术手段可以实现GHz高重频飞秒激光器，分别是主动锁模和被动锁模技术。主动锁模虽然能够产生GHz以上的高重频飞秒脉冲输出，但是需要外部高频信号源或者信号再生设备，增加了系统成本和结构复杂度。另外，主动锁模激光器需要工作在谐振腔本振频率的整数倍谐波频率，长谐振腔结构也会引入较高的相位噪声。相比而言，被动锁模技术具有结构简单、稳定性高、成本低廉等优势，能够直接产生脉冲宽度几百飞秒的超短激光输出，被动锁模GHz飞秒激光器是目前研究的热点方向。

基于空间耦合的固体激光器激光器已经可以实现重复频率160GHz的高重频连续锁模脉冲输出。相比于空间耦合的固体激光器而言，光纤锁模飞秒激光器结构更加紧凑、启动阈值低、光转换效率高、光束质量好、光路无需机械调整等优点。激光在光纤内部传输可以带来低损耗，且稳定性更高，通过短腔法设计已经获得重复频率最高达到1-20GHz的锁模飞秒脉冲输出。

采用光纤体制方案实现高重频飞秒激光器都采用的是线性短腔法设计，几乎都采用的一段非保偏光纤作为增益光纤，这就带来了环境中振动和温度的变化容易引起锁模状态不稳定的问题。在光纤技术中利用保偏器件被认为是能够抵抗环境干扰的有效方法，然而高重频对应的短腔长结构，限制了传统单偏振光纤器件的使用，导致采用保偏光纤作为增益光纤的高重频飞秒激光器的有关研究报告非常少。2020年，报告了一种采用保偏光纤设计的GHz高重频锁模光纤激光器，该工作采用线偏振泵浦光激励保偏光纤制备的谐振腔，利用谐振腔增益光纤中快慢轴的泵浦差异，实现了重复频率1和2.2GHz的线偏振飞秒激光输出，但是由于谐振腔本质上支持快轴和慢轴光双偏振运转，在高泵浦功率的时候腔内存在快慢轴光强度的交叉耦合，同样会引起锁模不稳定。如何获得一种可以高稳定工作的GHz高重频飞秒锁模光纤激光器仍然是目前科研人员面临的技术难点。

综上，现有的高重频飞秒激光器仍存在以下主要问题：一是基于主动锁模的飞秒锁模激光器系统成本高且结构复杂，需要外部信号源，长谐振腔结构容易引入较高的相位噪声；二是基于被动锁模的固体飞秒锁模激光器虽可以实现高重复频率，但空间结构相对庞大，稳定性不高，效率有待提升；三是基于光纤体制的飞秒锁模激光器，之前主要采用非保偏光纤为增益光纤实现线性短腔长设计，激光器的锁模状态容易受到环境中的振动和温度变化的影响；四是基于光纤体制的飞秒锁模激光器，目前采用保偏光纤作为增益光纤的线性短腔长设计，虽然实现了GHz重频的输出，但由于谐振腔本质上支持快轴和慢轴光双偏振运转，在泵浦功率足够高时，腔内存在快慢轴光强度的交叉耦合，激光器的锁模状态同样容易受到影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高重频线偏振飞秒锁模光纤激光器，以克服现有技术所存在锁模稳定性不足、结构复杂、效率低的缺陷。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：