[发明专利]基于相位偏置的新型非线性放大环镜锁模激光器

说明书

本发明公开了基于相位偏置的新型非线性放大环镜锁模激光器，该激光器结合非线性放大环镜作用及波片的相位累积作用，实现了超短脉冲的产生。该激光器装置结构可分为两个部分，一部分为线性空间模块，一部分为NALM模块。利用NALM模块积累的非线性相移与空间模块的八分之一波片产生的线性相位差共同作用，最终获得透过率是入射光功率P的周期性函数，实现类可饱和吸收效应，最终达到锁模效果，可以实现稳定、易锁、易启动、高重频的超短脉冲输出，在激光加工、成像、通信等应用领域有显著优势。

技术领域

本发明涉及激光器的技术领域，特别涉及基于相位偏置的新型非线性放大环镜锁模激光器。

背景技术

被动锁模光纤激光器是一种产生超短脉冲的技术，其脉宽可达到“飞秒”量级，超短脉冲因高峰值、窄脉宽和宽光谱等特点已成为光学领域的热门方向之一。目前，非线性偏振旋转、非线性光学环形镜(NOLM)、非线性放大环形镜(NALM)、非线性多模干涉、可饱和吸收体等诸多锁模方法已被先后应用于光纤激光器中，且锁模激光器已应用在测距、成像、医疗、微加工等方面。

在目前使用过程中发现，很多锁模方法也可称为人造可饱和吸收体，比如NOLM与NALM，非线性放大环形镜实现的锁模激光器具有全光纤易于集成、成本较低、可调节性高、耐受高能量脉冲等优势。然而，基于非线性偏振演化的光纤激光器对环境变化(如温度、压力和振动)有些敏感，在进行模式锁定中需要不断进行偏振态的调节，启动后重新进行模式锁定的效果差，较难恢复锁模状态，这限制了此类激光器在工业上的应用。锁模激光器采用的不同机制会产生各种不稳定性，比如相位噪声、强度噪声、中心频率的涨落，在解决这些问题时模型的选择非常重要。

除此之外，实验过程中追求高重频的产生也是必不可少的，在高精度、高速科学和工程领域高重频应用广泛，普通锁模激光器由于其内部器件的复杂结构及环腔的限制无法达到超短腔长，较难获得较高重复频率，这是大多锁模激光器的局限性。

发明内容

基于上述现有技术所存在的不足之处，本发明提供一种新型相位偏置放大环镜锁模方法，旨在实现结构紧凑、集成度高、稳定性好、成本低的一款锁模激光器。

本发明为实现发明目的，采用如下技术方案：

基于相位偏置的新型非线性放大环镜锁模激光器，包括非线性放大环镜模块和线性空间模块；

非线性放大环镜模块包括光泵浦源、波分复用器、保偏掺铒光纤、快轴截止功能的保偏单模光纤；

线性空间模块包括依次包括第二偏振分束器、45°法拉第旋转镜、八分之一波片、第一偏振分束器和反射镜；

第二偏振分束器对应的两个分束端设置为保偏单模光纤，用于将非线性放大环镜模块和线性空间模块连接在一起；

运转过程为：光泵浦源提供光源通过波分复用器进入激光腔内，通过保偏掺铒光纤实现增益光放大，产生信号光，信号光在保偏单模光纤的光纤腔中双向传输，积累足够非线性相移，再通过第二偏振分束器合束运转进入线性空间模块；在自由空间器件中信号光经过45°法拉第旋转镜与八分之一波片后到达第一偏振分束器，起偏后被全反镜反射，通过反向路径回到第二偏振分束器，信号光分束后通过波分复用器输出。

本激光器使用了非线性放大环镜原理，一对正交偏振方向光通过由保偏光纤相接的双向环相向传输，产生不同的非线性相移。

其中本激光器的锁模原理如下：

首先由光泵浦提供的光源在腔内产生信号光，信号光运转至线性空间模块的第一偏振分束器时，分束作用使信号光的一个偏振方向透射再通过反射镜反射回来，另一正交偏振方向在器件内耗散，从而只产生一束线偏振光继续循环运转，此时通过第一偏振分束器后产生的线偏振光设为初始光场，偏振方向为X，振幅大小为E₀。