專利名稱：全光纖摻鐿超短脈沖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖激光器，特別是一種全光纖摻鐿超短脈沖激光器。
背景技術(shù)：
光纖鎖模激光器具有結(jié)構(gòu)簡單、易于調(diào)節(jié)、穩(wěn)定性好、封閉式的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)等優(yōu)點， 在光通信、工業(yè)、醫(yī)學等各個領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。摻鐿石英光纖具有寬的吸收譜 和增益帶寬，較高的量子效率，無激發(fā)態(tài)吸收、無濃度淬滅等優(yōu)點，以摻鐿光纖為增益介質(zhì) 的光纖鎖模激光器近幾年獲得了迅速發(fā)展。由于在ι μ m附近，普通石英光纖具有較強的正 常色散，為了更好的實現(xiàn)鎖模，通常需要在激光器腔內(nèi)進行色散補償。目前用于Iym波段 的色散補償方法主要有光柵對、棱鏡對、光子晶體光纖。這些方法都必須在腔內(nèi)引入體器件 作為色散補償元件或是光束耦合元件，具有較大的損耗，大大增加了激光器的復(fù)雜性、調(diào)節(jié) 難度和成本，同時也破壞了光纖激光器特有的封閉式波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，激光器容易受環(huán)境影響，穩(wěn) 定性差，使光纖激光器的優(yōu)點大打折扣。在光纖鎖模激光器中，有效的鎖模手段主要有非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)、非線性光纖 環(huán)形鏡和半導(dǎo)體可飽和吸收鏡幾種。其中半導(dǎo)體可飽和吸收鏡具有較長的恢復(fù)時間，容易 實現(xiàn)鎖模自啟動，但恢復(fù)時間也限制了使用該鎖模方法獲得的最小脈沖寬度。非線性偏振 旋轉(zhuǎn)效應(yīng)和非線性光纖環(huán)形鏡具有飛秒量級的恢復(fù)時間，可被用作快可飽和吸收體鎖模得 到高質(zhì)量的鎖模脈沖。但較短的恢復(fù)時間限制了鎖模的自啟動能力，激光器的可重復(fù)自啟 動性差。同時，非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模激光器的運行狀態(tài)對偏振狀態(tài)相當敏感，容易受到溫 度、機械振動等環(huán)境因素的影響，運行穩(wěn)定性較差。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服上述現(xiàn)有的摻鐿光纖超短脈沖激光器的缺點， 提供一種摻鐿全光纖超短脈沖激光器，該激光器具有全光纖化、結(jié)構(gòu)緊湊、調(diào)節(jié)簡單、易于 封裝、操作方便、運行穩(wěn)定和自啟動能力強的特點。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種摻鐿全光纖超短脈沖激光器，其特點在于構(gòu)成包括摻鐿光纖、波分復(fù)用器、泵 浦激光器、半導(dǎo)體可飽和吸收鏡、非線性光纖環(huán)形鏡和光纖隔離器，連接關(guān)系如下所述的非線性光纖環(huán)形鏡是由2X2光纖耦合器同側(cè)的兩個光纖端連接構(gòu)成環(huán) 狀，該2X2光纖耦合器另一側(cè)的兩個光纖端分別作為非線性光纖環(huán)形鏡(9)的反射端和透 射端；所述的半導(dǎo)體可飽和吸收鏡是將半導(dǎo)體可飽和吸收體與布拉格反射鏡集成的器件；所述的泵浦激光器接所述的波分復(fù)用器的第一輸入端，所述的半導(dǎo)體可飽和吸收 鏡直接粘合在單模光纖的一個端面上，該單模光纖的另一端接所述的波分復(fù)用器另一輸入 端，該波分復(fù)用器的輸出端與所述的摻鐿光纖的一端連接，該摻鐿光纖的另一端與所述的 非線性光纖環(huán)形鏡的反射端連接，該非線性光纖環(huán)形鏡的透射端接所述的光纖隔離器的輸 入端，該光纖隔離器輸出端構(gòu)成全光纖摻鐿超短脈沖激光器的輸出端。
3[0009]所述的非線性光纖環(huán)形鏡為所述的2X2光纖耦合器的分束比為50 50，該2X2光纖耦合器一側(cè)的兩個光纖 端具有不同的長度的光纖與一個光學損耗元件和一個偏振控制器串連構(gòu)成環(huán)狀，所述的光 學損耗元件的損耗控制在0. 05dB 0. ldB，所述的光學損耗元件是光纖分束器，或偏振非 靈敏型衰減器；或所述的2X2光纖耦合器的分束比的取值范圍為51 49 60 40，將該2X2 光纖耦合器一側(cè)的兩個光纖端與偏振控制器的兩端相連構(gòu)成環(huán)狀。將一個2X2光纖耦合器一側(cè)的兩個光纖端連接構(gòu)成非線性光纖環(huán)形鏡，該耦合 器另一側(cè)的兩光纖端分別作為非線性光纖環(huán)形鏡的反射端和透射端。在非線性光纖環(huán)形鏡內(nèi)連接一個偏振控制器用來控制偏振態(tài)。本發(fā)明除光纖激光增益采用摻鐿光纖外，腔內(nèi)其它光纖全部為普通單模石英光 纖。本發(fā)明的技術(shù)效果本發(fā)明采用無色散補償?shù)娜饫w結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了光纖激光器的封閉式波導(dǎo)特性，避 免了色散補償體器件帶來的不良影響。半導(dǎo)體可飽和吸收鏡和非線性光纖環(huán)形鏡相結(jié)合， 分別提供響應(yīng)時間為PS量級和fs量級的脈沖窄化作用，提高了激光器的鎖模自啟動能力、 鎖模脈沖質(zhì)量及運行穩(wěn)定性。本發(fā)明以全光纖無色散補償?shù)募す馄鲗崿F(xiàn)自啟動的穩(wěn)定的皮 秒脈沖輸出。本發(fā)明具有全光纖化、結(jié)構(gòu)緊湊、調(diào)節(jié)簡單、操作方便、易于封裝、運行穩(wěn)定、可 自啟動能力強等特點。

圖1是本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖圖2是本發(fā)明實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖
具體實施方式
下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明做進一步說明，但不應(yīng)限制本發(fā)明的保護范圍。先請參閱圖1，圖1是本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可見，本發(fā)明全光纖摻鐿 超短脈沖激光器，其構(gòu)成包括摻鐿光纖3、波分復(fù)用器2、泵浦激光器1、半導(dǎo)體可飽和吸收 鏡6、非線性光纖環(huán)形鏡9和光纖隔離器5，連接關(guān)系如下所述的非線性光纖環(huán)形鏡9是由2X2光纖耦合器4同側(cè)的兩個光纖端連接構(gòu)成 環(huán)狀，該2 X 2光纖耦合器4另一側(cè)的兩個光纖端分別作為非線性光纖環(huán)形鏡9的反射端和 透射端；所述的半導(dǎo)體可飽和吸收鏡6是將半導(dǎo)體可飽和吸收體與布拉格反射鏡集成的器 件；所述的泵浦激光器1接所述的波分復(fù)用器2的第一輸入端，所述的半導(dǎo)體可飽和 吸收鏡6直接粘合在單模光纖10的一個端面上，該單模光纖10的另一端接所述的波分復(fù) 用器2另一輸入端，該波分復(fù)用器2的輸出端與所述的摻鐿光纖3的一端連接，該摻鐿光纖 3的另一端與所述的非線性光纖環(huán)形鏡9的反射端連接，該非線性光纖環(huán)形鏡9的透射端接 所述的光纖隔離器5的輸入端，該光纖隔離器5輸出端構(gòu)成全光纖摻鐿超短脈沖激光器的
4輸出端8。所述的非線性光纖環(huán)形鏡9的構(gòu)成是所述的2X2光纖耦合器4的分束比的取值 范圍為51 49 60 40，將該2X2光纖耦合器4 一側(cè)的兩個光纖端與偏振控制器7的 兩端相連構(gòu)成環(huán)狀。所述的光纖激光增益介質(zhì)為摻鐿光纖(3)，其它連接光纖為普通單模石英光纖。本實施例1中，采用一段高摻雜濃度摻鐿光纖3作為增益介質(zhì)，參鐿光纖5對泵 浦光的吸收率為975dB/m。一個泵浦激光器1的輸出端與980nm/1053nm波分復(fù)用器2的 980nm輸入端熔接連接，作為輸入泵浦光。980nm/1053nm波分復(fù)用器2的輸出端與摻鐿光 纖3連接用于將泵浦光輸入到摻鐿光纖3中產(chǎn)生激光振蕩。半導(dǎo)體可飽和吸收鏡6吸收面 直接粘合在一段單模光纖10的一個端面上，該光纖的另一端與波分復(fù)用器2的1053nm輸 入端熔接連接。將一個2X2光纖耦合器4 一側(cè)的兩光纖端連接構(gòu)成非線性光纖環(huán)形鏡9， 該耦合器4另一側(cè)的兩光纖端分別作為非線性光纖環(huán)形鏡9的反射端和透射端。非線性光 纖環(huán)形鏡9反射端與摻鐿光纖3連接，透射端連接一個光纖隔離器5的輸入端。光纖隔離 器5輸出端連接一段單模光纖10為該全光纖摻鐿超短脈沖激光器的輸出端8。本實施例的非線性光纖環(huán)形鏡9采用耦合器4的分束比為60 40，將耦合器4 一 側(cè)的兩光纖端熔接一個偏振控制器7用來調(diào)節(jié)偏振態(tài)。本實施例的半導(dǎo)體可飽和吸收鏡6是將半導(dǎo)體可飽和吸收體與布拉格反射鏡集 成的器件。半導(dǎo)體可飽和吸收鏡6的飽和吸收20%，調(diào)制深度30%，飽和通量90J/cm2，恢 復(fù)時間為9ps。半導(dǎo)體可飽和吸收鏡6直接粘合在一段單模光纖10的一個端面上，單模光 纖10的另一端面與波分復(fù)用器2的1053nm輸入端連接。本實施例中除光纖激光增益采用摻鐿光纖3外，腔內(nèi)其它光纖全部為普通單模石 英光纖10。激光器進入鎖模狀態(tài)后，直接關(guān)閉泵浦激光器1后再開啟，激光器可直接恢復(fù)到 相同的鎖模脈沖狀態(tài)。在鎖模運行中，激光器輸出穩(wěn)定，環(huán)境溫度的輕微變化、實驗臺的振 動或輕微碰觸光纖都不會影響激光器鎖模。證明該發(fā)明具有很好的自啟動能力和穩(wěn)定性。實施例2如圖2所示。本實施例的結(jié)構(gòu)與實施例1的結(jié)構(gòu)基本相同，不同點在于所述的2X2光纖耦合器 4的分束比為50 50，該2X2光纖耦合器4 一側(cè)的兩個光纖端具有不同的長度的光纖與 一個光學損耗元件和一個偏振控制器7串連構(gòu)成環(huán)狀，所述的光學損耗元件的損耗控制在 0. 05dB 0. ldB，所述的光學損耗元件是光纖分束器41。本發(fā)明的工作原理如下將泵浦激光器1泵浦功率加到IOOmW以上，泵浦激光器1的泵浦光通過普通單模 石英光纖、經(jīng)波分復(fù)用器2進入摻鐿光纖3中產(chǎn)生連續(xù)的激光。由于連續(xù)激光在腔內(nèi)具有隨 機變化的相位，由噪聲引起初始光脈沖。初始光脈沖進入非線性光纖環(huán)形鏡9的反射端，通 過2X2耦合器4被分成沿相反方向傳輸?shù)膬墒?，兩束光具有相同的光程，但兩束光的?度不同，因而由光纖自相位調(diào)制等非線性效應(yīng)引起不同的非線性相移，導(dǎo)致兩光束存在相 位差。因為自相位調(diào)制引起的非線性相移與強度有關(guān)，所以兩光束在脈沖不同部分由非線 性相移引起的相位差不同。傳輸一周后，兩光束具有與脈沖瞬時強度有關(guān)的相位差并回到 耦合器4中相干疊加。根據(jù)相干疊加原理，如果兩光束的相位差為2 π的整數(shù)倍，則兩光束干涉相長，光束能量大部分沿非線性光纖環(huán)形鏡9反射端原路返回進入摻鐿光纖3，非線性 光纖環(huán)形鏡9起到高反射鏡的作用。如果兩光束相位差為π的奇數(shù)倍，則兩光束干涉相消， 光束大部分能量進入非線性光纖環(huán)形鏡9透射端，通過光纖隔離器5后沿激光器輸出端8 輸出。調(diào)節(jié)偏振控制器7，通過改變光束偏振態(tài)來調(diào)節(jié)兩光束的非線性相移，使兩光束在脈 沖峰值部分實現(xiàn)干涉相長，而在脈沖邊緣部分實現(xiàn)干涉相消。從而使脈沖峰值部分被非線 性光纖環(huán)形鏡9反射回腔內(nèi)，脈沖邊緣部分沿透射端輸出，實現(xiàn)腔內(nèi)脈沖的窄化。窄化后的 脈沖沿非線性光纖環(huán)形鏡9反射端進入摻鐿光纖3被放大，并通過波分復(fù)用器2的1053nm 輸出端到達半導(dǎo)體可飽和吸收鏡6。經(jīng)半導(dǎo)體可飽和吸收鏡6的窄化并反射后，脈沖通過波 分復(fù)用器2進入摻鐿光纖3放大后再次進入非線性光纖環(huán)形鏡9。如此往復(fù)直至形成穩(wěn)定 的鎖模光脈沖。實驗中通過調(diào)節(jié)偏振控制器7使激光器工作在鎖模脈沖狀態(tài)。激光器輸出 端8的光纖隔離器5用以避免輸出端8的反射光對激光器的影響。
權(quán)利要求一種全光纖摻鐿超短脈沖激光器，其特征在于構(gòu)成包括摻鐿光纖(3)、波分復(fù)用器(2)、泵浦激光器(1)、半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(6)、非線性光纖環(huán)形鏡(9)、偏振控制器(7)和光纖隔離器(5)，連接關(guān)系如下所述的非線性光纖環(huán)形鏡(9)是由2×2光纖耦合器(4)同側(cè)的兩個光纖端連接構(gòu)成環(huán)狀，該2×2光纖耦合器(4)另一側(cè)的兩個光纖端分別作為非線性光纖環(huán)形鏡(9)的反射端和透射端；所述的半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(6)是將半導(dǎo)體可飽和吸收體與布拉格反射鏡集成的器件；所述的泵浦激光器(1)接所述的波分復(fù)用器(2)的第一輸入端，所述的半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(6)直接粘合在單模光纖(10)的一個端面上，該單模光纖(10)的另一端接所述的波分復(fù)用器(2)另一輸入端，該波分復(fù)用器(2)的輸出端與所述的摻鐿光纖(3)的一端連接，該摻鐿光纖(3)的另一端與所述的非線性光纖環(huán)形鏡(9)的反射端連接，該非線性光纖環(huán)形鏡(9)的透射端接所述的光纖隔離器(5)的輸入端，該光纖隔離器(5)輸出端構(gòu)成全光纖摻鐿超短脈沖激光器的輸出端(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光纖摻鐿超短脈沖激光器，其特征在于所述的非線性光纖 環(huán)形鏡(9)為所述的2X2光纖耦合器(4)的分束比為50 50，該2X2光纖耦合器(4) 一側(cè)的兩個 光纖端具有不同的長度的光纖與一個光學損耗元件和一個偏振控制器(7)串連構(gòu)成環(huán)狀， 所述的光學損耗元件的損耗控制在0. 05dB 0. ldB，所述的光學損耗元件是光纖分束器， 或偏振非靈敏型衰減器；或所述的2X2光纖耦合器(4)的分束比的取值范圍為51 49 60 40，將該2X2 光纖耦合器(4) 一側(cè)的兩個光纖端與偏振控制器(7)的兩端相連構(gòu)成環(huán)狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的所述的全光纖摻鐿超短脈沖激光器，其特征在于所述的光纖激光 增益介質(zhì)為摻鐿光纖(3)，其它連接光纖為普通單模石英光纖。
專利摘要一種全光纖摻鐿超短脈沖激光器，包括摻鐿光纖、波分復(fù)用器、泵浦激光器、半導(dǎo)體可飽和吸收鏡、非線性光纖環(huán)形鏡和光纖隔離器，連接關(guān)系如下所述的泵浦激光器接所述的波分復(fù)用器的第一輸入端，所述的半導(dǎo)體可飽和吸收鏡直接粘合在單模光纖的一個端面上，該單模光纖的另一端接所述的波分復(fù)用器另一輸入端，該波分復(fù)用器的輸出端與所述的摻鐿光纖的一端連接，該摻鐿光纖的另一端與所述的非線性光纖環(huán)形鏡的反射端連接，該非線性光纖環(huán)形鏡的透射端接所述的光纖隔離器的輸入端，該光纖隔離器輸出端構(gòu)成全光纖摻鐿超短脈沖激光器的輸出端。本實用新型具有全光纖化、結(jié)構(gòu)緊湊、調(diào)節(jié)簡單、操作方便、易于封裝、運行穩(wěn)定、可自啟動能力強等特點。
文檔編號H01S3/06GK201656239SQ20102018197
公開日2010年11月24日 申請日期2010年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月29日
發(fā)明者于國浩, 張攀政, 汪小超, 范薇, 黃大杰 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所