一種可調(diào)諧大模場面積光子晶體光纖sesam鎖模激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種可調(diào)諧大模場面積光子晶體光纖SESAM鎖模激光器，其結(jié)構(gòu)為折疊式線形駐波諧振腔，該折疊式線形駐波諧振腔的一端用第一二色鏡作為腔鏡，另一端用半導(dǎo)體可飽和吸收鏡作為腔鏡，利用第二偏振分束棱鏡作為諧振腔側(cè)向輸出端口；輸出激光經(jīng)第一平凸透鏡、第二平凸透鏡準(zhǔn)直-聚焦后，注入光子晶體光纖內(nèi)，由第三平凸透鏡準(zhǔn)直后輸出類平行光，該類平行光經(jīng)第二二色鏡、第三二色鏡按“Z”形轉(zhuǎn)折后，進(jìn)入偏振控制元件，通過調(diào)節(jié)偏振控制元件的第一偏振分束棱鏡、二分之一波片、第二偏振分束棱鏡改變振蕩激光的偏振態(tài)，并利用第四平凸透鏡獲得啟動瓦級鎖模所需功率密度，在多個波長處分別實(shí)現(xiàn)瓦級鎖模脈沖激光輸出。
【專利說明】一種可調(diào)諧大模場面積光子晶體光纖SESAM鎖模激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種可調(diào)諧大模場面積光子晶體光纖SESAM鎖模激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]波長可調(diào)諧的窄線寬、高信噪比光纖激光器在光通信系統(tǒng)、光傳感系統(tǒng)、光學(xué)相干層析光源及高準(zhǔn)確度光譜分析測量儀器系統(tǒng)中有著十分廣闊的應(yīng)用前景，近年來得到了快速的發(fā)展。同時，具有高功率的超短脈沖光纖激光器由于其在轉(zhuǎn)換效率、散熱性以及光束質(zhì)量方面相比其他激光源有著明顯的優(yōu)勢，使其在測量、醫(yī)療、微納加工、受控核聚變以及基礎(chǔ)科學(xué)研究等方面也具有非常廣闊的需求前景，是目前激光技術(shù)的一個重要研究方向。在眾多的摻雜光纖激光器中，摻鐿光纖激光器發(fā)展最為迅速，它具有較寬的發(fā)射帶寬，從而可以支持更短的鎖模脈沖，而且量子缺陷低，沒有能級上轉(zhuǎn)換和重吸收損耗。
[0003]但是，普通光纖激光器產(chǎn)生的超短脈沖在長光纖中傳輸時會積累大量的非線性相移，在光纖色散的作用下會導(dǎo)致脈沖畸變，從而限制鎖模光纖激光器單脈沖能量的提高，這對于獲得高功率、高光束質(zhì)量的脈沖激光是不利的。而光子晶體光纖區(qū)別于普通光纖激光器的優(yōu)點(diǎn)是:它具有大的表面積-體積比，散熱性極好，可以實(shí)現(xiàn)超短脈沖激光的高功率輸出。雙包層大模場面積光子晶體光纖能夠在高功率下保證單模運(yùn)轉(zhuǎn)和極好的光束質(zhì)量，同時，雙包層大模場面積的結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)一步提高了抽運(yùn)光的耦合效率。光子晶體光纖獨(dú)有的微結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的優(yōu)異特性，使光束完全被封閉在纖芯中，不再受周圍環(huán)境的影響，使之系統(tǒng)集成化、結(jié)構(gòu)簡單化、操作容易化，已成為國際激光【技術(shù)領(lǐng)域】研究的熱點(diǎn)之一。
[0004]關(guān)于波長可調(diào)諧光纖激光器，近些年國內(nèi)外研究學(xué)者也有過很多相關(guān)報道。2006年，電子科技大學(xué)的趙德雙、劉永智等基于偏振態(tài)調(diào)諧原理，利用多個偏振控制器在環(huán)形腔摻Er3+光纖激光器中實(shí)現(xiàn)了連續(xù)可調(diào)諧、窄線寬、高信噪比的單頻(線寬0.1nm)激光輸出，連續(xù)可調(diào)諧寬度達(dá)22nm(1538?1560nm)，最大輸出功率lmW。2007年，南開大學(xué)的劉勝利等采用閃耀光柵作為色散元件，構(gòu)建了前向、后向輸出兩種結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧摻Y(jié)b3+光子晶體光纖激光器，在抽運(yùn)功率5.75W時，實(shí)現(xiàn)了 1050.6?1110.2nm的前向連續(xù)調(diào)諧輸出，最高輸出功率677mW。在抽運(yùn)功率4.43W時，實(shí)現(xiàn)了 1042.1?1093nm的后向可調(diào)諧輸出，最高輸出功率2.21W。2012年，天津大學(xué)的白揚(yáng)博等搭建了基于反射型體光柵和半導(dǎo)體可飽和吸收鏡的線形腔全正色散摻鐿光纖激光器，室溫下實(shí)現(xiàn)了波長可連續(xù)調(diào)諧的被動鎖模脈沖輸出。波長1030nm時，光譜帶寬0.32nm,最大平均輸出功率10.2mff,單脈沖能量0.63nJ。
[0005]在目前已有的可調(diào)諧光纖激光器的研究報道中，可調(diào)諧原理多數(shù)基于光柵的分光特性、濾波器的光譜濾波特性或?qū)ζ駪B(tài)的控制，也有同時結(jié)合以上原理的兩個或多個，光纖增益介質(zhì)多為摻鉺單模光纖，輸出波長多在1550nm的通信窗口處,且輸出功率較低，腔型以全光纖結(jié)構(gòu)的環(huán)形腔結(jié)構(gòu)居多，關(guān)于自由空間光的線性諧振腔報道較少。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)中自由空間光的線形諧振腔的缺失，本發(fā)明提出了一種可調(diào)諧大模場面積光子晶體光纖SESAM鎖模激光器。
[0007]本發(fā)明的可調(diào)諧大模場面積光子晶體光纖SESAM鎖模激光器，其包括依次放置的以下部件:
[0008]帶尾纖的976nm半導(dǎo)體激光器、第一平凸透鏡、第一二色鏡、第二平凸透鏡、光子晶體光纖、第三平凸透鏡、第二二色鏡、第三二色鏡、偏振控制元件、第四平凸透鏡、半導(dǎo)體可飽和吸收鏡；
[0009]偏振控制兀件包括:依次放置的第一偏振分束棱鏡、二分之一波片、第二偏振分束棱鏡；
[0010]光子晶體光纖脈沖激光器的振蕩級腔形結(jié)構(gòu)為折疊式線形駐波諧振腔，該折疊式線形駐波諧振腔的一端用第一二色鏡作為腔鏡，另一端用半導(dǎo)體可飽和吸收鏡作為腔鏡，利用第二偏振分束棱鏡作為諧振腔側(cè)向輸出端口；
[0011]采用端面泵浦方式，976nm半導(dǎo)體激光器輸出激光，經(jīng)第一平凸透鏡、第二平凸透鏡準(zhǔn)直-聚焦后，注入光子晶體光纖內(nèi)，由第三平凸透鏡準(zhǔn)直后輸出類平行光，該類平行光經(jīng)第二二色鏡、第三二色鏡按“Z”形轉(zhuǎn)折后，進(jìn)入偏振控制元件，通過調(diào)節(jié)偏振控制元件的第一偏振分束棱鏡、二分之一波片、第二偏振分束棱鏡改變振蕩激光的偏振態(tài)，并利用第四平凸透鏡獲得啟動瓦級鎖模所需功率密度，在多個波長處分別實(shí)現(xiàn)瓦級鎖模脈沖激光輸出。
[0012]進(jìn)一步的，光子晶體光纖的兩端面經(jīng)塌陷處理后研磨成8度角。
[0013]進(jìn)一步的，通過控制二分之一波片和第二偏振分束棱鏡控制耦合輸出比。
[0014]進(jìn)一步的，所述可調(diào)諧大模場面積光子晶體光纖SESAM鎖模激光器的二階群速度色散估計值為+0.019ps2/m。
[0015]進(jìn)一步的，所述半導(dǎo)體可飽和吸收鏡基于多層GaAs-AlAs布拉格反射鏡，非飽和吸收65%，調(diào)制深度35%，飽和通量20 μ J/cm2，弛豫時間500fs。
[0016]進(jìn)一步的，所述第一偏振分束棱鏡作為起偏器，所述第二偏振分束棱鏡和所述二分之一波片作為輸出I禹合器。
[0017]進(jìn)一步的，所述二分之一波片用于控制從所述第二偏振分束棱鏡的逃逸窗輸出激光功率的大??；以及用于調(diào)節(jié)達(dá)到所述半導(dǎo)體可飽和吸收鏡上的功率密度。
[0018]進(jìn)一步的，所述第一偏振分束棱鏡和所述第二偏振分束棱鏡均鍍有900nm?1700nm的高反膜。
[0019]進(jìn)一步的，所述諧振腔中沒有插入可調(diào)諧元件，所述第一偏振分束棱鏡、所述第二偏振分束棱鏡和所述二分之一波片用作偏振濾波器；
[0020]通過調(diào)節(jié)所述第一偏振分束棱鏡、所述第二偏振分束棱鏡和所述二分之一波片使輸出光譜的峰值波長發(fā)生移動；
[0021]通過在不同波長處調(diào)整所述二分之一波片，得到不同的光譜透過率；
[0022]進(jìn)一步的，對所有可調(diào)諧的波長，通過調(diào)整聚焦到所述半導(dǎo)體可飽和吸收鏡上的光斑大小來實(shí)現(xiàn)鎖模。
[0023]本發(fā)明的有益效果在于:
[0024]首次使用區(qū)別于傳統(tǒng)光纖的光子晶體光纖，設(shè)計折疊式線形駐波腔，搭建整個光路為自由空間的光學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，獲得了結(jié)構(gòu)簡單、空間小巧、穩(wěn)定性好的高功率、波長可調(diào)諧的窄線寬的光子晶體光纖鎖模脈沖激光器。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明的可調(diào)諧大模場面積光子晶體光纖SESAM鎖模激光器機(jī)構(gòu)示意圖。【具體實(shí)施方式】
[0026]由于超短脈沖光纖激光器的高峰值功率、光纖芯徑的小尺寸、對泵浦光吸收所要求的光纖長度所導(dǎo)致的高非線性效應(yīng)，會使光纖可調(diào)諧超短脈沖源很難產(chǎn)生高平均輸出功率。而且，傳統(tǒng)的單模光纖激光器由于有限的纖芯直徑，在脈沖傳輸?shù)倪^程中積累了顯著地非線性啁啾，最終導(dǎo)致脈沖分裂，從而限制了激光脈沖能量的進(jìn)一步提高。
[0027]為了降低這種非線性效應(yīng)，現(xiàn)有技術(shù)選擇大模場直徑的雙包層光纖激光器。然而，通過抑制高階模來得到一個穩(wěn)定的鎖模脈沖運(yùn)行仍然是一個挑戰(zhàn)。大模場面積的PCF的出現(xiàn)為光纖激光器開辟了一個新視野，在輸出干凈的基模的同時擁有大模場面積。特別地，這種有著光子晶體包層的微結(jié)構(gòu)的大模場面積光纖允許單模輸出，纖芯面積達(dá)1000 μ m2也可以有著近衍射極限的輸出光束同時，光子晶體光纖由于其特殊的包層結(jié)構(gòu)可以提供低的腔內(nèi)色散和低的非線性。
[0028]由于大模場面積光子晶體光纖的出現(xiàn)，使超短脈沖光纖激光器得到了飛速發(fā)展。但是，要實(shí)現(xiàn)高功率的可調(diào)諧大模場面積光子晶體光纖鎖模激光器仍具有挑戰(zhàn)。而且，現(xiàn)有技術(shù)中鮮有可調(diào)諧PCF皮秒激光源，
[0029]在發(fā)明中提供的這種高功率可調(diào)諧大模場面積光子晶體光纖SESAM鎖模皮秒激光器，其脈寬小于10ps，腔內(nèi)沒有任何可調(diào)諧元件。通過調(diào)節(jié)偏振分束棱鏡和二分之一波片來控制傳輸脈沖在鎖模狀態(tài)下的光譜，產(chǎn)生的可調(diào)諧波長范圍為1028.5?1064nm。當(dāng)泵浦功率8W時，在不同的中心波長處輸出平均功率1.0ff, 7.9ps的脈沖寬度，重頻45.9MHz，相應(yīng)單脈沖能量22nJ。此輸出功率和單脈沖能量要比現(xiàn)有技術(shù)的單模摻鐿光纖激光器高10倍。在中心波長1040nm處獲得最高輸出功率，較窄的光譜寬度只有0.4nm，脈寬7.9ps。
[0030]所測得的信噪比為45.93dB，在輸出脈沖的RF譜線中沒有旁瓣產(chǎn)生。另外，在高泵浦功率情況下，還觀測到了不穩(wěn)定鎖模、脈沖分裂和多脈沖運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。
[0031]本發(fā)明的可調(diào)諧大模場面積光子晶體光纖SESAM鎖模激光器是一種基于波長可調(diào)諧的摻鐿光子晶體光纖SESAM鎖模脈沖光纖激光器。圖1為本發(fā)明的可調(diào)諧大模場面積光子晶體光纖SESAM鎖模激光器機(jī)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明的可調(diào)諧大模場面積光子晶體光纖SESAM鎖模激光器，其包括依次放置的以下部件:
[0032]帶尾纖的976nm半導(dǎo)體激光器1、第一平凸透鏡2、第一二色鏡3、第二平凸透鏡4、光子晶體光纖5、第三平凸透鏡6、第二二色鏡7、第三二色鏡8、偏振控制元件、第四平凸透鏡12、半導(dǎo)體可飽和吸收鏡13 ；
[0033]偏振控制兀件包括:依次放置的第一偏振分束棱鏡9、二分之一波片10、第二偏振分束棱鏡11 ;
[0034]光子晶體光纖脈沖激光器的振蕩級腔形結(jié)構(gòu)為折疊式線形駐波諧振腔，該折疊式線形駐波諧振腔的一端用第一二色鏡3作為腔鏡，另一端用半導(dǎo)體可飽和吸收鏡13作為腔鏡，利用第二偏振分束棱鏡11作為諧振腔側(cè)向輸出端口 ；
[0035]采用端面泵浦方式，976nm半導(dǎo)體激光器I輸出激光，經(jīng)第一平凸透鏡2、第二平凸透鏡4準(zhǔn)直-聚焦后，注入光子晶體光纖5內(nèi)，由第三平凸透鏡6準(zhǔn)直后輸出類平行光，該類平行光經(jīng)第二二色鏡7、第三二色鏡8按“Z”形轉(zhuǎn)折后，進(jìn)入偏振控制元件，通過調(diào)節(jié)偏振控制兀件的第一偏振分束棱鏡9、二分之一波片10、第二偏振分束棱鏡11改變振蕩激光的偏振態(tài)，并利用第四平凸透鏡12獲得啟動瓦級鎖模所需功率密度，在多個波長處分別實(shí)現(xiàn)瓦級鎖模脈沖激光輸出。
[0036]進(jìn)一步的，光子晶體光纖5的兩端面經(jīng)塌陷處理后研磨成8度角。
[0037]進(jìn)一步的，通過控制二分之一波片10和第二偏振分束棱鏡11控制耦合輸出比。
[0038]其中，976nmLD是該光纖激光器的泵浦源。摻鐿光纖在976nm處的吸收截面相對較窄，但吸收系數(shù)較大。976nm半導(dǎo)體激光器I最大輸出為29.5W (I=44A)，976nm泵浦光經(jīng)1:1準(zhǔn)直-聚焦耦合系統(tǒng)耦合進(jìn)光子晶體光纖內(nèi)包層，耦合效率大于80%，以使增益介質(zhì)對泵浦光有充分的吸收。
[0039]光子晶體光纖5為雙包層大模場面積光子晶體光纖，是NKT公司生產(chǎn)的內(nèi)包層170 μ m、數(shù)值孔徑0.62，纖芯直徑為40 μ m、數(shù)值孔徑0.03的非保偏光子晶體光纖，模場面積約為660 μ m2，光纖長度2m，具有六角型周期性排布的空氣孔陣列。這種光子晶體光纖對976nm泵浦光的吸收系數(shù)為13dB/m。為了提高泵浦光和信號光的耦合效率、避免光纖端面損傷、污染，采用熱塌陷方法使距離光纖兩端面約0.5mm處的空氣孔區(qū)塌陷，然后對兩端均以8ο斜角拋光，以避免端面反饋形成自激振蕩，影響可調(diào)諧激光器的性能。光纖端面磨肖IJ、拋光處理工作可以由自行研制的一套行之有效的方案完成，只要能最大限度地降低腔內(nèi)損耗即可。
[0040]本發(fā)明的激光(泵浦光)從端面入射，利用第一二向色鏡3和同時作為鎖模器件的SESAM13作為折疊式線形駐波腔兩端的腔鏡，通過第二偏振分束棱鏡11側(cè)向輸出鎖模脈沖激光，其結(jié)構(gòu)簡單、空間緊湊、波長調(diào)諧方便。
[0041]由于從光纖另一端輸出的激光會伴有很強(qiáng)的泵浦光存在，在這里通過設(shè)計折疊式線性腔結(jié)構(gòu)，利用兩個平行放置的二向色鏡有效地將腔內(nèi)循環(huán)振蕩的激光和泵浦光分開，從而保證腔內(nèi)只有我們需要的信號光在振蕩，而無雜散光的干擾。具體在本發(fā)明中是將976nm半導(dǎo)體激光器輸出的泵浦光經(jīng)平凸透鏡準(zhǔn)直-聚焦到光子晶體光纖中，輸出光經(jīng)兩個二向色鏡按“Z”形折疊后繼續(xù)傳播，從而有效分離泵浦光和激光，保證腔內(nèi)只有激光振蕩，而無泵浦光的干擾。
[0042]側(cè)面輸出激光有效利用第二偏振分束棱鏡的分光特性，使之既能滿足腔內(nèi)激光的循環(huán)振蕩，保持諧振腔的完整性，又能通過其側(cè)面的逃逸窗將激光導(dǎo)出，結(jié)構(gòu)上更加靈活。
[0043]通過綜合調(diào)整偏振控制元件來調(diào)整腔內(nèi)循環(huán)振蕩激光的偏振態(tài)，進(jìn)而引起輸出光波長的改變來實(shí)現(xiàn)波長可調(diào)諧。且隨著泵浦光注入的增大，需通過二分之一波片和第二偏振分束棱鏡來控制耦合輸出比，從而保證激光器運(yùn)行的穩(wěn)定性。
[0044]鎖模器件SESAM是基于GaAs/AlAs Bragg反射鏡上低溫分子束外延技術(shù)生長的InGaAs量子阱結(jié)構(gòu)，在1.04 μ m附近的線性吸收率為65%，調(diào)制深度為35%，飽和通量為20 μ J/cm2,吸收恢復(fù)時間小于500fs。利用其對強(qiáng)光的非線性吸收特性，即:當(dāng)光場較弱時，其對光的吸收很強(qiáng)，因此光透過率很低；隨著激光強(qiáng)度增加，吸收體被逐漸“漂白”，吸收減弱；當(dāng)光強(qiáng)達(dá)到某一特定值(稱為飽和光強(qiáng))時，吸收體完全飽和，光透過率達(dá)到極大，使強(qiáng)度最大的激光脈沖經(jīng)受最小的損耗，達(dá)到從選擇脈沖到最后啟動鎖模的目的。這樣就對腔內(nèi)光場引入了自動的振幅調(diào)制，從而能夠得到鎖模脈沖輸出。
[0045]本發(fā)明的波長可調(diào)諧光纖激光器在光通信系統(tǒng)、光傳感系統(tǒng)、光學(xué)相干層析光源及高準(zhǔn)確度光譜分析測量儀器系統(tǒng)中有著十分廣闊的應(yīng)用前景，此脈沖光纖激光器為多種領(lǐng)域的科學(xué)研究和應(yīng)用提供了可靠性光源。
[0046]實(shí)施例一:
[0047]976nm半導(dǎo)體激光泵浦源(半導(dǎo)體激光器I)通過芯徑200 μ m,數(shù)值孔徑0.22的尾纖輸出，LD最大電流44A時對應(yīng)976nm激光最大輸出功率為29.5W。976nm半導(dǎo)體激光經(jīng)過兩焦距均為8mm的平凸透鏡準(zhǔn)直-聚焦后注入光子晶體光纖內(nèi)包層，耦合效率80%以上，由平凸透鏡準(zhǔn)直后輸出類平行光，經(jīng)第二和第三二色鏡按“Z”形轉(zhuǎn)折后(其中，第二和第三二色鏡鍍有976nm高透、1064nm高反膜)，進(jìn)入第一偏振分束鏡、二分之一波片和第二偏振分束鏡，整個系統(tǒng)中的第一二色鏡(鍍976nm高透和1064nm高反膜)和鎖模器件SESAM13構(gòu)成諧振腔的兩腔鏡。利用焦距8_的第四平凸透鏡聚焦，通過改變會聚光斑的尺寸大小獲得啟動鎖模所需的功率密度。通過調(diào)節(jié)二分之一波片和第二偏振分束鏡控制激光器的耦合輸出比，利用第二偏振分束鏡的側(cè)向逃逸窗作為激光器的輸出端口。關(guān)于實(shí)現(xiàn)波長可調(diào)諧輸出，可以先通過觀測高分辨率光譜儀上顯示的輸出光譜，再通過調(diào)整腔內(nèi)的偏振控制元件來選擇我們所要的輸出波長，最后通過優(yōu)化聚焦到SESAM上的光斑大小來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的鎖模脈沖輸出。在泵浦功率10.13W，輸出功率160mW時，激光器出現(xiàn)調(diào)Q鎖模，在泵浦功率10.51W，輸出功率180mW時，達(dá)到穩(wěn)定連續(xù)鎖模的閾值。最終，在泵浦功率16W時，在1040nm波長處得到最大輸出 1.01W，其他波長 1028.5nm、1033nm、1037nm、1042nm、1058nm、1064nm處分別獲得 854mW、918mW、9904mW、762mW、824mW、756mW 的功率輸出。
[0048]在本發(fā)明中，激光器的二階群速度色散估計值約為+0.019ps2/m。這種經(jīng)過特殊設(shè)計的大模場面積PCF可在一個高的數(shù)值孔徑下降低非線性，對超短脈沖光纖激光器提高平均輸出功率和單脈沖能量是非常有吸引力的。
[0049]SESAM(半導(dǎo)體可飽和吸收鏡)基于多層GaAs-AlAs布拉格反射鏡，非飽和吸收65%，調(diào)制深度35%，飽和通量20 μ J/cm2，弛豫時間500fs。第一個PBS用作起偏器，第二個PBS(偏振分束棱鏡)結(jié)合二分之一波片作為輸出稱合器。二分之一波片還被用來控制從PBS2的逃逸窗輸出激光功率的大小，而且，二分之一波片還被用來調(diào)節(jié)達(dá)到SESAM上的功率密度，從而降低鎖模時SESAM上的熱效應(yīng)。PBSl和PBS2均被鍍有從900nm?1700nm的高反膜，與此同時，它們在區(qū)分不同波長時具備光譜濾波的這么一個功能。實(shí)際上，PBS和HWP這兩種元件可被視為偏振濾波器。
[0050]通過調(diào)節(jié)SESAM，一旦實(shí)現(xiàn)鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)后，進(jìn)一步調(diào)節(jié)PBS1、PBS2和HWP會導(dǎo)致輸出光譜的峰值波長發(fā)生移動。另外，如果鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)是由調(diào)節(jié)PBS1、PBS2、HWP來實(shí)現(xiàn)的，那么進(jìn)一步調(diào)節(jié)SESAM也會導(dǎo)致輸出光譜的中心波長發(fā)生移動。在本發(fā)明的諧振腔中，沒有插入可調(diào)諧元件。當(dāng)調(diào)節(jié)這些元件時，這些波長的透過率峰值就會發(fā)生改變。因此，振蕩器的中心波長也會同時發(fā)生改變。通過在不同波長處調(diào)整HWP，就會得到不同的光譜透過率。
[0051]這種SESAM運(yùn)行在一個較寬的光譜范圍內(nèi)，因?yàn)樗邆湟粋€較寬的反射帶寬(R>35%，λ=990?1090nm)。因此，在一個緊湊的激光器機(jī)構(gòu)中，在全部的光譜增益帶寬內(nèi)實(shí)現(xiàn)鎖模是可行的。對比一下會發(fā)現(xiàn)，當(dāng)光譜的峰值波長超過1028.5?1064nm這個范圍后，將會不能得到鎖模脈沖。結(jié)果，35.5nm的波長可調(diào)諧范圍是可行的。對比其他鎖模光纖激光器通常在腔內(nèi)使用了一些濾波片，我們的系統(tǒng)通過使用PBS和HWP實(shí)現(xiàn)了寬范圍的可調(diào)諧透過率帶寬。然而，通過優(yōu)化元器件，在結(jié)構(gòu)緊湊的激光器內(nèi)不插入任何可調(diào)諧濾波器，在全光譜增益帶寬內(nèi)實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào)諧也是可行的。
[0052]而且，為了保證可調(diào)諧光纖激光器運(yùn)行的穩(wěn)定性，PBS、HWP和SESAM這些元件在調(diào)諧到運(yùn)行的波長時，用元件一旁的緊固螺栓鎖定。然而，這一光纖激光系統(tǒng)對振動和通常的環(huán)境擾動不是很敏感。經(jīng)過測量，它仍可以在穩(wěn)定的鎖模狀態(tài)持續(xù)運(yùn)行。
[0053]對所有可調(diào)諧的波長，可以通過調(diào)整聚焦到SESAM上的光斑大小來實(shí)現(xiàn)鎖模。激光器在泵浦5W時開始輸出連續(xù)光，繼續(xù)增加泵浦功率會進(jìn)入調(diào)Q鎖模狀態(tài)。當(dāng)泵浦功率超過5.5W時，可以得到連續(xù)鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)?？梢园l(fā)現(xiàn)當(dāng)瞬時泵浦功率達(dá)到8W時，在所有可調(diào)諧波段可以得到輸出功率約I左右。
[0054]在高的泵浦功率下，存在不穩(wěn)定的鎖模脈沖、脈沖分裂、多脈沖運(yùn)轉(zhuǎn)的情況。其中一種原因是由于積累了大量的非線性啁啾，另外一中原因是由于打到SESAM上的過高的功率密度所致的過飽和效應(yīng)。同時也發(fā)現(xiàn)，在高泵浦功率下激光發(fā)射還會突然轉(zhuǎn)移到其他元件的透過率峰值處，這也會導(dǎo)致不穩(wěn)定鎖模發(fā)生。在不穩(wěn)定鎖模狀態(tài)下，重復(fù)頻率也會不穩(wěn)或是隨機(jī)改變。
[0055]惟以上者，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，舉凡熟悉此項(xiàng)技藝的專業(yè)人士。在了解本發(fā)明的技術(shù)手段之后，自然能依據(jù)實(shí)際的需要，在本發(fā)明的教導(dǎo)下加以變化。因此凡依本發(fā)明申請專利范圍所作的同等變化與修飾，都應(yīng)仍屬本發(fā)明專利涵蓋的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種可調(diào)諧大模場面積光子晶體光纖SESAM鎖模激光器,其特征在于,包括依次放置的以下部件: 帶尾纖的976nm半導(dǎo)體激光器、第一平凸透鏡、第一二色鏡、第二平凸透鏡、光子晶體光纖、第三平凸透鏡、第二二色鏡、第三二色鏡、偏振控制元件、第四平凸透鏡、半導(dǎo)體可飽和吸收鏡； 偏振控制兀件包括:依次放置的第一偏振分束棱鏡、二分之一波片、第二偏振分束棱鏡; 所述光子晶體光纖脈沖激光器的振蕩級腔形結(jié)構(gòu)為折疊式線形駐波諧振腔，該折疊式線形駐波諧振腔的一端用所述第一二色鏡作為腔鏡，另一端用所述半導(dǎo)體可飽和吸收鏡作為腔鏡，利用所述第二偏振分束棱鏡作為諧振腔側(cè)向輸出端口 ； 采用端面泵浦方式，所述976nm半導(dǎo)體激光器輸出激光，經(jīng)所述第一平凸透鏡、所述第二平凸透鏡準(zhǔn)直-聚焦后，注入所述光子晶體光纖內(nèi)，由第所述三平凸透鏡準(zhǔn)直后輸出類平行光，該類平行光經(jīng)所述第二二色鏡、所述第三二色鏡按“Z”形轉(zhuǎn)折后，進(jìn)入所述偏振控制元件，通過調(diào)節(jié)所述偏振控制元件的所述第一偏振分束棱鏡、所述二分之一波片、所述第二偏振分束棱鏡改變振蕩激光的偏振態(tài)，并利用所述第四平凸透鏡獲得啟動瓦級鎖模所需功率密度，在多個波長處分別實(shí)現(xiàn)瓦級鎖模脈沖激光輸出。
2.如權(quán)利要求1的可調(diào)諧大模場面積光子晶體光纖SESAM鎖模激光器，其特征在于: 所述光子晶體光纖的兩端面經(jīng)塌陷處理后研磨成8度角。
3.如權(quán)利要求 1的可調(diào)諧大模場面積光子晶體光纖SESAM鎖模激光器，其特征在于: 通過控制所述二分之一波片和所述第二偏振分束棱鏡控制耦合輸出比。
4.如權(quán)利要求1的可調(diào)諧大模場面積光子晶體光纖SESAM鎖模激光器，其特征在于: 所述可調(diào)諧大模場面積光子晶體光纖SESAM鎖模激光器的二階群速度色散估計值為+0.019ps2/m。
5.如權(quán)利要求1的可調(diào)諧大模場面積光子晶體光纖SESAM鎖模激光器,其特征在于: 所述半導(dǎo)體可飽和吸收鏡基于多層GaAs-AlAs布拉格反射鏡，非飽和吸收65%，調(diào)制深度35%，飽和通量20 μ J/cm2,弛豫時間500fs。
6.如權(quán)利要求1的可調(diào)諧大模場面積光子晶體光纖SESAM鎖模激光器,其特征在于: 所述第一偏振分束棱鏡作為起偏器，所述第二偏振分束棱鏡和所述二分之一波片作為輸出I禹合器。
7.如權(quán)利要求1的可調(diào)諧大模場面積光子晶體光纖SESAM鎖模激光器，其特征在于: 所述二分之一波片用于控制從所述第二偏振分束棱鏡的逃逸窗輸出激光功率的大??；以及用于調(diào)節(jié)達(dá)到所述半導(dǎo)體可飽和吸收鏡上的功率密度。
8.如權(quán)利要求1的可調(diào)諧大模場面積光子晶體光纖SESAM鎖模激光器，其特征在于: 所述第一偏振分束棱鏡和所述第二偏振分束棱鏡均鍍有900nm~1700nm的高反膜。
9.如權(quán)利要求1的可調(diào)諧大模場面積光子晶體光纖SESAM鎖模激光器，其特征在于: 所述諧振腔中沒有插入可調(diào)諧元件，所述第一偏振分束棱鏡、所述第二偏振分束棱鏡和所述二分之一波片用作偏振濾波器； 通過調(diào)節(jié)所述第一偏振分束棱鏡、所述第二偏振分束棱鏡和所述二分之一波片使輸出光譜的峰值波長發(fā)生移動；通過在不同波長處調(diào)整所述二分之一波片，得到不同的光譜透過率。
10.如權(quán)利要求1的可調(diào)諧大模場面積光子晶體光纖SESAM鎖模激光器，其特征在于:對所有可調(diào)諧的波長，通過調(diào)整聚焦到 所述半導(dǎo)體可飽和吸收鏡上的光斑大小來實(shí)現(xiàn)鎖模。
【文檔編號】H01S3/067GK103944045SQ201410132198
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月2日
【發(fā)明者】李平雪, 趙自強(qiáng), 楊春, 池俊杰, 張光舉, 姚毅飛, 胡浩偉 申請人:北京工業(yè)大學(xué)