本發(fā)明涉及一種雙波長(zhǎng)激光器，屬于光纖激光器領(lǐng)域，更具體的說(shuō)是涉及一種基于色散補(bǔ)償光纖的耗散孤子和孤子雙波長(zhǎng)激光器。

背景技術(shù)：

超短脈沖激光在光纖通信、生物技術(shù)、醫(yī)療、激光光譜學(xué)、超精細(xì)加工、時(shí)間分辨光譜學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。鎖模技術(shù)是獲得超短光脈沖的一種常用方法。因此,對(duì)輸出飛秒脈沖的鎖模光纖激光器的研究成為近幾年激光技術(shù)領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，根據(jù)鎖模方式的不同，可以將鎖模光纖激光器分為兩大類：一類是主動(dòng)鎖模光纖激光器，其腔內(nèi)必須插入微波信號(hào)驅(qū)動(dòng)的強(qiáng)度調(diào)制器或相位調(diào)制器，提供主動(dòng)鎖模所必須的振幅調(diào)制或相位調(diào)制。另一類是被動(dòng)鎖模光纖激光器，這類光纖激光器采用的是全光纖腔的結(jié)構(gòu)，腔內(nèi)除了增益介質(zhì)，并不需要調(diào)制器和其他的有源器件。近年來(lái)被動(dòng)鎖模光纖激光器得到了迅猛發(fā)展，在皮秒和飛秒量級(jí)光源方面具有廣泛的應(yīng)用。

被動(dòng)鎖模是獲取超短脈沖的一個(gè)非常重要的途徑，它的基本原理是利用腔內(nèi)非線性器件的光透過(guò)率對(duì)輸入脈沖光強(qiáng)的依賴性，使得脈沖在腔內(nèi)循環(huán)時(shí)被不斷地窄化。相比于主動(dòng)鎖模，被動(dòng)鎖模光纖激光器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，能夠輸出飛秒量級(jí)的超短脈沖，不需要額外的調(diào)制器件即可以實(shí)現(xiàn)鎖模，而且鎖模脈沖脈寬更窄，脈沖能量更高，是目前獲取光孤子脈沖的理想平臺(tái)。此外，被動(dòng)鎖模光纖激光器輸出的孤子脈沖具有一些獨(dú)特的特征，比如光譜邊帶、泵浦遲滯、脈沖能量量子化、多脈沖輸出和被動(dòng)諧波鎖模等現(xiàn)象。目前，利用真實(shí)可飽和吸收體的鎖模技術(shù)以及基于非線性光環(huán)形鏡(NOLM)、非線性放大環(huán)形鏡(NALM)和非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)(Nonlinear polarization rotation,NPR)的人工可飽和吸收體鎖模技術(shù)是被動(dòng)鎖模光纖激光器中最常用的兩種方式。

在光纖激光器中，激光脈沖在不同色散區(qū)域的形成機(jī)制不同。在腔內(nèi)凈色散為反常色散的光纖激光器中，光纖的非線性效應(yīng)與反常色散效應(yīng)間的相互作用將會(huì)產(chǎn)生傳統(tǒng)的孤子脈沖。而當(dāng)光纖激光器腔內(nèi)凈色散為正時(shí)，正常色散效應(yīng)與非線性效應(yīng)、腔內(nèi)增益和損耗的綜合作用可產(chǎn)生耗散孤子脈沖。耗散孤子在高能脈沖和高功率激光技術(shù)中具有較大的應(yīng)用價(jià)值，耗散孤子的單脈沖能量可達(dá)傳統(tǒng)孤子的數(shù)十倍甚至數(shù)百倍且保存脈沖不分裂，是高功率脈沖激光器的發(fā)展方向之一。特別的，能夠同時(shí)產(chǎn)生傳統(tǒng)孤子和耗散孤子的雙波長(zhǎng)光纖激光器具有較大的實(shí)用意義，即可以產(chǎn)生傳統(tǒng)孤子脈沖還可以產(chǎn)生具有較高能量的耗散孤子脈沖。在激光機(jī)理研究中耗散孤子也具有很高學(xué)術(shù)價(jià)值。為了建立耗散孤子脈沖產(chǎn)生的環(huán)境，可使用稀土摻雜光纖或啁啾布拉格光柵控制管理激光腔內(nèi)的凈色散。然而這些管理方法都有缺點(diǎn)，較長(zhǎng)的光纖諧振腔會(huì)限制重復(fù)頻率的提高，啁啾布拉格光柵會(huì)導(dǎo)致激光腔內(nèi)損耗的增加。目前搭建耗散孤子和孤子雙波長(zhǎng)鎖模光纖激光器的方法主要是在腔內(nèi)插入一段啁啾光纖光柵，啁啾布拉格光柵的作用是為腔內(nèi)提供正常色散，平衡腔內(nèi)的凈色散值使得1550nm和1562nm處的凈色散分別為反常色散和正常色散，從而使得兩個(gè)波長(zhǎng)處的脈沖分別呈現(xiàn)出傳統(tǒng)孤子和耗散孤子的特征，實(shí)現(xiàn)1550nm傳統(tǒng)孤子和1562nm耗散孤子雙波長(zhǎng)輸出。本方案提出了一種基于色散補(bǔ)償光纖實(shí)現(xiàn)2μm波段耗散孤子和傳統(tǒng)孤子雙波長(zhǎng)輸出的鎖模激光器裝置。耗散孤子和傳統(tǒng)孤子的波長(zhǎng)分別為1952nm和1980nm，耗散孤子的脈沖寬度為0.64ps，光譜寬度為8nm，傳統(tǒng)孤子的脈沖寬度為0.89ps，光譜寬度為6nm。且在本方案中，雙傳統(tǒng)孤子、傳統(tǒng)孤子/耗散孤子和雙耗散孤子三種狀態(tài)能夠便捷轉(zhuǎn)換。

圖1所示是一種基于啁啾布拉格光柵的1.5μm耗散孤子和孤子雙波長(zhǎng)激光器的裝置圖。包括了一段18m長(zhǎng)的摻鉺光纖、兩個(gè)偏振控制器、一個(gè)四端口環(huán)形器、兩個(gè)半導(dǎo)體可飽和吸收鏡和一個(gè)1nm@1550nm帶寬的啁啾布拉格光柵。激光系統(tǒng)利用一個(gè)980nm的激光二極管作為泵浦源，并利用一個(gè)波分復(fù)用耦合器將泵浦源和激光諧振腔末端一起耦合進(jìn)諧振腔的首端。激光通過(guò)波分復(fù)用器后，進(jìn)入摻鉺光纖進(jìn)行放大，再進(jìn)入耦合器，并將耦合器的20％端口作為激光輸出端口。在耦合器后面接入一個(gè)偏振控制器控制激光偏振態(tài)，之后是一個(gè)四端口環(huán)形器。四端口環(huán)形器有兩個(gè)作用，一是作為隔離器防止激光反向傳輸，二是作為連接器件連接半導(dǎo)體可飽和吸收鏡、光纖諧振腔和啁啾布拉格光柵。啁啾布拉格光柵之后連接有另一個(gè)偏振控制器和可飽和吸收體器件。在裝置圖中的其它部分為標(biāo)準(zhǔn)單模光纖作為激光傳輸通道。摻鉺光纖和單模光纖的色散分別為-16和17ps/nm/km。啁啾光纖光柵的色散為1.7ps/nm/km。半導(dǎo)體可飽和吸收體SESAM1和SESAM2的調(diào)制深度分別為30％和9％，恢復(fù)時(shí)間為2ps。激光在腔內(nèi)有兩條不同長(zhǎng)度和色散的光路，通過(guò)調(diào)節(jié)偏振控制器可同時(shí)在激光器中產(chǎn)生1550nm傳統(tǒng)孤子和1562nm耗散孤子。所產(chǎn)生的傳統(tǒng)孤子光譜寬度為0.28nm，脈沖寬度為15.1ps，耗散孤子的光譜寬度為9.5nm，脈沖寬度為0.55ps。

從該裝置圖中可以看出其存在以下缺點(diǎn)：

1、該技術(shù)方案結(jié)構(gòu)復(fù)雜，利用四端口環(huán)形器連接了一個(gè)啁啾布拉格光柵和兩個(gè)半導(dǎo)體可飽和吸收體。傳統(tǒng)孤子和耗散孤子形成過(guò)程也較為復(fù)查難以調(diào)諧；

2、該技術(shù)方案用到了兩個(gè)半導(dǎo)體可飽和吸收體器件，且使用的四端口環(huán)形器和啁啾布拉格光柵較為昂貴，所以激光器成本較高；

3、該技術(shù)方案利用啁啾布拉格光柵作為色散控制器件，其損耗較高，限制了激光器功率的提升；

4、不能實(shí)現(xiàn)雙傳統(tǒng)孤子、傳統(tǒng)孤子/耗散孤子和雙耗散孤子三種輸出模式間的轉(zhuǎn)換。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決背景技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，提供一種全新結(jié)構(gòu)的基于色散補(bǔ)償光纖的耗散孤子和孤子雙波長(zhǎng)激光器，該雙波長(zhǎng)激光器能夠產(chǎn)生2μm波段耗散孤子和孤子雙波長(zhǎng)輸出，并具有耗散孤子/傳統(tǒng)孤子、雙耗散孤子和雙傳統(tǒng)孤子三種雙波長(zhǎng)輸出模式，從而解決了以往激光器無(wú)法在2μm波段輸出耗散孤子和孤子雙波長(zhǎng)及輸出模式單一的技術(shù)問(wèn)題。

為解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

基于色散補(bǔ)償光纖的耗散孤子和孤子雙波長(zhǎng)激光器，包括激光二極管、合束器、增益光纖、耦合輸出元件、偏振無(wú)關(guān)隔離器、保偏光纖、碳納米管，還包括色散補(bǔ)償光纖、起偏器、第一偏振控制器和第二偏振控制器；所述合束器、增益光纖、耦合輸出元件、偏振無(wú)關(guān)隔離器、色散補(bǔ)償光纖、保偏光纖、碳納米管、第一偏振控制器、起偏器及所述第二偏振控制器按光纖順序連接構(gòu)成全光纖環(huán)型腔，所述激光二極管與合束器連接作為激光器的泵浦光源，通過(guò)所述色散補(bǔ)償光纖對(duì)腔內(nèi)凈色散的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)2μm波段耗散孤子和傳統(tǒng)孤子雙波長(zhǎng)激光輸出。

優(yōu)選的,所述保偏光纖采用熊貓型或者蝴蝶結(jié)型光纖，所述保偏光纖、第一偏振控制器、起偏器及所述第二偏振控制器共同構(gòu)成濾波模塊。

優(yōu)選的,所述保偏光纖采用微納光纖、Sagnac濾波器、lyot濾波器及級(jí)聯(lián)光纖啁啾光柵。

優(yōu)選的,所述碳納米管作為可飽和吸收體與所述濾波模塊配合使用產(chǎn)生雙波長(zhǎng)脈沖激光。

優(yōu)選的,所述碳納米管采用石墨烯、黑磷、拓?fù)浣^緣體及其它可飽和吸收材料制成。

優(yōu)選的,所述色散補(bǔ)償光纖起到調(diào)節(jié)腔內(nèi)凈色散的作用，通過(guò)優(yōu)化色散補(bǔ)償光纖長(zhǎng)度可使得全光纖環(huán)型腔內(nèi)凈色散值在2μm波段的特定波長(zhǎng)處基本為0，為耗散孤子和傳統(tǒng)孤子雙波長(zhǎng)激光的產(chǎn)生構(gòu)建合適條件。

優(yōu)選的,所述耦合輸出元件為偏振分束器，其兩端分別與所述增益光纖和偏振無(wú)關(guān)隔離器相連；所述耦合輸出元件與合束器共同使用構(gòu)成光纖激光器的環(huán)型諧振腔。

優(yōu)選的,所述第一偏振控制器和第二偏振控制器可改變腔內(nèi)雙波長(zhǎng)激光的中心波長(zhǎng)，可在耗散孤子/傳統(tǒng)孤子、雙耗散孤子和雙傳統(tǒng)孤子三種雙波長(zhǎng)激光輸出模式間轉(zhuǎn)換。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)2μm波段傳統(tǒng)孤子和耗散孤子雙波長(zhǎng)激光輸出，不需要四端口環(huán)形器和啁啾布拉格光柵，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，成本更低，并提高了能量轉(zhuǎn)換效率。

2、本發(fā)明中雙波長(zhǎng)脈沖的重復(fù)頻率更加一致。

3、本發(fā)明中雙波長(zhǎng)是可調(diào)諧的，通過(guò)調(diào)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)耗散孤子/傳統(tǒng)孤子、雙耗散孤子和雙傳統(tǒng)孤子三種雙波長(zhǎng)輸出模式，從而簡(jiǎn)單、便捷的實(shí)現(xiàn)雙波長(zhǎng)輸出模式轉(zhuǎn)換。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

圖1所示為本發(fā)明背景技術(shù)中，基于啁啾光纖光柵的1.5μm耗散孤子和孤子雙波長(zhǎng)激光器的裝置圖的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是耗散孤子和傳統(tǒng)孤子雙波長(zhǎng)輸出光譜圖；

圖中的標(biāo)記分別表示為：1、激光二極管；2、合束器；3、增益光纖；4、耦合輸出元件；5、輸出光纖；6、偏振無(wú)關(guān)隔離器；7、色散補(bǔ)償光纖；8、保偏光纖；9、碳納米管；10、第一偏振控制器；11、起偏器；12、第二偏振控制器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。本發(fā)明的實(shí)施方式包括但不限于下列實(shí)施例。

如圖2、圖3所示，基于色散補(bǔ)償光纖的耗散孤子和孤子雙波長(zhǎng)激光器，包括激光二極管1、合束器2、增益光纖3、耦合輸出元件4、偏振無(wú)關(guān)隔離器6、保偏光纖8、碳納米管9，還包括色散補(bǔ)償光纖7、起偏器11、第一偏振控制器10和第二偏振控制器12；所述合束器2、增益光纖3、耦合輸出元件4、偏振無(wú)關(guān)隔離器6、色散補(bǔ)償光纖7、保偏光纖8、碳納米管9、第一偏振控制器10、起偏器11及所述第二偏振控制器12按光纖順序連接構(gòu)成全光纖環(huán)型腔，所述激光二極管1與合束器2連接作為激光器的泵浦光源，通過(guò)所述色散補(bǔ)償光纖對(duì)腔內(nèi)凈色散的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)2μm波段耗散孤子和傳統(tǒng)孤子雙波長(zhǎng)激光輸出。

所述保偏光纖8采用熊貓型或者蝴蝶結(jié)型光纖，所述保偏光纖8、第一偏振控制器10、起偏器11及所述第二偏振控制器12共同構(gòu)成濾波模塊。

所述保偏光纖8采用微納光纖、Sagnac濾波器、lyot濾波器及級(jí)聯(lián)光纖啁啾光柵。

所述碳納米管9作為可飽和吸收體與所述濾波模塊配合使用產(chǎn)生雙波長(zhǎng)脈沖激光。

所述碳納米管9采用石墨烯、黑磷、拓?fù)浣^緣體及其它可飽和吸收材料制成。

所述色散補(bǔ)償光纖7起到調(diào)節(jié)腔內(nèi)凈色散的作用，通過(guò)優(yōu)化色散補(bǔ)償光纖7長(zhǎng)度可使得全光纖環(huán)型腔內(nèi)凈色散值在2μm波段的特定波長(zhǎng)處基本為0，為耗散孤子和傳統(tǒng)孤子雙波長(zhǎng)激光的產(chǎn)生構(gòu)建合適條件。

所述耦合輸出元件4為偏振分束器，其兩端分別與所述增益光纖3和偏振無(wú)關(guān)隔離器6相連；所述耦合輸出元件4與合束器2共同使用構(gòu)成光纖激光器的環(huán)型諧振腔。

所述第一偏振控制器10和第二偏振控制器12可改變腔內(nèi)雙波長(zhǎng)激光的中心波長(zhǎng)，可在耗散孤子/傳統(tǒng)孤子、雙耗散孤子和雙傳統(tǒng)孤子三種雙波長(zhǎng)激光輸出模式間轉(zhuǎn)換。

本實(shí)施例激光二極管1采用793nm激光二極管，793nm激光二極管產(chǎn)生的泵浦光通過(guò)合束器2進(jìn)入長(zhǎng)度為7m的增益光纖3，增益光纖3吸收793nm泵浦光后通過(guò)能級(jí)躍遷會(huì)產(chǎn)生2μm波段的激光，耦合輸出元件4將產(chǎn)生的2μm激光分為兩部分，一部分通過(guò)輸出光纖5作為輸出激光，另一部分通過(guò)偏振無(wú)關(guān)隔離器6繼續(xù)在激光腔內(nèi)傳輸，2μm激光依次通過(guò)長(zhǎng)度為10m的色散補(bǔ)償光纖7、長(zhǎng)度為0.6m的保偏光纖8以及碳納米管9，通過(guò)碳納米管9作用形成鎖模脈沖，最后通過(guò)第一偏振控制器10、起偏器11及第二偏振控制器12進(jìn)行偏振控制，產(chǎn)生偏振態(tài)可控制的偏振激光。

合束器2的作用是將激光二極管1產(chǎn)生的泵浦光和在腔內(nèi)傳輸一周后的激光耦合進(jìn)增益光纖3中，合束器2可采用(2+1)×1合束器；增益光纖3的作用是產(chǎn)生2μm波段激光提供能級(jí)結(jié)構(gòu)，該增益光纖3可以是摻銩光纖；偏振無(wú)關(guān)隔離器6的作用是防止激光反向傳輸；色散補(bǔ)償光纖7作用是提供合適的正常色散以平衡全光纖環(huán)型腔腔內(nèi)凈色散，通過(guò)優(yōu)化色散補(bǔ)償光纖7長(zhǎng)度可使得全光纖環(huán)型腔內(nèi)凈色散值在2μm波段的特定波長(zhǎng)處基本為0，為耗散孤子和傳統(tǒng)孤子雙波長(zhǎng)激光的產(chǎn)生構(gòu)建合適條件；保偏光纖8作用是保持腔內(nèi)激光的偏振態(tài)特性，保偏光纖8最好選擇熊貓型或者蝴蝶結(jié)型光纖，但也可以選擇微納光纖、Sagnac濾波器、lyot濾波器、級(jí)聯(lián)光纖啁啾光柵等作為濾波器件進(jìn)行濾波；碳納米管9作用是作為可飽和吸收體對(duì)激光脈沖進(jìn)行調(diào)制和整形，產(chǎn)生鎖模脈沖，納米管9也可采用石墨烯、黑磷、拓?fù)浣^緣體及其它可飽和吸收材料制成加以替代；第一偏振控制器10、起偏器11及第二偏振控制器12三個(gè)器件則共同作用產(chǎn)生偏振態(tài)可控制的偏振激光并與保偏光纖8共同構(gòu)成濾波模塊，產(chǎn)生雙波長(zhǎng)激光，通過(guò)調(diào)節(jié)所述偏振控制器改變?yōu)V波特性達(dá)到調(diào)諧雙波長(zhǎng)激光的目的，碳納米管9作為可飽和吸收體與該濾波模塊配合使用產(chǎn)生雙波長(zhǎng)脈沖激光。

耦合輸出元件4為偏振分束器，其兩端分別與所述增益光纖3和所述偏振無(wú)關(guān)隔離器6相連；所述耦合輸出元件4與所述合束器2共同使用構(gòu)成光纖激光器的環(huán)型諧振腔。

本實(shí)施例通過(guò)以上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)2μm波段傳統(tǒng)孤子和耗散孤子雙波長(zhǎng)激光輸出，不需要傳統(tǒng)的四端口環(huán)形器和啁啾布拉格光柵，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，成本更低，并提高了能量轉(zhuǎn)換效率，并且雙波長(zhǎng)脈沖的重復(fù)頻率更加一致。

本實(shí)施例通過(guò)以上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而可以調(diào)節(jié)輸出的雙波長(zhǎng)，通過(guò)調(diào)節(jié)第一偏振控制器10和第二偏振控制器12可以實(shí)現(xiàn)耗散孤子/傳統(tǒng)孤子、雙耗散孤子和雙傳統(tǒng)孤子三種雙波長(zhǎng)輸出模式，從而簡(jiǎn)單、便捷的實(shí)現(xiàn)雙波長(zhǎng)輸出模式轉(zhuǎn)換。

如圖3所示為耗散孤子和傳統(tǒng)孤子雙波長(zhǎng)輸出光譜圖；泵浦光源1采用793nm激光二極管時(shí)，由于存在色散補(bǔ)償光纖7，使得腔內(nèi)凈色散在1965nm處的凈色散值為0，此時(shí)稱1965nm為零色散波長(zhǎng)。調(diào)節(jié)第一偏振控制器10和第二偏振控制器12，腔內(nèi)的雙波長(zhǎng)脈沖改變，當(dāng)雙波長(zhǎng)脈沖中的短波脈沖和長(zhǎng)波脈沖分別處于零色散波長(zhǎng)兩端時(shí)，短波脈沖處于正常色散區(qū)，長(zhǎng)波脈沖處于反常色散區(qū)，所以分別呈現(xiàn)出1952nm耗散孤子和1980nm傳統(tǒng)孤子狀態(tài)，從圖中也可得出耗散孤子的脈沖寬度為0.64ps，光譜寬度為8nm；傳統(tǒng)孤子的脈沖寬度為0.89ps，光譜寬度為6nm。

通過(guò)調(diào)節(jié)第一偏振控制器10和第二偏振控制器12時(shí)，還可使得腔內(nèi)的雙波長(zhǎng)脈沖同時(shí)短于零色散波長(zhǎng)或同時(shí)長(zhǎng)于零色散波長(zhǎng)。當(dāng)雙波長(zhǎng)脈沖同時(shí)短于零色散波長(zhǎng)時(shí)，兩個(gè)波長(zhǎng)都處于正常色散區(qū)，將產(chǎn)生雙耗散孤子輸出；當(dāng)雙波長(zhǎng)脈沖同時(shí)長(zhǎng)于零色散波長(zhǎng)時(shí)，兩個(gè)波長(zhǎng)都處于反常色散區(qū)，將產(chǎn)生雙傳統(tǒng)孤子輸出，從而通過(guò)調(diào)節(jié)偏振控制器可便捷的轉(zhuǎn)換雙波長(zhǎng)激光輸出模式。

如上所述即為本發(fā)明的實(shí)施例。所述實(shí)施例以及實(shí)施例中的具體參數(shù)僅是為了清楚表述發(fā)明人的發(fā)明驗(yàn)證過(guò)程，并非用以限制本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍仍然以其權(quán)利要求書為準(zhǔn)，凡是運(yùn)用本發(fā)明的說(shuō)明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。