專利名稱：雙包層大模場(chǎng)面積摻鐿光子晶體光纖飛秒激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及了一種雙包層大模場(chǎng)面積摻鐿光子晶體光纖飛秒激光器，屬于激光技術(shù)和 非線性光學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
超短脈沖光纖激光器具有運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，集成度高，價(jià)格低廉，維護(hù)方便等突出優(yōu)勢(shì)，目 前已經(jīng)廣泛商用化，在光通信，生命科學(xué)及基礎(chǔ)科學(xué)中超快現(xiàn)象的探索等領(lǐng)域有著廣泛的 應(yīng)用。超短脈沖光纖激光器一般利用被動(dòng)鎖模獲得飛秒量級(jí)的激光脈沖。超短脈沖光纖激 光器的被動(dòng)鎖模方式有非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模，非線性光纖環(huán)形鏡鎖模，半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SESAM)鎖模等幾種方式。非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模需要在光路中加入許多偏振控制元 件，調(diào)整比較困難，而且這種鎖模方式在高脈沖能量下容易飽和，因此僅適用于低脈沖能 量超短脈沖光纖激光器。非線性光纖環(huán)形鏡鎖模的超短脈沖光纖激光器的重復(fù)頻率很難控 制，穩(wěn)定性較差。半導(dǎo)體可飽和吸收鏡基于一塊集成在全反射鏡上的半導(dǎo)體可飽和吸收體， 結(jié)構(gòu)緊湊，易于調(diào)整，能夠?qū)崿F(xiàn)鎖模的自啟動(dòng)，同時(shí)使激光器獲得飛秒量級(jí)的激光脈沖， 非常適合于超短脈沖光纖激光器的鎖模。單脈沖能量是衡量超短脈沖光纖激光器性能的重 要指標(biāo)?；趥鹘y(tǒng)光纖的超短脈沖光纖激光器的單脈沖能量會(huì)受到以下兩個(gè)方面因素制 約。第一，這種光纖激光器必須使用低功率的單模二極管激光器(LD)泵浦，限制了能 量的注入水平。第二，傳統(tǒng)光纖的纖芯很小，使得高能量的超短脈沖在光纖中傳輸時(shí)的非 線性效應(yīng)較強(qiáng)，這會(huì)導(dǎo)致脈沖分裂，從而破壞超短脈沖光纖激光器運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性?；谶@ 兩方面的原因，傳統(tǒng)的超短脈沖光纖激光器的單脈沖能量一般在皮焦耳(pJ)量級(jí)，最高也 只有幾個(gè)納焦耳(nJ)。為了得到更高的脈沖能量，往往需要放大級(jí)對(duì)激光器輸出的超短脈 沖進(jìn)行放大，而放大過程不僅增加了激光系統(tǒng)的成本，犧牲了其易用性，而且會(huì)對(duì)脈沖的 形狀及重復(fù)頻率的穩(wěn)定性造成一定的破壞，很大程度上限制了其應(yīng)用范圍。因此，直接從 激光器獲得高脈沖能量的超短激光脈沖輸出有著突出的現(xiàn)實(shí)意義。雙包層結(jié)構(gòu)為提高超短 脈沖光纖激光器的單脈沖能量提供了可能。這種光纖由纖芯，內(nèi)包層和外包層構(gòu)成。纖芯 中摻雜增益離子，激光在單模纖芯中傳輸并放大，內(nèi)包層作為纖芯包層，同時(shí)也是泵浦光 的纖芯，允許多模的大功率LD泵浦光直接注入，外包層起到泵浦光包層的作用。為了進(jìn) 一步降低雙包層光纖的非線性，需要大大提高纖芯的直徑。在雙包層光纖的內(nèi)包層和外包 層中引入周期排列的空氣孔結(jié)構(gòu)，即得到雙包層光子晶體光纖。在一定的空氣孔大小及孔 間距情況下，這種光子品體光纖可以提供比傳統(tǒng)光纖大一個(gè)數(shù)量級(jí)的模場(chǎng)面積并保持單模 運(yùn)轉(zhuǎn)，從而在不犧牲光束質(zhì)量的同時(shí)，有效地降低光纖中的非線性，達(dá)到提高激光器單脈 沖能量的目的。通過對(duì)超短脈沖光纖激光器運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制深入的研究發(fā)現(xiàn)，光纖的非線性對(duì)脈 沖能量提高的限制是由脈沖分裂引起的，而脈沖分裂與脈沖形狀緊密相關(guān)。傳統(tǒng)的超短脈 沖光纖激光器以孤子鎖模方式運(yùn)轉(zhuǎn)，脈沖形狀為雙曲正割形，其引入的非線性啁啾會(huì)導(dǎo)致 脈沖分裂。如果使激光器工作在自相似鎖模狀態(tài)，會(huì)得到拋物線形的脈沖形狀，而這種形 狀的脈沖支持線性啁啾，在很強(qiáng)的光纖非線性作用下，脈沖也不會(huì)分裂，從而能夠使光纖 激光器獲得的單脈沖能量至少比傳統(tǒng)的光纖激光器高一個(gè)數(shù)量級(jí)。光纖激光器的另一項(xiàng)重 要指標(biāo)就是其穩(wěn)定性。傳統(tǒng)超短脈沖光纖激光器的運(yùn)轉(zhuǎn)受周圍的環(huán)境影響很大，而雙包層 大模場(chǎng)面積光子晶體光纖同時(shí)能提供的增強(qiáng)保偏特性使這種光纖激光器的運(yùn)轉(zhuǎn)能夠獲得 極佳的穩(wěn)定性。有關(guān)涉及到本發(fā)明技術(shù)的文獻(xiàn)和報(bào)道如下[1
B. Ortac, A. Hideur， C. Chedot， ef. a/.， "Self-similar low-noise femtosecond ytterbium-doped double-clad fiber laser", Appl. Phys. B， vol. 85, pp. 63-67, 2006;[2] C. K. Nielsen,已.Ortac, T. Schreiber， ef. a/.， "Self-starting self-similar all-polarization maintaining Yb-doped fiber laser", Opt. Express.， vol. 13, pp. 9346-9351, 2005;[3] F. 0. Ilday，丄R. Buckley, W.G. Clark, ef. a/.， "Self-Similar Evolution of Parabolic Pulses in a Laser", Phys. Rev. Lett., vol. 92， pp. 213902-1, 2004;[4] T. Schreiber, F. R6ser， O. Schmidt, ef. a/， "Stress induced single-polarization single-transverse mode photonic crystal fiber with low nonlinearity，" Opt. Express., vol. 13， pp. 7621-7630, 2005;[5] Jens Limpert， Fabian R5ser, Thomas Schreiber, ef. a/, " High-Power Ultrafast Fiber Laser Systems",舊EE丄Sel. Top. Quantum. Electron., vol. 12, pp. 233-244, 2006;發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種直接獲得單脈沖能量為微焦耳(P J)的雙包層大模場(chǎng)面積 摻鐿(Yb")光子晶體光纖飛秒激光器。本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的 一種雙包層大模場(chǎng)面積摻鐿光子晶體光纖飛秒激光器，該激光器由二極管激光器(LD) 1作為泵浦源，在泵浦光路中，依次設(shè)置用于 準(zhǔn)直泵浦光的非球面透鏡2，雙色鏡3，耦合聚焦非球面透鏡4，非球面透鏡4將泵浦光 注入雙包層大模場(chǎng)面積摻鐿光子晶體光纖9。光子晶體光纖9的右側(cè)作為輸出光路，左側(cè) 作為色散補(bǔ)償光路。輸出光路中依次設(shè)置非球面透鏡IO，半波片ll，偏振分束器12，四 分之一波片13，非球面透鏡14及半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SESAM)15。色散補(bǔ)償光路中依次 設(shè)置半波片5，光柵6、 7，全反射鏡8，從而構(gòu)成了以光子晶體光纖9，全反射鏡8及SESEAM 為主體的駐波型激光諧振腔。激光由偏振分束器12的輸出端導(dǎo)出，輸出光路中依次設(shè)置 半波片16，光柵18、 19，全反射鏡20及全反射鏡17，它們構(gòu)成激光器的諧振腔外色散 補(bǔ)償系統(tǒng)。其特征在于LD1采用光纖輸出，輸出尾纖的纖芯直徑為200 400ym，數(shù)值 孔徑NA為0. 2 0. 4，輸出波長(zhǎng)為976 980nm,輸出功率為5 30W。雙色鏡3與泵浦光 呈15度夾角，對(duì)于波長(zhǎng)為976 980nm的泵浦光透過率大于98%,對(duì)于波長(zhǎng)為1 1.1 y m 的激光反射率大于95%。雙包層大模場(chǎng)面積摻鐿(Yb3+)光子晶體光纖9長(zhǎng)度為4 6米,纖 芯數(shù)值孔徑NA為0. 03 0. 06，單模場(chǎng)面積500 1000 u m2，對(duì)976 980nm泵浦光吸收系 數(shù)為8 15dB/m，內(nèi)包層為4 6層正六邊形周期排布的空氣孔結(jié)構(gòu)，內(nèi)包層的數(shù)值孔徑 NA為0. 45 0. 8，光纖彎曲直徑為20 40cm,光纖兩個(gè)端面空氣孔被塌陷，塌陷長(zhǎng)度200 500ym，光纖端面與光纖軸垂直的平面呈8 15度夾角。半導(dǎo)體可飽和吸收鏡15的工作 波段為l l.lum，飽和能流為120 200iU/cm2，調(diào)制深度為10% 40%。偏振分束器12 對(duì)1 1. 1 u m激光的兩個(gè)垂直偏振態(tài)的消光比達(dá)1000:1。非球面透鏡2焦距為10 20mm， 數(shù)值孔徑NA與LD尾纖的數(shù)值孔徑相同。非球面透鏡4， 10焦距為8 15mm，非球面透鏡 4的數(shù)值孔徑與光子晶體光纖的內(nèi)包層數(shù)值孔徑相同，而非球面透鏡10的數(shù)值孔徑與光 子晶體光纖纖芯的數(shù)值孔徑相同。非球面透鏡14焦距為100 200mm，所有非球面透鏡表 面鍍寬帶增透膜，對(duì)976 1100nm激光透射率大于99.5。/。。光柵6、 7平行放置，光柵18、 19平行放置，所有光柵刻線密度為600/mm，閃耀波長(zhǎng)為1 u m，表面鍍金，1級(jí)衍射效率 大于90%，且以里特羅角(Littrow)插入光路。全反射鏡17與光路呈45度放置，對(duì)波 長(zhǎng)為1 1. 1 y m的激光的反射率大于99%。全反射鏡8、 20垂直于光路放置，對(duì)波長(zhǎng)為l 1. 1 y m的激光的反射率大于99%。與以往報(bào)道的超短脈沖光纖激光器相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)1. 激光器的主體基于保偏結(jié)構(gòu)的雙包層大模場(chǎng)面積摻鐿(Yb3+)光子晶體光纖，具有良 好的偏振保持特性，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)具有很好的穩(wěn)定性。光纖的單模場(chǎng)面積500 1000um2， 非線性系數(shù)比普通光纖低10倍以上，可以支持的單脈沖能量也相應(yīng)的比傳統(tǒng)光纖激 光器高10倍以上。2. 保偏結(jié)構(gòu)的雙包層大模場(chǎng)面積摻鐿(Yb3+)光子晶體光纖具有iH常材料色散，會(huì)使脈 沖展寬，對(duì)獲得飛秒脈沖不利。因此在激光腔內(nèi)引入光柵對(duì)作為色散補(bǔ)償元件，通過 調(diào)整光柵對(duì)的間距，可以得到可調(diào)的反常色散，得到飛秒脈沖。如果精確控制腔內(nèi)光 柵對(duì)的間隔，部分補(bǔ)償光子晶體光纖的正常色散，把凈色散量控制在0. 015 0. 03ps2 之間，可以實(shí)現(xiàn)自相似(self-similar)鎖模，與傳統(tǒng)超短脈沖光纖激光器所獲得的 雙曲正割型時(shí)域脈沖及頻譜形狀不同，本發(fā)明獲得拋物線型脈沖形狀、線性啁啾和拋 物線型頻譜形狀，從而有效避免脈沖分裂，支持高達(dá)微焦耳的單脈沖能量。輸出激光 經(jīng)過腔外光柵對(duì)，線性啁啾可以得到完全補(bǔ)償，得到單脈沖能量微焦耳量級(jí)，脈沖寬 度100 200fs，重復(fù)頻率10 30MHz，頻譜在1 1. 1 u m波段的超短激光脈沖。


圖1為本發(fā)明的雙包層大模場(chǎng)面積摻鐿(Yb3+)光子晶體光纖飛秒激光器結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1為L(zhǎng)D泵浦源；2為準(zhǔn)直非球面透鏡；3為雙色鏡；4和10為耦合、聚焦非 球面透鏡；14為聚焦非球面透鏡；5、 11和16為半波片；13為四分之一波片；12為偏 振分束器；6和7為光柵對(duì)；18和19也為光柵對(duì)；8和20為0度全反鏡；17為45度全反鏡；9為光子晶體光纖；15為半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SESAM)。 圖2為圖1中光子晶體光纖9的端面掃描電鏡顯微照片。 圖3為光子晶體光纖端面空氣孔塌陷及角度拋光后的側(cè)面顯微照片。 圖4為數(shù)值模擬的本發(fā)明激光器產(chǎn)生的拋物線型時(shí)域脈沖波形及相應(yīng)的線性啁啾曲線。圖5為數(shù)值模擬的本發(fā)明激光器產(chǎn)生的拋物線型頻譜。圖6為數(shù)值模擬的本發(fā)明激光器輸出脈沖經(jīng)光柵對(duì)壓縮后的時(shí)域脈沖波型及相應(yīng)的啁 啾曲線。
具體實(shí)施方式
獲得高脈沖能量的雙包層大模場(chǎng)面積摻鐿(Yb3+)光子晶體光纖飛秒激光器的具體實(shí)施 方案如下首先利用五維精密光纖調(diào)整架固定LD激光器1的尾纖，實(shí)現(xiàn)尾纖的上下，左 右，前后及傾斜角度的精密調(diào)整。調(diào)節(jié)尾纖，使其出射端位于非球面透鏡2的焦點(diǎn)，充分 準(zhǔn)直泵浦光。LD1輸出尾纖的纖芯直徑為200 400um，數(shù)值孔徑NA為0. 2 0. 4，輸出 波長(zhǎng)為976 980nm,輸出功率為5 30W。使用非球面鏡進(jìn)行聚焦、準(zhǔn)直可以有效避免球 差，得到衍射極限的光斑。非球面透鏡2、 4、 10、 14均鍍有對(duì)976 1100nm波段高透的 寬帶介質(zhì)膜，透射率大于99.5%，且固定在精密一維微位移平臺(tái)上，用于精確調(diào)節(jié)準(zhǔn)直與 聚焦。非球面透鏡2的焦距為10 20mm，數(shù)值孔徑NA與LD尾纖的數(shù)值孔徑相同。把雙 色鏡3置于非球面透鏡2之后，且與泵浦光呈15度放置，依此角度放置，雙色鏡對(duì)于波 長(zhǎng)為976 1100 ntn的泵浦光透過率大于98%,對(duì)于波長(zhǎng)為1 1. 1 um的激光反射率大于 95%。在雙色鏡之后插入非球面透鏡4，把泵浦光聚焦至光子晶體光纖9，非球面透鏡4焦 距為8 15mm，數(shù)值孔徑與光子晶體光纖的內(nèi)包層數(shù)值孔徑相同。雙包層大模場(chǎng)面積摻鐿 (Yb")光子晶體光纖可分為纖芯，內(nèi)保層，外包層三部分。纖芯摻雜增益介質(zhì)Yb3+，數(shù)值孔 徑NA為0.03 0.06。內(nèi)包層由4 6層正六邊形周期排布的空氣孔構(gòu)成，通過控制空氣 孔的間距及空氣孔大小來(lái)改變包層等效折射率，從而使得光纖在大模場(chǎng)面積的情況下保持 單模，單模場(chǎng)面積500 1000ym2，同時(shí)，光纖彎曲直徑為20 40cm，利用光纖高階模 式的彎曲損耗比基模大的特點(diǎn)，抑制高階模。內(nèi)包層也作為多模泵浦纖芯，數(shù)值孔徑NA 為0.45 Q.8。內(nèi)包層同時(shí)引入應(yīng)力雙折射結(jié)構(gòu)，使光纖的偏振抑制比達(dá)到10dB。泵浦光
受到外包層空氣孔的束縛而僅在內(nèi)包層中傳輸，以保證其能量充分被纖芯摻雜離子吸收，其對(duì)976 980nm泵浦光吸收系數(shù)為8 15dB/m。截取4 6米光子晶體光纖，兩個(gè)端面 的空氣孔由光纖熔接機(jī)高壓放電塌陷，之后利用光纖研磨機(jī)打磨拋光成8 15度角，從而 起到抑制自激振蕩及端面反饋的作用。利用五維精密光纖調(diào)整架把光纖兩端固定，調(diào)節(jié)光 纖，使其位于非球面透鏡4的焦點(diǎn)，微調(diào)直至泵浦光的耦合效率最高。光纖的另一端插入 非球面透鏡IO，焦距為8 15mm，其數(shù)值孔徑與光子晶體光纖纖芯數(shù)值孔徑相同。此時(shí)加 大泵浦功率，從光纖兩個(gè)端面會(huì)有自發(fā)輻射熒光出射，其中一路通過非球面透鏡4準(zhǔn)直然 后被雙色鏡3反射，另一路通過非球面透鏡10準(zhǔn)直，在雙色鏡3與非球面透鏡10后面分 別插入全反射鏡作為端鏡，微調(diào)兩面端鏡，把熒光反射回光纖中，即得到簡(jiǎn)單的諧振腔， 此時(shí)會(huì)實(shí)現(xiàn)連續(xù)波(CW)的激光運(yùn)轉(zhuǎn)。以光子晶體光纖為界，此時(shí)激光器諧振腔可分為兩 臂，在其中一臂的光路中依次插入半波片5，光柵6、 7。另一臂的光路中依次插入半波片 11，偏振分束器(PBS)12，四分之一波片13，非球面透鏡14，并用SESAM代替另一個(gè)端鏡。 光柵6、 7以里特羅角(Littrow)插入光路以減少損耗，其他原件皆以垂直于光軸的方向 插入。平行放置的光柵對(duì)會(huì)引入反常色散，且光柵對(duì)間隔越大，所產(chǎn)生的負(fù)色散量越大， 從而起到腔內(nèi)色散補(bǔ)償?shù)淖饔?。光柵固定在一維精密微位移平臺(tái)上，用于微調(diào)距離。光柵 6、 7刻線密度為600/mm,閃耀波長(zhǎng)為1 y m， 1級(jí)衍射效率大于90%,表面鍍金以提高反 射率。光柵的衍射效率對(duì)入射光偏振態(tài)極為敏感，旋轉(zhuǎn)半波片5，可以激發(fā)使光柵獲得最 高衍射效率的偏振態(tài)。SES旭的工作波段為1 1.1ym，飽和能流為120 200ii J/cm2，調(diào) 制深度為10% 40%，固定在銅制調(diào)整架上，以達(dá)到良好的散熱效果。通過調(diào)節(jié)SESAM 和在它前面的焦距為100 200mm的非球面聚焦透鏡之間的距離，從而改變SESAM上的 聚焦光斑大小，達(dá)到SESAM的飽和能流，從而使激光器實(shí)現(xiàn)自啟動(dòng)鎖模，從CW運(yùn)轉(zhuǎn)過 渡到鎖模脈沖運(yùn)轉(zhuǎn)。所有波片和偏振分束器都鍍有對(duì)1 1. 1 u m激光透過率大于99. 5%的 寬帶增透膜，偏振分束器對(duì)1 1.1um激光的兩個(gè)垂直偏振態(tài)的消光比達(dá)1000:1。波片 固定在可旋轉(zhuǎn)調(diào)整架上，偏振分束器固定在水平棱鏡架上。半波片11與偏振分束器12 結(jié)合起到控制激光器偏振狀態(tài)的作用，使得激光器僅僅激發(fā)沿光纖慢軸線偏振的激光，并 使得從光纖出射的激光完全透過偏振分束器。調(diào)節(jié)四分之一波片13可以控制激光器的耦 合輸出率。透過偏振分束器的激光通過四分之一波片，經(jīng)SESAM反射，并再次通過四分 之一波片，偏振狀態(tài)被改變，從而使得一部分光透過PBS,重新耦合至光纖，繼續(xù)在腔內(nèi) 振蕩，而另一部分光則被反射出激光腔。偏振分束器輸出的激光脈沖經(jīng)由半波片16，腔 外光柵對(duì)18、 19補(bǔ)償色散，并通過全反鏡20沿低于入射光路的水平面且平行于入射光路 返回，再次經(jīng)光柵對(duì)18、 19補(bǔ)償色散，最后由45度反射鏡17將激光導(dǎo)出。半波片16的 作用與半波片5完全相同。光柵18、 19的參數(shù)及作用與光柵6、 7完全相同。 一般情況下， 激光器以孤子鎖模方式運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)光柵對(duì)6、 7過度補(bǔ)償了光子晶體光纖的材料色散，腔
內(nèi)為凈反常色散。從激光器輸出端利用光譜分析儀觀測(cè)到雙曲正割形狀的光譜，利用自相 關(guān)器觀測(cè)其輸出脈沖，脈寬為100 200fs。但是脈沖的能量嚴(yán)重受限，加大泵浦功率， 會(huì)使鎖模變得不穩(wěn)定。此時(shí)減小光柵對(duì)6、 7之間的間隔，直到激光腔內(nèi)達(dá)到凈正常色散， 凈色散量為0.015 0.03p^之間，此時(shí)光譜儀上會(huì)觀察到拋物線型的光譜形狀，即激光器 以自相似鎖模方式運(yùn)轉(zhuǎn)。加大泵浦功率，激光器仍可以穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，單脈沖能量可達(dá)微焦耳。 輸出的脈沖會(huì)比孤子鎖模時(shí)寬，在ps量級(jí)，且伴隨線性啁啾。通過調(diào)整腔外光柵對(duì)的間 距，可以完全補(bǔ)償輸出脈沖的線性正啁啾，獲得傅立葉變換極限的脈沖寬度，脈沖寬度為 100 200fs。
權(quán)利要求
1.一種雙包層大模場(chǎng)面積摻鐿光子晶體光纖飛秒激光器，該激光器由二極管激光器(1)作為泵浦源，在泵浦光路中，依次設(shè)置用于準(zhǔn)直泵浦光的非球面透鏡(2)，雙色鏡(3)，耦合聚焦非球面透鏡(4)，非球面透鏡(4)將泵浦光注入雙包層大模場(chǎng)面積摻鐿光子晶體光纖(9)，光子晶體光纖(9)的一端作為輸出光路，另一端作為色散補(bǔ)償光路，輸出光路中依次設(shè)置非球面透鏡(10)，半波片(11)，偏振分束器(12)，四分之一波片(13)，非球面透鏡(14)及半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(15)，色散補(bǔ)償光路中依次設(shè)置半波片(5)，光柵(6)、(7)，全反射鏡(8)，從而構(gòu)成了以光子晶體光纖(9)，全反射鏡(8)及半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(15)為主體的駐波型激光諧振腔，激光由偏振分束器(12)的輸出端導(dǎo)出，輸出光路中依次設(shè)置半波片(16)，光柵(18)、(19)，全反射鏡(20)及全反射鏡(17)，它們構(gòu)成激光器的諧振腔外色散補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于二極管激光器(1)采用光纖輸出，輸出尾纖的纖芯直徑為200～400μm，數(shù)值孔徑為0.2～0.4，輸出波長(zhǎng)為976～980nm，輸出功率為5～30W，雙色鏡(3)與泵浦光呈15度夾角，對(duì)于波長(zhǎng)為976～980nm的泵浦光透過率大于98％，對(duì)于波長(zhǎng)為1～1.1μm的激光反射率大于95％，雙包層大模場(chǎng)面積摻鐿光子晶體光纖(9)長(zhǎng)度為4～6米，纖芯數(shù)值孔徑為0.03～0.06，單模場(chǎng)面積500～1000μm2，對(duì)976～980nm泵浦光吸收系數(shù)為8～15dB/m，內(nèi)包層為4～6層正六邊形周期排布的空氣孔結(jié)構(gòu)，內(nèi)包層的數(shù)值孔徑為0.45～0.8，光纖彎曲直徑為20～40cm，光纖兩個(gè)端面空氣孔被塌陷，塌陷長(zhǎng)度200～500μm，光纖端面與光纖軸垂直的平面呈8～15度夾角， 半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(15)的工作波段為1～1.1μm，飽和能流為120～200μJ/cm2，調(diào)制深度為10％～40％，偏振分束器(12)對(duì)1～1.1μm激光的兩個(gè)垂直偏振態(tài)的消光比達(dá)1000∶1，非球面透鏡(2)焦距為10～20mm，數(shù)值孔徑與二極管激光器(1)尾纖的數(shù)值孔徑相同，非球面透鏡(4)、(10)焦距為8～15mm，非球面透鏡(4)的數(shù)值孔徑與光子晶體光纖的內(nèi)包層數(shù)值孔徑相同，而非球面透鏡(10)的數(shù)值孔徑與光子晶體光纖纖芯的數(shù)值孔徑相同，非球面透鏡(14)焦距為100～200mm，非球面透鏡表面鍍寬帶增透膜，對(duì)976～1100nm激光透射率大于99.5％，光柵(6)、(7)平行放置，光柵(18)、(19)平行放置，光柵刻線密度為600/mm，閃耀波長(zhǎng)為1μm，表面鍍金，1級(jí)衍射效率大于90％，且以里特羅角插入光路，全反射鏡(17)與光路呈45度放置，對(duì)波長(zhǎng)為1～1.1μm的激光的反射率大于99％，全反射鏡(8)、(20)垂直于光路放置，對(duì)波長(zhǎng)為1～1.1μm的激光的反射率大于99％。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種直接獲得微焦耳量級(jí)單脈沖能量的雙包層大模場(chǎng)面積光子晶體光纖飛秒激光器，屬于激光技術(shù)和非線性光學(xué)領(lǐng)域。激光器的主體基于保偏結(jié)構(gòu)的雙包層大模場(chǎng)面積光子晶體光纖，并采用大功率LD激光器直接泵浦。激光器利用光柵對(duì)補(bǔ)償色散，借助半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SESAM)啟動(dòng)鎖模，通過波片和偏振分束器控制激光器的偏振，實(shí)現(xiàn)調(diào)諧輸出。激光器諧振腔內(nèi)保持凈的正色散，以自相似鎖模方式運(yùn)轉(zhuǎn)，輸出脈沖經(jīng)腔外色散補(bǔ)償，脈沖寬度為100～200fs。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于該激光器具有穩(wěn)定性好，輸出脈沖能量大，重復(fù)頻率高。輸出脈沖能量大，脈沖具有拋物線型脈沖形狀、線性啁啾和拋物線型頻譜形狀，有效避免高脈沖能量運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的脈沖分裂。
文檔編號(hào)G02B6/02GK101101427SQ200710057558
公開日2008年1月9日 申請(qǐng)日期2007年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月6日
發(fā)明者宋有建, 路 柴, 王清月, 胡明列 申請(qǐng)人:天津大學(xué)