專利名稱：全固態(tài)光子帶隙增益光纖的全光纖環(huán)形脈沖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種全固態(tài)光子帶隙增益光纖的全光纖環(huán)形脈沖激光器，屬于激光技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光子晶體光纖(PCF)進(jìn)展1996年，英國巴斯大學(xué)Russell小組成功研制出世界上 第一根光子晶體光纖(PCF)。 1999年，英國、美國、丹麥的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室和公司利用傳統(tǒng) 光纖拉制技術(shù)相繼研制出多種不同結(jié)構(gòu)的PCF;目前國內(nèi)也有燕山大學(xué)、武漢烽火、長飛 集團(tuán)等單位開展了 PCF的研制工作。從2000年開始，以產(chǎn)生超連續(xù)光譜為代表的PCF非 線性研究在世界范圍內(nèi)形成熱點(diǎn)，研究內(nèi)容涉及到PCF的設(shè)計(jì)、制造、傳輸特性、非線性 特性及其各種可能的應(yīng)用。此后，國際上幾個(gè)研究小組開始嘗試?yán)肞CF作為增益介質(zhì)或 色散補(bǔ)償介質(zhì)實(shí)現(xiàn)飛秒激光振蕩器和放大器的實(shí)驗(yàn)。從2005年起，德國Limpert小組先 后報(bào)道了利用摻鐿的PCF做為增益介質(zhì)實(shí)現(xiàn)高功率飛秒級(jí)的激光放大運(yùn)轉(zhuǎn)[l]。從此開始 了研究PCF飛秒激光器新的應(yīng)用熱點(diǎn)。
光纖激光器進(jìn)展上世紀(jì)90年代初，開始了以傳統(tǒng)光纖為增益介質(zhì)的光纖激光器， 主要是以孤子傳輸?shù)男问竭\(yùn)轉(zhuǎn)[2]，脈沖能量較低。目前理論和實(shí)驗(yàn)研究都已經(jīng)證明光纖 激光器中能夠存在三種脈沖運(yùn)轉(zhuǎn)方式，特別是自相似運(yùn)轉(zhuǎn)模式可以實(shí)現(xiàn)較高脈沖功率和積 累較好的線性啁啾，便于進(jìn)行壓縮獲得更窄的脈沖[3,4]。 PCF以其大芯徑的無截止單模， 色散可控等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為新一代的激光增益介質(zhì)的基質(zhì)材料。目前以PCF為代表的第三代 全光纖型飛秒激光器主要采用直腔型和環(huán)腔型結(jié)構(gòu)[5，6]，特別是環(huán)腔全光纖結(jié)構(gòu)具有低 廉的成本，能抗擊外部環(huán)境影響的封閉式結(jié)構(gòu)，無需繁瑣調(diào)試的集成化以及高功率高光束 質(zhì)量等等優(yōu)點(diǎn)[7]。因此，在基礎(chǔ)學(xué)科、高新技術(shù)、國防應(yīng)用以及大科學(xué)工程中發(fā)揮其不 可代替的重要的獨(dú)特作用。
目前基于PCF的全光纖環(huán)形激光器的結(jié)構(gòu)一般分為三部分增益光纖+單模光纖、色 散補(bǔ)償光纖和偏振旋轉(zhuǎn)鎖模單元[2，6,8，9]。單向環(huán)繞順序?yàn)閺纳⒀a(bǔ)償光纖、單模光纖、 增益光纖、到偏振旋轉(zhuǎn)鎖模單元輸出。
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發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提出一種全固態(tài)光子帶隙增益光纖的全光纖環(huán)形脈沖激光器。該激光器具 有體積小、穩(wěn)定性高、操作簡便、造價(jià)低特點(diǎn)，可以工作在三種脈沖運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)之間切換， 方便地作為不同類型的光纖放大器的種子源。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的， 一種全固態(tài)光子帶隙增益光纖的全光纖環(huán)形 脈沖激光器，它的泵浦源為激光二極管，采用光纖耦合輸出光波長為980rnn，其特征在于， 該激光器的環(huán)形腔包括全固態(tài)光子帶隙增益光纖7，全固態(tài)光子帶隙增益光纖7的兩端 分別焊接引出單模光纖2，其中一端的引出單模光纖2直接與鎖模輸出單元5相連，而另 外一端的引出單模光纖2經(jīng)過泵浦用波分復(fù)用耦合器4與變長度單模光纖集成單元6相 連，變長度單模光纖集成單元6的另一端與鎖模輸出單元5相連，所構(gòu)成的環(huán)形脈沖全光 纖激光器的光脈沖運(yùn)轉(zhuǎn)路線為由全固態(tài)光子帶隙增益光纖及引出用的單模光纖一變長度 單模光纖集成單元一鎖模輸出單元。
上述的全固態(tài)光子帶隙增益光纖7，它的支撐和芯區(qū)為石英材料，芯區(qū)摻入鐿(Yb)， 芯徑為4-10微米，芯徑在1微米波段的有效折射率為1.458;在包層區(qū)域中的孔直徑為2.5 微米，孔距為6.25微米，孔內(nèi)為填充摻半導(dǎo)體材料鍺(Ge)的石英材料，包層區(qū)的效折
射率為1.487的，該全固態(tài)光子帶隙增益光纖在1微米波段為負(fù)色散。該增益光纖的長度 為0.1-1米。
上述的變長度單模光纖集成單元6，為封裝在一個(gè)轉(zhuǎn)接盒內(nèi)的三根不同長度的單模光 纖結(jié)構(gòu)，三根單模光纖的長度分別按全固態(tài)光子帶隙增益光纖的長度的1—2倍、4一5倍 和7—8倍加以確定后，再分別減去引出單模光纖單元(2)所用的總長度值。
上述的鎖模輸出單元5為光纖耦合型的非線性偏振旋轉(zhuǎn)器(NPE)與半導(dǎo)體可飽和吸 收鏡(SESAM)相結(jié)合的啟動(dòng)鎖模和穩(wěn)定鎖模單元。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(1)增益介質(zhì)采用參鐿的AS-PBGF，該光纖能夠在1微米波段 同時(shí)提供增益和負(fù)色散。與原有技術(shù)相比，就減少了另外的負(fù)色散補(bǔ)償光纖單元(見圖1)， 從而縮短了激光器腔長，提高了重復(fù)頻率；(2) AS-PBGF為全固態(tài)，芯徑可以制成與傳 統(tǒng)SMF的芯徑匹配，可以方便地進(jìn)行連接和大大減小了接入損耗。這就克服了現(xiàn)有PCF 增益光纖無法與SMF有效連接的缺點(diǎn)。(3)采用集成不同長度SMF構(gòu)成的光纖單元(提 供正色散)進(jìn)行腔內(nèi)色散控制，可以方便地調(diào)整激光器的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，使該激光器能夠分別 工作在"傳統(tǒng)孤子型"(腔內(nèi)維持凈負(fù)色散)、"色散管理型"(腔內(nèi)維持少量凈正色散)和 "增益管理孤子型"(腔內(nèi)維持較大凈正色散)三種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。從而用一臺(tái)激光器的不 同種子脈沖就可以適用于不同類型的光纖放大器，明顯增加了該類激光器的功能和應(yīng)用范 圍；(4)采取由全固態(tài)光子帶隙增益光纖一變長度單模光纖集成單元一鎖模(輸出)單元 的脈沖傳輸次序，是從色散補(bǔ)償端輸出。這與原技術(shù)的相反順序(見圖l)相比可以獲得 更短的脈沖。


圖l為現(xiàn)有的全光纖環(huán)形激光器的器件連接示意圖。
圖2為本發(fā)明的全光纖環(huán)形激光器的器件連接示意圖。 圖中l(wèi)為普通增益光纖單元；2為引出單模光纖單元；3為色散補(bǔ)償光纖單元；4 為泵浦用波分復(fù)用耦合器；5鎖模輸出單元；6為變長度單模光纖集成單元；7為全固態(tài) 光子帶隙增益光纖單元；箭頭表示激光器的光脈沖運(yùn)轉(zhuǎn)路線。
圖3為圖2中6的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例加以說明。
圖2為本發(fā)明的全光纖環(huán)形激光器的器件連接示意圖。其中全固態(tài)光子帶隙增益光 纖7，它的支撐和芯區(qū)為石英材料，芯區(qū)摻入鐿(Yb)，芯徑為4-10微米，芯徑在l微米 波段的有效折射率為1.458，在包層區(qū)域中的孔直徑為2.5微米，孔距為6.25微米，孔內(nèi)
為填充摻半導(dǎo)體材料鍺(Ge)的石英材料，包層區(qū)的效折射率為1.487的，工作波長在1 微米波段為負(fù)色散，其長度選取與摻雜濃度有關(guān)，本實(shí)施例選取長度為0.4m。本實(shí)施例 的引出單模光纖單元2的長度為各個(gè)元件引出所用的單模光纖的總長度之和，該單元光纖 的選取原則為"盡量短"，長度可選取為0.5m;這樣變長度單模光纖集成單元6中的三根 不同長度的單模光纖，依據(jù)激光器"傳統(tǒng)孤子型"、"色散管理型"和"增益管理孤子型" 三種運(yùn)轉(zhuǎn)方式分別取為為0.26m、 1.42m和2.5m。并依照長短次序封裝在一個(gè)轉(zhuǎn)接盒內(nèi)， 再由光纖匹配插接件在環(huán)形激光器中分別切換，從而在一臺(tái)光纖激光器中實(shí)現(xiàn)三種脈沖狀 態(tài)之間的切換；泵浦源采用波長為980nm的光纖耦合輸出的激光二極管；上述泵浦耦合器 4為940-980nm/1030-1050nm的WDM光纖耦合器；上述的鎖模(輸出)單元5采用非線 性偏振旋轉(zhuǎn)器(NPE)和SESAM的結(jié)合形式。其中NPE和SASAM都采用光纖耦合形式， 并利用NPE中的偏振分束器件的反射端接入SASAM，在透射輸出激光；選擇NPE中的 單向器的運(yùn)轉(zhuǎn)方向?yàn)閺脑鲆婀饫w、變長度單模光纖集成單元、到鎖模單元輸出的單向順 序方式。
權(quán)利要求
1.一種全固態(tài)光子帶隙增益光纖的全光纖環(huán)形脈沖激光器，它的泵浦源為激光二極管，采用光纖耦合輸出光波長為980nm，其特征在于，該激光器的環(huán)形腔包括全固態(tài)光子帶隙增益光纖(7)，全固態(tài)光子帶隙增益光纖(7)的兩端分別焊接引出單模光纖(2)，其中一端的引出單模光纖(2)直接與鎖模輸出單元(5)相連，而另外一端的引出單模光纖(2)經(jīng)過泵浦用波分復(fù)用耦合器(4)與變長度單模光纖集成單元(6)相連，變長度單模光纖集成單元(6)的另一端與鎖模輸出單元(5)相連，所構(gòu)成的環(huán)形脈沖全光纖激光器的光脈沖運(yùn)轉(zhuǎn)路線為由全固態(tài)光子帶隙增益光纖及引出用的單模光纖→變長度單模光纖集成單元→鎖模輸出單元。
2. 按權(quán)利要求1所述的全固態(tài)光子帶隙增益光纖的全光纖環(huán)形脈沖激光器，其特征 在于，全固態(tài)光子帶隙增益光纖，它的支撐和芯區(qū)為石英材料，芯區(qū)摻入鐿，芯徑為4-10 微米，芯徑在1微米波段的有效折射率為1.458，在包層區(qū)域中的孔直徑為2.5微米，孔 距為6,25微米，孔內(nèi)為填充摻半導(dǎo)體材料鍺的石英材料，包層區(qū)的效折射率為1.487的， 該全固態(tài)光子帶隙增益光纖在1微米波段為負(fù)色散，該增益光纖的長度為0.1-1米。
3. 按權(quán)利要求1所述的全固態(tài)光子帶隙增益光纖的全光纖環(huán)形脈沖激光器，其特征 在于，變長度單模光纖集成單元(6)，為封裝在一個(gè)轉(zhuǎn)接盒內(nèi)的三根不同長度的單模光纖 結(jié)構(gòu)，三根單模光纖的長度分別按全固態(tài)光子帶隙增益光纖的長度的1一2倍、4一5倍和 7—8倍加以確定后，再分別減去引出單模光纖單元(2)所用的總長度值。
4. 按權(quán)利要求1所述的全固態(tài)光子帶隙增益光纖的全光纖環(huán)形脈沖激光器，其特征 在于，鎖模輸出單元(5)為光纖耦合型的非線性偏振旋轉(zhuǎn)器與半導(dǎo)體可飽和吸收鏡相結(jié) 合的啟動(dòng)鎖模和穩(wěn)定鎖模單元。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種全固態(tài)光子帶隙增益光纖的全光纖環(huán)形脈沖激光器。該激光器采用波長為980nm的光纖耦合LD泵浦。環(huán)形腔包括全固態(tài)光子帶隙增益光纖，增益光纖兩端分別焊接引出單模光纖，一端直接與鎖模輸出單元相連，另一端經(jīng)過泵浦用波分復(fù)用耦合器與變長度單模光纖集成單元相連，變長度單模光纖集成單元的另一端與鎖模輸出單元相連，該環(huán)形脈沖全光纖激光器的光脈沖運(yùn)轉(zhuǎn)路線為由全固態(tài)光子帶隙增益光纖及引出用的單模光纖→變長度單模光纖集成單元→鎖模輸出單元。本激光器具有體積小、穩(wěn)定性高、操作簡便、造價(jià)低特點(diǎn)，可以工作在三種脈沖運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)之間切換，方便地作為不同類型的光纖放大器的種子源。
文檔編號(hào)H01S3/098GK101110511SQ20071005926
公開日2008年1月23日 申請(qǐng)日期2007年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月24日
發(fā)明者路 柴, 歐陽春梅, 王清月, 胡明列 申請(qǐng)人:天津大學(xué)