專利名稱：：全正色散腔鎖模全光纖激光器的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種光纖激光器，特別涉及一種具有高脈沖重復率超短激光脈沖輸出的被動鎖模全光纖激光器，適用于產(chǎn)生穩(wěn)定的超短激光脈沖輸出用于多光子成像顯微等生物醫(yī)學應用等和采用直接差頻法產(chǎn)生超短脈沖中紅外激光輻射用于分子系統(tǒng)的泵浦-探測等科學實驗，環(huán)境監(jiān)測和微波光子學及生物物理學探測等，屬光信息
技術領域：
。
背景技術：
：現(xiàn)今分子系統(tǒng)的泵浦_探測等科學實驗，環(huán)境監(jiān)測和微波光子學及生物物理學探測等需要高平均功率超短脈沖的中紅外光源。近年來固體激光介質(zhì)如可調(diào)諧鈦寶石激光器技術和諧波頻率變換技術及光參量振蕩與放大技術的發(fā)展，高重復率超短光脈沖覆蓋從200nm的極紫外到4μm的中紅外都已得到實現(xiàn)。而THz系統(tǒng)可提供的波長超過20μm。近年來，高功率光纖超短光脈沖激光技術的飛速發(fā)展為發(fā)展基于光纖激光技術的雙波長混頻產(chǎn)生高功率高重復率中紅外輻射光源提供了新的機遇和可能性(H.M.Pask,R.J.Carman，D.C.Hanna,Α.C.Tropper,C.J.Mackechnie，P.R.Barber，andJ.M.Dawes,IEEEJ.Sel.Top.QuantumElectron.1，2(1995).)(F.Roser,J.Rothhard，B.Ortac,A.Liem，0.Schmidt，T.Schreiber,J.Limpert,andA.Tunnermann,Opt.Lett.30，2754(2005)·)。光纖激光器因其獨特的波導結構具有簡單、高效率、堅固、輕量、一體化、高可靠性、高穩(wěn)定性。而最近具有寬帶激光振蕩的摻Nd3+、Pr3+，Yb3+、Er3+和Tm3+光纖激光器及放大器的進展提供了產(chǎn)生波長大于1μm的雙波長超短脈沖激光的可能性。而摻Nd3+、Yb3+、Er3+和Tm3+光纖(Tm3+>200nm,Er3+>80nm)特別是摻Tm3+光纖因其具有很寬增益帶寬因此也是產(chǎn)生雙波長飛秒激光脈沖振蕩潛在的有效的介質(zhì)(H.M.Pask,R.J.Carman,D.C.Hanna，A.C.Tropper,C.J.Mackechnie,P.R.Barber,andJ.M.Dawes,IEEEJ.Sel.Top.QuantumElectron.1,2(1995).)。利用半導體可飽和吸收體作為鎖模元件在光纖激光器中實現(xiàn)被動鎖模產(chǎn)生超短激光脈沖一直是一個受到高度重視的研究領域(A.Isomakietal，OpticsExpress,Voll4,No.20,9238,2006)(A.Chongetal，Opt.Lett.，Vol.33，No.22，2638，2008)，并已有大量的研究結果發(fā)表，也有一些商業(yè)產(chǎn)品。但已有的商業(yè)化鎖模光纖激光器只輸出單波長激光，尚無商品化雙波長鎖模光纖激光器。最近的關于工作在全正色散區(qū)的摻Yb3+光纖激光文獻報道(FrankW.Wiseetal,Highenergyfemtosecondfiberlasersbasedonpulsepropagationatnormaldispersion,Laser&Photonics.Rev.2，No.1-2，58-73，2008)使得輸出大能量、結構穩(wěn)定、實用化的超短脈沖光纖激光器技術又向前邁進了一大步。盡管由于全正色散腔體使得這種鎖模光纖激光器輸出帶有大量正的線性啁湫的皮秒激光脈沖，但采用腔外色散壓縮后可以得到變換極限的大能量飛秒激光脈沖，當然由于這種激光器采用光譜濾波光脈沖壓縮的機理使得激光器輸出的光譜帶寬受到一定的限制.但由于這種激光器結構簡化并可以實現(xiàn)全光纖化并輸出皮秒級大能量鎖模光脈沖，因此受到學術界的重視。在全正色散腔鎖模摻Yb光纖激光器中，光譜濾波在鎖模激光脈沖的形成和對鎖模光纖激光器穩(wěn)定性的影響已有一些文獻報道(B.G.Baleetal，Spectralfilteringformodelockinginthenormaldispersiveregime，OptLett.，Vol.33,No，9，2008，941；A.Chongetal，Propertiesofnormaldispersionfemtoseeondfiberlasers，J.O.S.A(B)，Vol.25,No.2,2008,140).光譜濾波在全正色散鎖模光纖激光腔中起著對自相位調(diào)制脈沖展寬的光脈沖產(chǎn)生壓縮效應，同時對腔內(nèi)自幅度調(diào)制產(chǎn)生作用，對鎖模激光器的穩(wěn)定性起著非常關鍵的作用，可以認為適當?shù)墓庾V濾波是全正色散鎖模光纖激光器自起振并穩(wěn)定鎖模工作的關鍵技術。已有公開文獻報道的如2006年和2007年美國Cornell大學在環(huán)形腔非線性偏振旋轉(zhuǎn)機理的摻Yb3+光纖激光中采用4到12nm帶寬的干涉濾光片或不同厚度的雙折射石英片構成的光譜濾波片實現(xiàn)了穩(wěn)定的鎖模震蕩(A.Chongetal,AllNormaldispersionfemtosecondfiberlaser，OpticsExpress，Vol.14，No.21，2006，10095；A.Chongetal.，AllNormaldispersionfemtoseeondfiberlaserwithpulsesenergyabove20nJ，Opticsletters,Vol.32,No.16,2007,2408；K.Kieuetal.，Sub-IOOfspulsesatwatt-levelpowersfromadissipative-solitonfiberlaser，OptLett.，Vol.34，No.5，2009，539)，2007-2008年美國海軍實驗室和德國漢洛威大學漢洛威激光也釆用類似鎖模機理的全正色散環(huán)形腔的摻Yb3+光纖激光實現(xiàn)了鎖模振蕩(其中海軍實驗室釆用全正色散環(huán)形腔內(nèi)放置干涉濾光片，而德國激光漢洛威分別釆用了特殊設計的光纖波分復用器(WDM)作為腔內(nèi)光譜濾波器實現(xiàn)脈沖壓縮和腔內(nèi)半導體可飽禾口吸收體啟動的原理(JanetW.Louetal.，ExperimentalmeasurementsofsolitonpulsecharacteristicsfromanallnormaldispersionYb—dopedfiberlaser，OpticsExpress,Vol.15，No.8，2007，4960；0.Prochnowetal.，AllfibersimilaritonlaseratIumwithoutdispersioncompensation，OpticsExpress,Vol.15，No.11，2007,6889；MichaelSchultzetal，AllfiberYtterbiumfemtosecondlaserwithoutdispersioncompensation，OpticsExpress,Vol.16，No.24，2008，19562))。對環(huán)境穩(wěn)定的全正色散采用全保偏摻Yb3+光纖的鎖模激光器，2008年美國Cornell大學利用半導體可飽和吸收體鎖模機理在線性腔保偏摻Yb3+光纖激光中采用12nm的雙折射石英片構成的光譜濾波片實現(xiàn)了穩(wěn)定的鎖模振蕩(A.Chongetal.,Environmentstableallnormal-dispersionfemtosecondfiberlaser,Opticsletters,Vol.33,No.10,2008,1071)。2006年日本大阪大學激光工程研究所采用全保偏光纖環(huán)形腔摻Yb光纖激光器無腔內(nèi)色散補償實現(xiàn)調(diào)諧的鎖模激光輸出(K.Sumimuraetal,Environmentally-stablemode-lockedYbfiberlasercomposedofallpolarizationmaintainingfiberwithabroadtuningrange,0SA/CLE02006，CThJ4.pdf)。而近年來采用保偏摻Yb3+光纖的鎖模激光器如德國和丹麥等一般也采用腔內(nèi)色散補償如衍射光柵對或光子晶體光纖，或采用反射式啁湫光纖光柵(CFBG)作為輸出耦合器和色散補償器(T.Schreiberetal,Microjoule1eveIal1-polarization-maintainingfemtosecondfibersouree，Opticsletters，Vol.31，No.5，2006，574；C.K.Nielsenetal.，Self-startingself-similarallpolarizationmaintainingYb—dopedfiberlaser，OpticsExpress,Vol.13，No.23，2005，9346；B.Ortacetal,Experimentalandnumericalstudyofpulsesdynamicsinpositivenetcavitydispersionmode-lockedYb—dopedfiberlasers，OpticsExpress,Vol.15,No.23,2007,15595；Dmitryetal.,MonolithicallPMfemtosecondYb-fiberlaserstabilizedwithanarrow-bandfiberBragggratingandpulses-compressedinahollowcorephotoniccrystalfiber,OpticsExpress,Vol.16，No.18，2008，14004)。但在上述目前報道的全正色散區(qū)工作的鎖模摻Yb光纖激光器中，腔內(nèi)采用了非光纖化的干涉濾光片或反射型的啁湫光纖布拉格光柵(CFBG)作為腔面反射鏡或輸出鏡，這些元件或影響腔體的全光纖化，或影響激光腔體的設計。最近幾年長周期帶通型光纖光柵(LongPeriodGrating,LPG)濾波器研究的進展(RadanSlaviketal.，Long-PeriodFiber-Grating-BasedFilterforGenerationofPicosecondandSubpicosecondTransform-LimitedFlat_TopPulses，IEEEPHOTONICSTECHNOLOGYLETTERS,VOL.20，NO.10，2008，806；D.Nodopet.al.，LongperiodgratingswritteninLargemodephotoniccrystalfiber，Appl.Physics.B，92，2008，509-512)使得采用長周期帶通型光纖光柵濾波器作為鎖模激光脈沖壓縮和激光波長濾波調(diào)諧元件、工作在全正色散腔體的全光纖鎖模激光器的設計成為可能，但據(jù)作者了解目前尚無公開文獻報道。公開號為CN101202408A的中國發(fā)明專利“共保偏光纖光柵可調(diào)諧雙波長光纖激光器”其采用了保偏光纖光柵的兩個不同偏振態(tài)所具有的兩個光譜反射峰通過改變壓力或溫度改變保偏光纖光柵的反射峰位置實現(xiàn)雙波長線偏振調(diào)諧激光輸出。其缺點是1.這兩個由于保偏光纖固有的大的雙折射引起的不同反射峰(分別有不同的偏振態(tài))的光譜間隔比較小而且調(diào)節(jié)的范圍很?。?.由于采用窄帶寬保偏光纖光柵作為激光腔體反射面，很難實現(xiàn)被動鎖模產(chǎn)生超短激光脈沖；3.此腔體結構適合窄線寬調(diào)諧雙波長光纖激光器。公開號為CNl194453C的中國發(fā)明專利“一種多波長輸出光纖激光器”，采用AWG(陣列波導光柵)作為腔內(nèi)光濾波器實現(xiàn)多波長激光輸出。公開號為CN101510663A的中國發(fā)明專利“偏振雙波長光纖超短脈沖激光器”中，提出利用偏振分光的方式利用保偏光纖的兩個光軸方向(快軸和慢軸)作為兩個波長的激光的偏振方向。但是該技術由于光纖激光器兩個波長鎖模激光工作在零色散或接近零色散區(qū)域內(nèi)，激光腔內(nèi)采用了兩個平行的衍射光柵對或反射式啁湫光纖光柵(CFBG)作為腔內(nèi)兩個波長的色散補償器件，以輸出飛秒脈寬的雙波長鎖模激光脈沖。經(jīng)過文獻檢索，有如下技術涉及鎖模光纖激光器，如JianLiu,UltrshortStableMode-lockedFiberLaserAtOneMicronByUsingPolarizationMaintaining(PM)FiberandPhotonicBandgapFiber(PBF),USPatent，US2008/0151945Al、HongLin,WavelengthTunable,PolarizationStableMode-IockedFiberLaser,WorldInternationalPropertyOrganization,PCT/US00/19170，2001禾口0.Okhotnikovetal,AMode-LockedFiberLaser,WorldInternationalPropertyOrganization,PCT/FI2006/050184,2006等。上述技術采用了工作在負色散區(qū)概念，腔內(nèi)有固體衍射光柵對或光子帶隙光纖光柵進行色散補償?shù)?，這也影響了激光腔體的全光纖化從而影響了鎖模光纖激光器的長期穩(wěn)定性，或者激光器的造價很昂貴影響其使用范圍。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種工作在全正色散區(qū)，無色散補償元件，實現(xiàn)全光纖化、實用化，輸出大能量激光脈沖的鎖模全光纖激光器。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是一種全正色散腔鎖模全光纖激光器，它是工作在全正色散區(qū)的全光纖超短脈沖線性腔激光器，所述的線性腔激光器包括第一激光腔體端面兼鎖模用的半導體可飽和吸收體、光纖激光增益介質(zhì)、帶通型長周期光纖光柵、輸出耦合器和第二激光腔體端面；所述的帶通型長周期光纖光柵，為一段中心波長1.01.1μm、帶寬412nm的帶通型長周期光纖光柵，或中心波長為1.01.1μm、帶寬為412nm的兩段帶通型長周期光纖光柵，且各段帶通型長周期光纖光柵的中心波長不同；所述的光纖激光增益介質(zhì)為保偏摻稀土增益光纖。這種全正色散腔鎖模全光纖線性腔激光器，具有以下三種具體的結構第一種線性腔激光器的結構為一個半導體可飽和吸收體粘在波分復用器的一個光纖端面上產(chǎn)生鎖模光脈沖；一個泵浦源為波分復用器提供泵浦光，作為輸入泵浦光；一個波分復用器與保偏摻稀土光纖連接用于將泵浦源的泵浦激光輸入到保偏摻稀土光纖中產(chǎn)生激光增益；一個帶通型長周期保偏光纖光柵的一端與保偏增益光纖的另一端連接；一個只有單偏振軸震蕩輸出的光纖耦合器的一端與帶通型長周期光纖光柵的另一端連接；一個全反射腔鏡與輸出耦合器的另一端連接。第二種線性腔激光器的結構為一個部分反射率的耦合鏡與保偏980/1064波分復用器的信號輸入光纖連接；976nm光纖耦合的泵浦激光與保偏980/1064波分復用器的泵浦激光輸入光纖連接將泵浦激光輸入到激光器腔內(nèi)；一段保偏的摻Yb3+增益光纖的一端與保偏980/1064波分復用器的另一端連接，該連接端為信號激光和泵浦激光輸入的共用端；保偏的摻Yb3+增益光纖的另一端與偏振分束器合束一字端保偏光纖連接，偏振分束器將兩個偏振方向不同波長的激光分開；兩個保偏光纖耦合的衰減器的一端分別與偏振分束器的兩個偏振方向耦合光纖連接，兩個衰減器分別調(diào)節(jié)激光腔內(nèi)兩個波長激光的凈增益平衡；保偏光纖耦合的衰減器的另一端分別與兩個不同中心波長、帶寬為4到12nm的帶通型長周期保偏光纖光柵的一端連接，帶通型長周期保偏光纖光柵的功能是雙波長激光中心波長的選擇和兩個波長鎖模激光光譜濾波光脈沖壓縮；兩個半導體可飽和吸收體分別與兩個帶通型長周期保偏光纖光柵的另一端光纖通過耦合光學系統(tǒng)或直接通過光學膠連接，半導體可飽和吸收體充當鎖模元件和激光器的腔體反射元件。第三種線性腔激光器的結構為一個部分反射率的耦合鏡與偏振分束器合束一字端保偏光纖連接；兩個保偏光纖980/1064波分復用器的信號輸入光纖分別與偏振分束器的兩個偏振方向耦合光纖連接；兩個光纖耦合的976nm泵浦激光分別與兩個保偏980/1064波分復用器的泵浦激光輸入光纖連接，將泵浦激光輸入到激光器腔內(nèi)；兩段不同長度的保偏摻Yb3+增益光纖的一端分別與兩個保偏980/1064波分復用器的另一端連接，該端為信號激光和泵浦激光公用端，保偏摻Yb3+增益光纖在泵浦激光作用下產(chǎn)生激光增益；兩段不同長度的保偏摻Yb3+增益光纖的另一端分別與兩個不同中心波長、帶寬為4到12nm的帶通型長周期保偏光纖光柵的一端連接，帶通型長周期保偏光纖光柵的作用是雙波長激光中心波長的選擇和兩個波長鎖模激光的光譜濾波光脈沖壓縮；兩個半導體可飽和吸收體分別與兩段不同中心波長的帶通型長周期保偏光纖光柵的另一端光纖通過耦合光學系統(tǒng)或直接通過光學膠連接，半導體可飽和吸收體充當鎖模元件和一個激光腔體反射元件?！N全正色散腔鎖模全光纖激光器，它為工作在全正色散區(qū)的超短脈沖非保偏光纖環(huán)型腔激光器，所述的環(huán)型腔激光器包括一個光纖耦合的隔離器、光纖偏振控制器、帶光纖耦合輸出的976nm或915nm泵浦激光器、976/1060nm或915/1064nm波分復用器、普通單模摻Yb3+光纖激光增益介質(zhì)、一段單模光纖、一個單模帶通型長周期光纖光柵和一個光纖耦合的偏振分束器；所述的單模帶通型長周期光纖光柵，其中心波長為1.01.1μm、帶寬為412nm；該激光器的結構為一個光纖偏振控制器與光纖耦合的隔離器連接，隔離器保證光纖環(huán)形腔單向形成激光振蕩，光纖偏振控制器調(diào)節(jié)和控制腔內(nèi)激光偏振；一個980/1060波分復用器的信號輸入端與光纖偏振控制器連接；光纖耦合的泵浦激光與980/1060波分復用器的泵浦激光輸入端連接將泵浦激光耦合進光纖環(huán)形激光腔內(nèi)；單模摻雜光纖增益介質(zhì)的一端與980/1060波分復用器的信號激光/泵浦激光混合端連接，增益介質(zhì)在泵浦激光下產(chǎn)生信號激光增益；一段普通單模光纖的一端與摻雜光纖增益介質(zhì)的另一端連接；單模帶通型長周期光纖光柵的一端與一段普通單模光纖的另一端連接；另一個光纖偏振控制器的一端與一個帶通型長周期光纖光柵的另一端連接，光纖偏振控制器調(diào)節(jié)和控制腔內(nèi)激光偏振；一個光纖耦合的偏振分束器的輸入光纖端與光纖偏振控制器的另一端連接；光纖耦合的隔離器的輸入端與光纖耦合偏振分束器的一個輸出端光纖連接構成一個單向環(huán)形光纖激光器腔體，光纖耦合偏振分束器的另一個輸出端光纖作為鎖模環(huán)形腔激光器的輸出端口。一種全正色散腔鎖模全光纖激光器，它為工作在全正色散區(qū)的超短脈沖全保偏光纖環(huán)型腔激光器，所述的環(huán)型腔激光器包括一個光纖端面粘貼有半導體可飽和吸收體的保偏光纖環(huán)路器、偏振光纖隔離器、保偏光纖激光增益介質(zhì)、帶通型長周期保偏光纖光柵濾波器和輸出耦合器；所述的帶通型長周期光纖光柵濾波器，其中心波長為1.0l.lym、S*為412nm；所述的光纖激光增益介質(zhì)，采用一段保偏摻稀土增益光纖作為增益介質(zhì)；該激光器的結構為一個泵浦源為波分復用器提供泵浦光，作為輸入泵浦光；一個波分復用器與保偏摻稀土光纖連接用于將泵浦源的泵浦激光輸入保偏摻稀土光纖中產(chǎn)生激光增益；一個帶通型長周期保偏光纖光柵的一端與保偏增益光纖的另一端連接，帶通型長周期保偏光纖光柵的功能是鎖模激光脈沖中心波長的選擇和鎖模光譜脈沖壓縮，實現(xiàn)鎖模激光器的穩(wěn)定工作；一個只有單偏振軸震蕩輸出的光纖耦合器的一端與帶通型長周期光纖光柵的另一端連接，鎖模激光脈沖從光纖耦合器輸出；一個保偏光纖環(huán)路器的第一端光纖與光纖耦合器的另一端連接；一個保偏光纖環(huán)路器的第二端光纖與一個半導體可飽和吸收體通過光學鏡頭或直接用光學膠連接，半導體可飽和吸收體對激光的非線性作用在環(huán)形腔激光器中產(chǎn)生鎖模效應形成超短激光脈沖；一個保偏光纖環(huán)路器的第三端光纖與一個保偏光纖耦合的隔離器連接，隔離器使得光纖環(huán)形腔激光器單向產(chǎn)生激光震蕩；隔離器的輸出端光纖與波分復用器的另一端光纖連接，構成一個完整的、單向震蕩的環(huán)形激光腔。本發(fā)明技術方案中所述的保偏摻稀土增益光纖為普通單模或單模保偏摻稀土光纖，或采用雙復層泵浦的摻稀土的大芯徑單模保偏光纖，或摻稀土的保偏大芯徑單模光子晶體光纖；所述的摻稀土為摻Nd3+、Yb3+。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有一下幾方面明顯的優(yōu)點1.在環(huán)形腔鎖模光纖激光器中采用單模帶通型長周期光纖光柵，整個激光器工作在全正色散區(qū)，腔內(nèi)無自由空間色散補償器件或光子晶體色散補償光纖，實現(xiàn)了全光纖一體化結構，這意味著激光腔體更為穩(wěn)定、更為實用化，并可輸出更大的激光脈沖能量。2.線性腔鎖模保偏光纖激光器中采用帶通型長周期保偏光纖光柵，整個激光器工作在全正色散區(qū)，激光器設計更為簡化，實現(xiàn)了全光纖一體化，這也意味著激光腔體更為穩(wěn)定、更為實用化，真正環(huán)境穩(wěn)定化，并可輸出更大的激光脈沖能量。3.在線性腔鎖模雙波長光纖激光器中采用帶通型長周期保偏光纖光柵，整個兩個激光波長鎖模激光器工作在全正色散區(qū)，激光器設計更為簡化，實現(xiàn)了全光纖一體化，這也意味著激光腔體更為穩(wěn)定、更為實用化，真正環(huán)境穩(wěn)定化，并可輸出更大的雙波長激光脈沖能量°圖1是實施例1提供的全正色散腔鎖模全光纖激光器的結構組成示意圖；圖2是實施例2提供的全正色散腔鎖模全光纖激光器的結構組成示意圖；圖3是實施例3提供的全正色散腔鎖模全光纖激光器的結構組成示意圖；圖4是實施例4提供的全正色散腔鎖模全光纖激光器的結構組成示意圖；圖5是實施例5提供的全正色散腔鎖模全光纖激光器的結構組成示意圖。圖中0(01，02)、鎖模用的半導體可飽和吸收體元件；1(101，102)、帶通型長周期保偏光纖光柵；10、普通單模帶通型長周期光纖光柵；2、保偏光纖耦合偏振分束器；3(301，302)、保偏摻Yb3+增益光纖；30、普通單模摻Yb3+增益光纖；4(401,402)、保偏光纖976/1064波分復用器；40、單模光纖976/1064波分復用器；5(51，52)、976nm泵浦激光(源)；6、部分反射輸出鏡；8(15)、單模光纖偏振控制器；9、光纖耦合的偏振分束器；12、全反射鏡；13、一定輸出比率單偏振保偏光纖輸出耦合器；14、單模光纖耦合隔離器；17、保偏光纖環(huán)路器；18、保偏光纖耦合隔離器。具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述實施例1本實施例提供一種工作在全正色散區(qū)、環(huán)境穩(wěn)定的鎖模全保偏摻Yb3+光纖線性腔激光器的結構，采用一段保偏摻稀土增益光纖作為增益介質(zhì)，其腔內(nèi)應用了適當中心波長和帶寬的帶通型保偏長周期光纖光柵濾波器作為鎖模激光器中心波長選擇和光譜濾波脈沖壓縮的元件，實現(xiàn)全光纖超短脈沖激光器穩(wěn)定鎖模振蕩。參見附圖1，它是本實施例采用線性腔鎖模全保偏光纖激光器的腔體結構的示意圖；腔內(nèi)利用了適當中心波長和帶寬的帶通型保偏長周期光纖光柵濾波器作為鎖模激光器中心波長調(diào)諧和光譜濾波脈沖壓縮的元件。泵浦激光通過波分復用器(WDM)耦合進保偏摻雜稀土光纖產(chǎn)生增益，激光器腔內(nèi)采用了適當中心波長和帶寬的帶通型長周期光纖光柵濾波器作為激光器中心波長的選擇和光譜濾波脈沖壓縮的元件，保偏光纖輸出耦合器輸出部分鎖模激光功率并確保只有一個光軸方向激光振蕩，全反射鏡作為激光腔的第一腔體端面，一個通過光學系統(tǒng)耦合或直接粘在光纖端面上的半導體可飽和吸收體作為激光器的第二反射腔面和鎖模元器件，半導體可飽和吸收體對激光的非線性作用與增益光纖、適當中心波長(1.01.1μm)和帶寬(412nm)的帶通型保偏長周期光纖光柵光譜濾波光脈沖壓縮、在整個正色散激光腔體產(chǎn)生穩(wěn)定的鎖模超短脈沖激光。由圖1可以看到，其具體連接關系是泵浦激光5通過波分復用器(WDM)4耦合進保偏摻雜稀土光纖3產(chǎn)生增益；激光器腔內(nèi)采用了中心波長為1.1μm、帶寬為6nm的帶通型長周期光纖光柵濾波器1作為激光器中心波長的選擇和光譜濾波光脈沖壓縮的元件；一個保偏光纖輸出耦合器13與適當帶寬的帶通型長周期光纖光柵濾波器1連接，保偏光纖輸出耦合器13輸出部分鎖模激光功率并確保只有慢軸方向的激光振蕩；全反射鏡12作為激光腔的第一反射端面；一個通過光學系統(tǒng)耦合或直接粘在光纖端面上的半導體可飽和吸收體0作為光纖激光器的第二反射腔面和鎖模元器件，半導體可飽和吸收體0對激光的非線性作用與增益光纖3、適當帶寬的帶通型保偏長周期光纖光柵濾波器光脈沖壓縮1在整個正色散激光器腔體產(chǎn)生穩(wěn)定的鎖模超短脈沖激光，通過保偏光纖輸出耦合器13輸出。全光纖激光器腔內(nèi)全部光纖器件為保偏器件，以確保腔內(nèi)激光偏振穩(wěn)定，環(huán)境穩(wěn)定地鎖模工作。實施例2:本實施例提供一種工作在全正色散區(qū)、環(huán)境穩(wěn)定工作的鎖模雙波長全保偏摻Yb3+光纖線性腔激光器的結構。采用一段保偏摻稀土增益光纖作為增益介質(zhì)，其腔內(nèi)應用了兩個適當中心波長(中心波長為1.01.1μm可調(diào))、帶寬為412nm的帶通型保偏長周期光纖光柵濾波器作為雙波長鎖模光纖激光器中心波長選擇調(diào)諧和光譜濾波光脈沖壓縮的元件，利用半導體可飽和吸收體實現(xiàn)雙波長全光纖超短脈沖激光器穩(wěn)定的鎖模振蕩。圖2是本實施例的一種采用半導體可飽和吸收體鎖模、工作在全正色散區(qū)的雙波長全光纖線性腔激光器的腔體結構示意圖；腔內(nèi)利用了兩個適當帶寬和中心波長的帶通型長周期光纖光柵濾波器作為鎖模激光器中心波長選擇和光譜濾波脈沖壓縮的元件。泵浦激光通過波分復用器(WDM)耦合進保偏摻雜稀土光纖產(chǎn)生增益，偏振分束器作為雙波長激光分光器件，兩個中心波長不同的帶通型長周期保偏光纖光柵作為激光腔內(nèi)雙波長激光選擇元件和鎖模光譜濾波光脈沖壓縮的元件，半導體可飽和吸收體作為鎖模元件的、工作在全正色散區(qū)的雙波長超短脈沖光纖激光器。參見附圖2，該光纖激光器結構的具體連接關系是一個部分反射率的耦合鏡6與保偏980/1064波分復用器4的激光信號輸入光纖連接，耦合鏡6的功能是輸出鎖模激光脈沖和整個激光器的第二個反射端面；一個保偏光纖波分復用器(WDM)4與泵浦激光5連接，泵浦激光5通過波分復用器(WDM)4耦合進光纖激光腔內(nèi)；一段保偏的摻Yb3+增益光纖3的一端與保偏980/1064波分復用器4的另一端(信號激光和泵浦激光公用端)連接以產(chǎn)生激光增益；保偏的摻Yb3+增益光纖3的另一端與偏振分束器2合束一字端保偏光纖連接，偏振分束器2的功能是將兩個波長的激光用偏振的方式從空間上分開；兩個保偏光纖耦合的衰減器11，12的一端分別與偏振分束器2的兩個偏振方向耦合光纖連接，衰減器11，12的功能是改變雙波長光纖激光兩個波長臂的損耗以平衡兩個波長激光的凈增益；保偏光纖耦合的衰減器11，12的另一端分別與兩個不同中心波長(其中一個中心波長為1.02μm,另一個為1.09μm)、帶寬為IOnm的帶通型長周期保偏光纖光柵101，102的一端連接，帶通型長周期保偏光纖光柵101，102的作用是雙波長激光中心波長的選擇和兩個波長鎖模激光的光脈沖壓縮；兩個半導體可飽和吸收體01，02分別與兩個帶通型長周期保偏光纖光柵101，102的另一端光纖通過耦合光學系統(tǒng)或直接通過光學膠連接，半導體可飽和吸收體01，02充當鎖模元件和激光腔的一個腔反射元件。偏振分束器2將兩個波長的激光用偏振的方式從空間上分開從而分別操控(如鎖模等)，而兩個波長激光鎖模的實現(xiàn)是采用了兩個半導體可飽和吸收體01，02，兩個不同中心波長的帶通型長周期保偏光纖光柵101，102選擇兩個不同的鎖模中心波長并在全正色散激光腔體實現(xiàn)鎖模光譜濾波光脈沖壓縮，實現(xiàn)穩(wěn)定的雙波長鎖模超短脈沖激光脈沖輸出。實施例3本實施例提供一種工作在全正色散、環(huán)境穩(wěn)定的鎖模雙波長全保偏摻Yb3+線性腔光纖激光器的結構。采用兩段不同長度的保偏摻稀土增益光纖作為增益介質(zhì)，其腔內(nèi)應用了兩個適當中心波長(1.01.1μm)、帶寬為412nm的帶通型長周期保偏光纖光柵濾波器作為雙波長鎖模光纖激光器中心波長選擇調(diào)諧和光譜濾波光脈沖壓縮的元件，利用半導體可飽和吸收體實現(xiàn)雙波長全正色散腔體全光纖超短脈沖激光器鎖模振蕩。圖3是本實施例中一種采用半導體可飽和吸收體實現(xiàn)鎖模，工作在全正色散區(qū)雙波長全光纖線性腔激光器的腔體結構示意圖；腔內(nèi)利用了兩個適當中心波長(1.01.Iym)和帶寬(412nm)的帶通型長周期光纖光柵濾波器作為鎖模激光器中心波長選擇調(diào)諧和光譜濾波光脈沖壓縮的元件。參見附圖3，其具體結構為一個部分反射率的耦合鏡6與偏振分束器2合束一字端保偏光纖連接，耦合鏡6的功能是鎖模激光輸出端口和第一個激光器腔體反射面；兩個保偏光纖980/1064波分復用器401，402的信號激光輸入光纖分別與偏振分束器2的兩個偏振方向耦合光纖連接，偏振分束器2的功能是將兩個波長的激光用偏振的方式從空間上分開；兩個光纖耦合的976nm泵浦激光51，52通過波分復用器(WDM)401,402分別耦合進光纖激光腔內(nèi)；兩段不同長度的保偏摻Yb3+增益光纖301，302的一端分別與兩個保偏980/1064波分復用器4的另一端(信號激光和泵浦激光公用端)連接，泵浦激光在增益光纖中產(chǎn)生激光增益；兩段保偏摻Yb3+增益光纖301，302的另一端分別與兩個不同中心波長(波長分別可選擇為1.02和1.08μm)、帶寬為12nm的帶通型長周期保偏光纖光柵101，102的一端連接，帶通型長周期保偏光纖光柵101，102的作用是雙波長激光中心波長選擇和兩個波長鎖模激光的光譜濾波光脈沖壓縮；兩個半導體可飽和吸收體01,02分別與兩個帶通型長周期保偏光纖光柵101，102的另一端光纖通過耦合光學系統(tǒng)或直接通過光學膠連接，半導體可飽和吸收體01，02充當激光鎖模元件和激光腔的腔體反射元件。偏振分束器2將兩個波長的激光用偏振的方式從空間上分開從而分別操控(如鎖模等)，而兩個波長激光鎖模的實現(xiàn)是采用了兩個半導體可飽和吸收體01，02，兩個不同中心波長、12nm帶寬的帶通型長周期保偏光纖光柵101，102選擇兩個不同的鎖模中心波長并在全正色散激光腔體實現(xiàn)鎖模光譜濾波脈沖壓縮，形成穩(wěn)定的雙波長鎖模超短脈沖輸出。實施例4本實施例提供一種工作在全正色散環(huán)形腔的鎖模摻Yb3+光纖激光器的結構，采用一段單模摻稀土增益光纖作為增益介質(zhì)，其腔內(nèi)應用了適當中心波長(1.01.1μπι)和帶寬(412nm)的帶通型長周期光纖光柵濾波器作為鎖模激光器中心波長選擇和光譜濾波光脈沖壓縮的元件，實現(xiàn)全光纖超短脈沖激光器穩(wěn)定鎖模振蕩。參見附圖4，它是本實施例采用環(huán)形腔非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模的全光纖激光器腔體結構示意圖；腔內(nèi)利用了適當中心波長和帶寬的帶通型長周期光纖光柵濾波器作為鎖模激光器中心波長選擇和光譜濾波光脈沖壓縮的元件。泵浦激光通過波分復用器(WDM)耦合進單模摻雜稀土光纖產(chǎn)生增益，環(huán)形腔激光器腔內(nèi)采用了適當帶寬的帶通型長周期帶通性光纖光柵濾波器作為激光器中心波長的選擇和光譜濾波光脈沖壓縮的元件，一個光纖耦合的隔離器確保光纖激光器單向振蕩，兩個光纖偏振控制器調(diào)整光纖激光器腔內(nèi)激光的偏振方向，一個偏振分束器作為鎖模激光器的輸出耦合器，增益光纖、帶通型長周期光纖光柵濾波器、隔離器、兩個光纖偏振控制器、偏振分束器組成的激光的非線性偏振旋轉(zhuǎn)可飽和吸收體產(chǎn)生穩(wěn)定的鎖模脈沖。由圖4可見其具體連接關系是泵浦激光5通過波分復用器(WDM)40耦合進單模摻雜稀土光纖30產(chǎn)生增益，一個適當中心波長為1.02μm、帶寬為12nm的帶通型長周期光纖光柵濾波器10通過一段單模光纖16與單模摻雜稀土光纖30連接，帶通型長周期光纖光柵濾波器10作為激光器中心波長的選擇和光譜濾波光脈沖壓縮的元件，一個光纖偏振控制器8與長周期帶通性光纖光柵濾波器10連接，光纖偏振控制器8的作用是調(diào)整腔內(nèi)激光偏振態(tài)并與其它器件產(chǎn)生可飽和吸收體產(chǎn)生鎖模激光脈沖，一個光纖耦合的偏振分束器9與光纖偏振控制器8連接并構成輸出比率可變的激光輸出端口，一個光纖耦合的隔離器14與光纖耦合的偏振分束器9連接，隔離器14的作用是確保環(huán)形腔光纖激光器單向振蕩，另一個光纖偏振控制器15與隔離器14連接，光纖偏振控制器15的作用是調(diào)整環(huán)形腔內(nèi)激光的偏振態(tài)并與其它器件形成被動鎖模產(chǎn)生超短激光脈沖的可飽和吸收體，光纖偏振控制器15、波分復用器(WDM)40、單模摻雜稀土光纖30、一段單模光纖16、適當中心波長和帶寬的帶通型長周期光纖光柵濾波器10、光纖偏振控制器8、光纖耦合的偏振分束器9、隔離器14構成一個利用非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模環(huán)形腔的激光器，帶通型長周期光纖光柵濾波器10產(chǎn)生腔內(nèi)波長選擇和光譜濾波光脈沖壓縮作用，兩個光纖偏振控制器8和15、增益光纖30、帶通型長周期光纖光柵濾波器10、光纖耦合的偏振分束器9產(chǎn)生非線性偏振旋轉(zhuǎn)可飽合吸收體鎖模。實施例5本實施例提供一種工作在全正色散區(qū)的鎖模摻Yb3+全保偏光纖環(huán)形腔激光器的結構，采用一段保偏摻稀土增益光纖作為增益介質(zhì)，利用半導體可飽和吸收體實現(xiàn)鎖模工作，其腔內(nèi)應用了適當中心波長(1.01.1μπι)和帶寬(412nm)的帶通型長周期保偏光纖光柵濾波器作為鎖模激光器中心波長選擇調(diào)諧和光譜濾波光脈沖壓縮的元件，實現(xiàn)穩(wěn)定的全光纖超短脈沖激光器鎖模振蕩。參見附圖5，它是本實施例所述的一種采用半導體可飽和吸收體鎖模的全保偏光纖激光器環(huán)形腔體結構示意圖；腔內(nèi)利用了適當帶寬(412nm)和中心波長(1.01.Iym)的帶通型長周期保偏光纖光柵濾波器作為鎖模激光器中心波長選擇調(diào)諧和光譜濾波光脈沖壓縮的元件。泵浦激光通過波分復用器(WDM)耦合進摻雜保偏稀土光纖產(chǎn)生增益，環(huán)形腔激光器腔內(nèi)采用了適當帶寬的帶通型長周期光纖光柵濾波器作為激光器中心波長的選擇和光譜濾波光脈沖壓縮的元件，一個保偏光纖耦合的隔離器確保光纖激光器單向環(huán)行振蕩，一個保偏光纖耦合器為鎖模激光輸出耦合器，增益光纖、帶通型長周期光纖光柵濾波器、隔離器、光纖耦合器和半導體可飽和吸收體組成的激光環(huán)行腔體產(chǎn)生穩(wěn)定的鎖模激光脈沖。其具體連接關系由圖5可見泵浦激光5通過波分復用器(WDM)4耦合進保偏摻雜稀土光纖3產(chǎn)生增益；一個中心波長為1.06μm、帶寬為8nm的帶通型長周期保偏光纖光柵濾波器1的一端與摻雜保偏稀土光纖3的另一端連接，帶通型長周期光纖光柵濾波器1作為鎖模光纖激光器中心波長的選擇和光譜濾波光脈沖壓縮的元件；一個偏振光纖耦合器13的一端光纖與帶通型長周期保偏光纖光柵濾波器1的另一端光纖連接，偏振光纖耦合器13的作用是輸出腔內(nèi)鎖模激光；一個保偏光纖環(huán)行器17的輸入光纖端與偏振光纖耦合器13的另一端光纖連接，一個半導體可飽和吸收體0通過光學鏡頭耦合或直接用光學膠粘在保偏光纖環(huán)行器17的第二端光纖上，半導體可飽和吸收體0對激光的非線性作用形成穩(wěn)定的鎖模激光脈沖；保偏光纖環(huán)行器17的輸出光纖端與保偏光纖隔離器18的輸入端連接，保偏光纖隔離器18的作用是使光纖環(huán)形腔激光器單向工作；保偏光纖隔離器18的輸出端光纖與波分復用器(WDM)4的信號輸入端光纖連接，形成一個完整的環(huán)形激光腔；半導體可飽和吸收體0對激光的非線性作用與增益光纖3、適當帶寬的帶通型長周期保偏光纖光柵濾波器1光脈沖壓縮，從而在整個正色散激光腔體產(chǎn)生穩(wěn)定的鎖模超短脈沖激光，通過保偏光纖輸出耦合器13輸出。權利要求1.一種全正色散腔鎖模全光纖激光器，它為工作在全正色散區(qū)的超短脈沖非保偏光纖環(huán)型腔激光器，其特征在于所述的環(huán)型腔激光器包括一個光纖耦合的隔離器、光纖偏振控制器、帶光纖耦合輸出的976nm或915nm泵浦激光器、976/1060nm或915/1064nm波分復用器、普通單模摻Yb3+光纖激光增益介質(zhì)、一段單模光纖、一個單模帶通型長周期光纖光柵和一個光纖耦合的偏振分束器；所述的單模帶通型長周期光纖光柵，其中心波長為1.O1.1μm、帶寬為412nm；該激光器的結構為一個光纖偏振控制器[15]與光纖耦合的隔離器[14]連接，隔離器保證光纖環(huán)形腔單向形成激光振蕩，光纖偏振控制器[15]調(diào)節(jié)和控制腔內(nèi)激光偏振；一個980/1060波分復用器[40]的信號輸入端與光纖偏振控制器[15]連接；光纖耦合的泵浦激光[5]與980/1060波分復用器[40]的泵浦激光輸入端連接將泵浦激光耦合進光纖環(huán)形激光腔內(nèi)；單模摻雜光纖增益介質(zhì)[30]的一端與980/1060波分復用器[40]的信號激光/泵浦激光混合端連接，增益介質(zhì)[30]在泵浦激光下產(chǎn)生信號激光增益；一段普通單模光纖[16]的一端與摻雜光纖增益介質(zhì)[30]的另一端連接；單模帶通型長周期光纖光柵[10]的一端與一段普通單模光纖[16]的另一端連接；另一個光纖偏振控制器[8]的一端與一個帶通型長周期光纖光柵[10]的另一端連接，光纖偏振控制器[8]調(diào)節(jié)和控制腔內(nèi)激光偏振；一個光纖耦合的偏振分束器[9]的輸入光纖端與光纖偏振控制器[8]的另一端連接；光纖耦合的隔離器[14]的輸入端與光纖耦合偏振分束器[9]的一個輸出端光纖連接構成一個單向環(huán)形光纖激光器腔體，光纖耦合偏振分束器[9]的另一個輸出端光纖作為鎖模環(huán)形腔激光器的輸出端口。2.根據(jù)權利要求1所述的一種全正色散腔鎖模全光纖激光器，其特征在于所述的保偏摻稀土增益光纖為普通單?；騿文１Ｆ珦较⊥凉饫w，或采用雙復層泵浦的摻稀土大芯徑單模保偏光纖，或摻稀土的保偏大芯徑單模光子晶體光纖；所述的摻稀土為摻Nd3+、Yb3+。全文摘要本發(fā)明公開了一種全正色散腔鎖模全光纖激光器。它利用摻稀土光纖作為激光增益介質(zhì)、工作在全正色散區(qū)、利用偏振分束器分光、帶通型長周期光纖光柵濾波器作為鎖模激光中心波長選擇和鎖模激光的光譜濾波光脈沖壓縮和半導體可飽和吸收體作為鎖模元件等產(chǎn)生高重復率、高功率、結構簡單、高效率的光纖激光器結構,是環(huán)境穩(wěn)定、新型結構可以實現(xiàn)全光纖化的鎖模超短激光脈沖激光器。具有皮秒和飛秒光脈沖寬度偏振激光輸出，波長>1μm激光。經(jīng)高功率光纖放大器放大后可用于分子系統(tǒng)的泵浦-探測超快光物理實驗或環(huán)境監(jiān)測和微波光子學及生物物理學探測、雙波長的泵浦-探測超快光物理實驗、合頻光輻射產(chǎn)生、相干反斯托克斯拉曼散射顯微和微機械加工等。文檔編號H01S3/067GK102185241SQ201110088480公開日2011年9月14日申請日期2009年12月11日優(yōu)先權日2009年12月11日發(fā)明者余建軍,劉東峰,張桂菊,王欽華申請人:蘇州大學