一種1027nm光子晶體光纖脈沖激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種1027nm光子晶體光纖脈沖激光器，包括：抽運源和諧振腔，諧振腔依次包括第一平凸透鏡、第一二色鏡、第二平凸透鏡、增益光子晶體光纖、第二二色鏡、波片組、光隔離器、第三平凸透鏡、半導體可飽和吸收鏡、二分之一波片和第四平凸透鏡，抽運源所產(chǎn)生的抽運光依次經(jīng)第一平凸透鏡、第一二色鏡、第二平凸透鏡進行耦合后進入增益光子晶體光纖抽運，所產(chǎn)生的受激輻射光由第二平凸透鏡準直、第一二色鏡反射依次進入第二二色鏡、波片組、光隔離器、第三平凸透鏡和半導體可飽和吸收鏡，反射回光隔離器后通過其上的一個逃逸窗出射后依次進入二分之一波片、第四平凸透鏡，由第四平凸透鏡匯聚進入增益光子晶體光纖。本發(fā)明具有結構簡單，使用方便，且穩(wěn)定好。
【專利說明】—種1027nm光子晶體光纖脈沖激光器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及激光【技術領域】，特別涉及一種1027nm光子晶體光纖脈沖激光器。
【背景技術】
[0002]被動鎖模光纖激光器由于具有結構緊湊、散熱效果好、光束質(zhì)量好等優(yōu)點，近年來成為了研究的熱點，隨著光纖技術和鎖模技術的不斷發(fā)展和進步，光纖激光器產(chǎn)生的超短脈沖的性能已經(jīng)基本達到傳統(tǒng)固體鎖模激光器的水平，已經(jīng)廣泛應用于光通信、激光微加工和光探測等領域。
[0003]在眾多的摻雜光纖脈沖激光器中，摻鐿光子晶體光纖激光器發(fā)展最為迅速。鐿離子具有很寬的發(fā)射帶寬，可以支持更短的鎖模脈沖，量子缺陷低，沒有上轉(zhuǎn)換和重吸收損耗；同時光子晶體光纖由于其獨特的導光機理、靈活多變的結構和豐富獨特的優(yōu)越性能，為各種光纖器件及技術的發(fā)展開辟了新的思路。采用大模場面積光子晶體光纖克服了傳統(tǒng)單模光纖由于小纖芯結構導致的超短脈沖在長光纖中傳輸時積累非線性相移容易引起脈沖分裂從而限制脈沖能量進一步提高的問題，實現(xiàn)了色散和非線性可控，同時雙包層結構提高了抽運光的耦合效率。而與普通的大模場雙包層光纖相比，光子晶體光纖在纖芯直徑增加的同時還會保持單模輸出，避免了鎖模時出現(xiàn)高階模以及模式之間的耦合影響鎖模質(zhì)量和穩(wěn)定性的問題。同時光子晶體光纖具有大的表面-體積比，散熱極好，這些優(yōu)越的特性使得大模場光子晶體在實現(xiàn)高功率鎖模方面具有獨特的優(yōu)勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術的問題，本發(fā)明提供了一種具有結構簡單，使用方便，且具有穩(wěn)定好的1027nm光子晶體光纖脈沖激光器。
[0005]所述技術方案如下:
[0006]一種1027nm光子晶體光纖脈沖激光器，包括:抽運源和諧振腔，所述諧振腔為環(huán)形腔，其依次包括第一平凸透鏡、第一二色鏡、第二平凸透鏡、增益光子晶體光纖、第二二色鏡、波片組、光隔離器、第三平凸透鏡、半導體可飽和吸收鏡、二分之一波片和第四平凸透鏡，所述抽運源所產(chǎn)生的抽運光依次經(jīng)所述的第一平凸透鏡、第一二色鏡、第二平凸透鏡進行耦合后進入所述的增益光子晶體光纖進行抽運，抽運光抽運所述增益光子晶體光纖所產(chǎn)生的受激輻射光由所述第二平凸透鏡準直后經(jīng)第一二色鏡反射進入第二二色鏡，經(jīng)反射依次到達所述的波片組、光隔離器、第三平凸透鏡和半導體可飽和吸收鏡上，反射回所述的光隔離器后通過其上的一個逃逸窗出射后依次進入所述的二分之一波片、第四平凸透鏡，由所述的第四平凸透鏡匯聚進入所述的增益光子晶體光纖。
[0007]所述的抽運源為帶有尾纖的915nm半導體激光器。
[0008]所述的增益光子晶體光纖為摻鐿大模場雙包層光子晶體光纖，其纖芯直徑為40 μ m,內(nèi)包層直徑170 μ m,且具有六角形周期性排列的空氣孔。
[0009]所述的波片組包括平行設置的四分之一波片和二分之一波片，所述的四分之一波片靠近所述光隔離器設置，所述的二分之一波片靠近所述的第二二色鏡設置。
[0010]所述的第一二色鏡上鍍有915nm高透膜和980nm高反膜，用于分離抽運光并獲取1027nm 激光。
[0011]所述的第二二色鏡鍍有915nm高透膜和980nm高反膜，
[0012]所述的半導體可飽和吸收鏡在1030nm附近的線性吸收率為65%，調(diào)制深度為35%，飽和通量30 μ J/cm2,恢復時間為500fs。
[0013]聚焦在所述的半導體可飽和吸收鏡上的光斑尺寸為微米量級。
[0014]本發(fā)明提供的技術方案帶來的有益效果是:
[0015]A.鐿離子在915nm和976nm處有兩個吸收峰,本發(fā)明使用了 915nm半導體激光器作為抽運源，其在915nm處吸收帶很寬且平穩(wěn)，抽運源的溫度變化、波長漂移等因素對振蕩器的影響較小，不需要精確控溫。
[0016]B.目前已報道的研究結果大多為實現(xiàn)1030nm以上波段的鎖模輸出，本發(fā)明中使用了鍍膜中心波長在1030nm以下的光學元件，同時使用長度較短的光纖，有利于短波段激光起振，最終實現(xiàn)1027nm光纖鎖模激光器。
[0017]C.本發(fā)明采用環(huán)形腔的結構實現(xiàn)了 1027nm大模場雙包層光子晶體光纖脈沖激光器，其優(yōu)點是:(I)激光器是基于大模場光子晶體光纖的鎖模激光系統(tǒng)，比傳統(tǒng)的固體激光器相比體積要小，結構簡單，穩(wěn)定性好。(2)由于采用大模場光子晶體光纖，得到了高重復頻率高光束質(zhì)量的脈沖輸出。(3)實現(xiàn)摻鐿光纖短波段1027nm的脈沖輸出，倍頻后可產(chǎn)生514nm藍綠光，在水下探測等領域具有重要應用價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0019]圖1為本發(fā)明所提供的1027nm光子晶體光纖脈沖激光器結構示意圖。
[0020]圖中:
[0021]1-抽運源；2_第一平凸透鏡；3_第一二色鏡；4_第二平凸透鏡；5_增益光子晶體光纖；6_第二二色鏡；7_ 二分之一波片；8_四分之一波片；9_光隔離器；10_第三平凸透鏡；11_半導體可飽和吸收鏡；12_ 二分之一波片；13_第四平凸透鏡。
【具體實施方式】
[0022]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。
[0023]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種1027nm光子晶體光纖脈沖激光器，包括:抽運源和諧振腔，諧振腔為環(huán)形腔，其依次包括第一平凸透鏡、第一二色鏡、第二平凸透鏡、增益光子晶體光纖、第二二色鏡、波片組、光隔離器、第三平凸透鏡、半導體可飽和吸收鏡、二分之一波片和第四平凸透鏡，抽運源所產(chǎn)生的抽運光依次經(jīng)第一平凸透鏡、第一二色鏡、第二平凸透鏡進行耦合后進入所述的增益光子晶體光纖進行抽運，抽運光抽運增益光子晶體光纖所產(chǎn)生的受激輻射光由所述第二平凸透鏡準直后經(jīng)第一二色鏡反射進入第二二色鏡，經(jīng)反射依次到達波片組、光隔離器、第三平凸透鏡和半導體可飽和吸收鏡上，反射回光隔離器后通過其上的一個逃逸窗出射后依次進入所述的二分之一波片、第四平凸透鏡，由第四平凸透鏡匯聚進入增益光子晶體光纖。
[0024]其中的帶有尾纖的915nm半導體激光器通過芯徑200 μ m，數(shù)值孔徑為0.22的尾纖輸出，LD最大電流39A對應915nm激光最大輸出功率為30W。915nm抽運光經(jīng)過兩焦距均為8mm的凸透鏡組2、4準直聚焦后，耦合進入雙包層光子晶體光纖進行抽運。光子晶體光纖的纖芯直徑為40 μ m，內(nèi)包層直徑170 μ m，具有六角形周期性排列的空氣孔，對915nm抽運光的吸收系數(shù)為4.5dB/m，長度為lm，為了防止自激振蕩激光的產(chǎn)生，光纖兩端都經(jīng)過塌陷后打磨成8度角。抽運光抽運增益光纖產(chǎn)生的受激輻射光再由平凸透鏡4準直后經(jīng)二色鏡3反射，再經(jīng)過二色鏡6反射到達波片組，其中二色鏡3目的是分離抽運光和希望獲得的1027nm激光，二色鏡6目的是進一步分離1027nm激光和915nm抽運光，以及反射光路構成環(huán)形腔。二分之一和四分之一波片組作用主要是調(diào)節(jié)輸出比，從而調(diào)節(jié)腔內(nèi)能量密度，達到鎖模的閾值。光經(jīng)過波片組到達光隔離器后，豎直偏振光輸出，水平偏振光通過，經(jīng)過平凸透鏡10的匯聚作用聚焦在半導體可飽和吸收鏡11上，反射回光隔離器后，通過光隔離器的一個逃逸窗出射，通過二分之一波片12，調(diào)節(jié)激光偏振態(tài)與光纖快慢軸相對應，由平凸透鏡13匯聚進入增益光纖5，形成完整的諧振腔并完成增益放大過程，光隔離器保證了腔內(nèi)激光保持單向運轉(zhuǎn)。半導體可飽和吸收鏡在1030nm附近的線性吸收率為65%，調(diào)制深度為35%，飽和通量30μ J/cm2，恢復時間為500fs，通過改變聚焦在半導體可飽和吸收鏡上的光斑尺寸獲得啟動鎖模所需要的功率密度。當915nm半導體激光器電流39A時，得到功率150mff的穩(wěn)定鎖模脈沖輸出，重復頻率高達93.33MHz，與激光器腔長相符，脈沖寬度經(jīng)自相關儀測量結果為2.3ps，激光中心波長為1027nm，光譜半寬為lnm。
[0025]本發(fā)明設計中，使用具有大模場雙包層光子晶體光纖作為增益介質(zhì)，以其優(yōu)異的特性，再通過精心設計激光振蕩器的參數(shù)和光學元件、搭建光學實驗裝置獲得了結構簡單、穩(wěn)定性好的1027nm鎖模脈沖光子晶體光纖激光器，可以為日后激光技術應用前沿的研究奠定光源基礎。
[0026]上述本發(fā)明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優(yōu)劣。
[0027]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種1027nm光子晶體光纖脈沖激光器，包括:抽運源和諧振腔，其特征在于，所述諧振腔為環(huán)形腔，其依次包括第一平凸透鏡、第一二色鏡、第二平凸透鏡、增益光子晶體光纖、第二二色鏡、波片組、光隔離器、第三平凸透鏡、半導體可飽和吸收鏡、二分之一波片和第四平凸透鏡，所述抽運源所產(chǎn)生的抽運光依次經(jīng)所述的第一平凸透鏡、第一二色鏡、第二平凸透鏡進行耦合后進入所述的增益光子晶體光纖進行抽運，抽運光抽運所述增益光子晶體光纖所產(chǎn)生的受激輻射光由所述第二平凸透鏡準直后經(jīng)第一二色鏡反射進入第二二色鏡，經(jīng)反射依次到達所述的波片組、光隔離器、第三平凸透鏡和半導體可飽和吸收鏡上，反射回所述的光隔離器后通過其上的一個逃逸窗出射后依次進入所述的二分之一波片、第四平凸透鏡，由所述的第四平凸透鏡匯聚進入所述的增益光子晶體光纖。
2.根據(jù)權利要求1所述的1027nm光子晶體光纖脈沖激光器，其特征在于，所述的抽運源為帶有尾纖的915nm半導體激光器。
3.根據(jù)權利要求1所述的1027nm光子晶體光纖脈沖激光器，其特征在于，所述的增益光子晶體光纖為摻鐿大模場雙包層光子晶體光纖，其纖芯直徑為40 μ m，內(nèi)包層直徑170 μ m，且具有六角形周期性排列的空氣孔。
4.根據(jù)權利要求1所述的1027nm光子晶體光纖脈沖激光器，其特征在于，所述的波片組包括平行設置的四分之一波片和二分之一波片，所述的四分之一波片靠近所述光隔離器設置，所述的二分之一波片靠近所述的第二二色鏡設置。
5.根據(jù)權利要求1所述的1027nm光子晶體光纖脈沖激光器，其特征在于，所述的第一二色鏡上鍍有915nm高透膜和980nm高反膜，用于分離抽運光并獲取1027nm激光。
6.根據(jù)權利要求4所述的1027nm光子晶體光纖脈沖激光器，其特征在于，所述的第二二色鏡鍍有915nm高透膜和980nm高反膜。
7.根據(jù)權利要求1所述的1027nm光子晶體光纖脈沖激光器，其特征在于，所述的半導體可飽和吸收鏡在1030nm附近的線性吸收率為65%，調(diào)制深度為35%，飽和通量30 μ J/cm2,恢復時間為500fs。
8.根據(jù)權利要求6所述的1027nm光子晶體光纖脈沖激光器，其特征在于，聚焦在所述的半導體可飽和吸收鏡上的光斑尺寸為微米量級。
【文檔編號】H01S3/0941GK103682969SQ201310687724
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月16日 優(yōu)先權日:2013年12月16日
【發(fā)明者】李平雪, 楊春, 池俊杰, 趙自強, 姚毅飛, 張光舉, 胡浩偉 申請人:北京工業(yè)大學