雙波長耗散孤子鎖模激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種雙波長耗散孤子鎖模激光器，涉及激光【技術(shù)領(lǐng)域】，以解決現(xiàn)有裝置采用空間耦合的方式實現(xiàn)，系統(tǒng)的耦合效率比較低，空間耦合設(shè)備體積龐大，系統(tǒng)穩(wěn)定性差不便于實際應(yīng)用的問題。本發(fā)明包括波分復用器、增益光纖、隔離器與耦合輸出元件，其中，還包括帶通濾波器、第一偏振控制器與第二偏振控制器，波分復用器、增益光纖、帶通濾波器、第一偏振控制器、隔離器、第二偏振控制器與耦合輸出元件按光纖順序連接構(gòu)成全光纖環(huán)形腔，增益光纖的長度為使其既有四能級起振又有三能級起振的長度。本發(fā)明采用雙端泵浦方式，全光纖環(huán)形腔結(jié)構(gòu)，腔內(nèi)插入帶通濾波器，采用偏振旋轉(zhuǎn)鎖模方式實現(xiàn)了穩(wěn)定的雙波長激光輸出。
【專利說明】雙波長耗散孤子鎖模激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激光【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種雙波長耗散孤子鎖模激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]多波長鎖模脈沖光纖激光器能夠同時在不同波長上產(chǎn)生超短脈沖，這在光傳感、光學測量、微波光子學、光信號處理、太赫茲波產(chǎn)生和波分復用光傳輸系統(tǒng)等都有著非常重要的應(yīng)用。而基于非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模雙波長光纖激光器由于其結(jié)構(gòu)簡單和緊湊，近年得至IJ了廣泛的關(guān)注，其輸出的雙波長脈沖可以應(yīng)用于泵浦-探測實驗，相比主動鎖模雙波長光纖激光器、雙波長鎖模藍寶石激光器、超短脈沖寬譜濾波和雙注入鎖模雙波長激光器等這些基于主動鎖模或者在固體激光器中取得雙波長脈沖技術(shù)，基于非線偏振旋轉(zhuǎn)被動鎖模光纖激光器直接產(chǎn)生雙波長脈沖將是一種潛在的產(chǎn)生雙波長的簡單而直接的方法。
[0003]目前雙波長非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模脈沖激光器主要是基于摻餌光纖激光器，但是近幾年雙波長摻鐿非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模激光器也引起了人們的廣泛關(guān)注及研究。相比于摻餌多波長脈沖激光器，摻鐿脈沖光纖激光器其增益光纖具有從800nm到IlOOnm的較寬吸收譜和975nm到1200nm寬的發(fā)射譜，其不存在激發(fā)態(tài)的吸收、濃度淬滅以及多聲子躍遷等消激發(fā)過程，可采用多種泵浦源進行泵浦，并且有利于實現(xiàn)寬范圍的波長可調(diào)諧和超短脈沖輸出。目前雙波長摻鐿偏振旋轉(zhuǎn)鎖模光纖激光器主要用于空間通信、光傳感、光譜分析以及光學測試等領(lǐng)域，有著廣泛的應(yīng)用前景。
[0004]目前，對于雙波長偏振旋轉(zhuǎn)鎖模摻鐿光纖激光器國內(nèi)外鮮有研究及報道。2011年，Xiaojun Zhou等人報道了，空間耦合的全正色散環(huán)形腔中插入一個長周期的相移光柵作為光譜濾波器，非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模獲得最大輸出功率530mW，脈沖能量25.76nJ，鎖模重頻2.499MHz，脈寬310ps，輸出光譜中心波長在1033nm和1046.6nm，該系統(tǒng)采用空間耦合方式，耦合效率比較低，且空間耦合設(shè)備體積龐大，系統(tǒng)穩(wěn)定性差不便于實際應(yīng)用。
[0005]因此，當下需要迫切解決的一個技術(shù)問題就是:如何能夠創(chuàng)新的提出一種有效的措施，以滿足實際應(yīng)用的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對上述問題中存在的不足之處，本發(fā)明采用雙端泵浦方式，以新型的高摻雜摻鐿磷酸鹽光纖作為增益光纖，全光纖環(huán)形腔結(jié)構(gòu)，腔內(nèi)插入帶通濾波器，采用偏振旋轉(zhuǎn)鎖模方式實現(xiàn)了穩(wěn)定的雙波長激光輸出。
[0007]為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種雙波長耗散孤子鎖模激光器，包括波分復用器、增益光纖、隔離器與耦合輸出元件，其特征在于，還包括帶通濾波器、第一偏振控制器與第二偏振控制器，所述波分復用器、所述增益光纖、所述帶通濾波器、所述第一偏振控制器、所述隔離器、所述第二偏振控制器與所述耦合輸出元件按光纖順序連接構(gòu)成全光纖環(huán)形腔，所述增益光纖的長度為其既有四能級起振又有三能級起振的長度，通過所述帶通濾波器對脈沖輸出光譜的抑制作用，實現(xiàn)中心波長在980nm和IOOOnm的激光輸出。[0008]優(yōu)選的，所述帶通濾波器為中心波長是980nm的帶通濾波器，其兩端采用熔接方式分別與所述波分復用器以及所述第一偏振控制器相連，所述帶通濾波器為980nm光束提供附加的振幅調(diào)制作用，切削全正色散腔中被展寬成啁啾寬脈沖的脈沖邊帶，窄化脈沖；耗散孤子脈沖由所述帶通濾波器產(chǎn)生。
[0009]優(yōu)選的，所述第一偏振控制器與所述第二偏振控制器均為嵌入式的偏振控制器，通過調(diào)節(jié)所述第一偏振控制器與所述第二偏振控制器的壓力及偏轉(zhuǎn)角度以實現(xiàn)鎖模。
[0010]優(yōu)選的，所述增益光纖為摻鐿光纖，其采用熔接方式與所述波分復用器相連，所述摻鐿光纖選用高摻雜的普通摻鐿光纖、摻鐿磷酸鹽光纖、或以石英為基質(zhì)的摻鐿光纖。
[0011]優(yōu)選的，所述耦合輸出元件為偏振分束器，其兩端分別與所述第二偏振控制器以及所述波分復用器相連；所述偏振分束器的分光比為3:7，光束經(jīng)偏振分束器分束后，30%的信號光被耦合輸出，70%的信號光被保留繼續(xù)傳輸。
[0012]優(yōu)選的，還包括泵浦光源，所述泵浦光源的輸出端與所述波分復用器的輸入端相連，調(diào)節(jié)波分復用器以增加泵浦光束輸出的光功率，所述泵浦光源為915nm半導器激光器。
[0013]優(yōu)選的，所述泵浦光源的數(shù)量與所述波分復用器的數(shù)量相同。
[0014]優(yōu)選的，所述泵浦光源包括第一泵浦光源與第二泵浦光源，所述波分復用器包括第一波分復用器與第二波分復用器，所述第一泵浦光源的輸出端與所述第一波分復用器的輸入端相連，所述第二 泵浦光源的輸出端與所述第二波分復用器的輸入端相連。
[0015]優(yōu)選的，所述第一波分復用器與所述第二波分復用器分別設(shè)置在所述增益光纖的兩端，并且采用熔接方式分別與所述增益光纖相連。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0017]本發(fā)明通過光纖熔接工藝實現(xiàn)全光纖結(jié)構(gòu)，以915nm單模半導體激光器為泵浦源，采用雙端泵浦方式，以非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模方式實現(xiàn)鎖模，在腔內(nèi)插入通帶范圍960-990的帶通濾波器限制輸出光譜范圍及實現(xiàn)穩(wěn)定鎖模，鎖模閾值140mW，重頻19.422MHz，最大輸出功率47mW，輸出光譜中心波長分別在980nm和1000nm處；本發(fā)明主要用于空間通信、光傳感、光譜分析以及光學測試等領(lǐng)域，有著廣泛的應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明第一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是本發(fā)明第二實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]主要元件符號說明如下:
[0021 ]1-第一泵浦光源 2-第二泵浦光源
[0022]3-第一波分復用器4-第二波分復用器
[0023]5-增益光纖6-帶通濾波器
[0024]7-第一偏振控制器8-第二偏振控制器
[0025]9-隔離器10-偏振分束器
[0026]11-泵浦光源12-波分復用器
【具體實施方式】
[0027]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合附圖與實例對本發(fā)明作進一步詳細說明，但所舉實例不作為對本發(fā)明的限定。
[0028]如圖1所示，本實施例包括波分復用器、增益光纖5、隔離器9與耦合輸出元件，其中，還包括帶通濾波器6、第一偏振控制器7與第二偏振控制器8，波分復用器、增益光纖5、帶通濾波器6、第一偏振控制器7、隔離器9、第二偏振控制器8與耦合輸出元件按光纖順序連接構(gòu)成全光纖環(huán)形腔，增益光纖的長度為使其在四能級起振長度。
[0029]在增益光纖中存在三、四能級的增益競爭問題，通過合理的選擇增益光纖的長度，使得該光纖處于一種過渡光纖的特殊狀態(tài)，即增益光纖中即有四能級起振又有三能級起振，980nm對應(yīng)正三能級系統(tǒng)的，而四能級的1030nm對應(yīng)著鐿離子的一個發(fā)射峰，但是由于所采用的帶通濾波器通6帶中心波長范圍在960-990nm之間，其對脈沖輸出光譜有限制作用，1030nm光不在帶通濾波器6的通帶范圍內(nèi)而被抑制，使得受激發(fā)射截面相對比較大且在帶通濾波器6通帶范圍內(nèi)的IOOOnm波段的光起振，因此實現(xiàn)了中心波長在980nm、IOOOnm的雙波長激光輸出。
[0030]全光纖環(huán)形腔結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定性相比空間耦合方式要好，具有較低的激光閾值和損耗。
[0031]泵浦光源的最大輸出功率250mW，采用雙端泵浦方式經(jīng)行泵浦，泵浦光通過帶有濾波作用的波分復用器耦合進入環(huán)形腔中，帶尾纖的單模915nm半導體激光器通過熔接的方式與915/980的波分復用器相連。本發(fā)明也可以采用單端泵浦方式，但是相比雙端泵浦方式，輸出功率會大大減小。帶有濾波作用的波分復用器是作為泵浦光的耦合系統(tǒng)而且由于其特殊的結(jié)構(gòu)對泵浦起到保護作用，防止反饋光將泵浦打壞。
[0032]增益光纖，其對915nm泵浦光具有高的吸收系數(shù)，吸收系數(shù)589dB/m。
[0033]帶通濾波器是實現(xiàn)雙波長耗散孤子鎖模的關(guān)鍵器件之一，其兩端分別和波分復用器及隔離器9熔接相連，中心波長為980nm的帶通濾波器6可以提供附加的振幅調(diào)制作用，切削全正色散腔中被展寬成啁啾寬脈沖的脈沖邊帶，窄化脈沖，對穩(wěn)定的鎖模和脈沖成型發(fā)揮重要的作用，并且由于帶通濾波器6在全正色散腔中是一種耗散作用，因此其也是耗散孤子脈沖產(chǎn)生的原因。
[0034]偏振控制器及隔離器9是偏振旋轉(zhuǎn)鎖模的核心元件，隔離器決定了全光纖環(huán)形腔的光傳輸?shù)姆较颍ＷC腔內(nèi)光單向傳輸；而嵌入式的偏振控制器，通過調(diào)節(jié)第一偏振控制器7和第二偏振控制器8的壓力及偏轉(zhuǎn)角度實現(xiàn)鎖模。
[0035]采用偏振旋轉(zhuǎn)鎖模方式來實現(xiàn)雙波長耗散孤子鎖模激光器，泵浦光經(jīng)過耦合進入環(huán)形腔，經(jīng)隔離器，將光的偏振態(tài)變?yōu)榫€偏光，通過調(diào)節(jié)偏振控制器的壓力及旋轉(zhuǎn)角度，使線偏振光變?yōu)闄E圓偏振光，偏振光在腔內(nèi)傳輸受到非線性效應(yīng)作用，由于非線性效應(yīng)與光強有關(guān)，使整個脈沖的不同部分偏振態(tài)發(fā)生不同旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)偏振控制器，使脈沖中心高強度部分通過隔離器，而比較弱的邊翼被抑制，從而實現(xiàn)脈沖的窄化，在帶通濾波器的輔助作用下實現(xiàn)穩(wěn)定鎖模，最后經(jīng)偏振分束器10耦合輸出。
[0036]摻鐿磷酸鹽光纖是以磷酸鹽為基質(zhì)的光纖，對鐿離子具有較高的溶解度、較長的熒光壽命、較小的非線性和較大的光致暗化閾值，可以獲得很高濃度的摻雜，從而對915nm的泵浦光有很高的吸收系數(shù)，用很短的光纖就可以實現(xiàn)高功率輸出，同時也有利于抑制四能級起振，獲得三能級的980nm激光，用摻雜濃度很高并以石英為基質(zhì)的摻鐿光纖或者摻雜濃度很高的普通摻鐿光纖替換摻鐿磷酸鹽光纖可以達到相同的效果。[0037]本實施例中包括兩個最大功率250mW的915nm半導體激光器，即第一半導體激光器和第二半導體激光器，兩個915/980帶有濾波作用的波分復用器，即第一波分復用器3和第二波分復用器4，對915nm光吸收系數(shù)589dB/m，長4m的摻鐿磷酸鹽光纖，通帶范圍960nm-990nm的帶通濾波器6、兩個嵌入式偏振控制器，即第一偏振控制器7和第二偏振控制器8、2W的隔離器9、耦合比30:70的偏振分束器10。其中除了嵌入式的第一偏振控制器7和第二偏振控制器8，其他元件均通過熔接連接在一起，組成一個全光纖環(huán)形腔，再將兩個嵌入式的第一偏振控制器7和第二偏振控制器8分別安裝在緊挨隔離器9兩邊的光纖上。腔內(nèi)激光的方向由隔離器9決定，915nm泵浦光經(jīng)過915/980的FWDM耦合進入環(huán)形腔，一個周期內(nèi)光依此經(jīng)過帶通濾波器6、第一偏振控制器7、隔離器9、第二偏振控制器8、30:70的偏振分束器10，調(diào)節(jié)第一偏振控制器7和第二偏振控制器8，使輸出光功率最大，然后調(diào)節(jié)第一偏振控制器7和第二偏振控制器8實現(xiàn)鎖模。觀測示波器上出現(xiàn)穩(wěn)定的連續(xù)鎖模，鎖模重頻19.422MHz，鎖模閾值140mW，當泵浦功率240mW時最大輸出功率47mW，輸出光譜中心波長為980nm和lOOOnm，出現(xiàn)耗散孤子鎖模光譜的典型特征，光譜兩端有陡峭的邊沿且兩端有尖峰出現(xiàn)。
[0038]如圖2所示，本實施例中包括一個最大功率250mW的915nm半導體激光器，一個915/980帶有濾波作用的波分復用器12，對915nm光吸收系數(shù)589dB/m，長4m的摻鐿磷酸鹽光纖，通帶范圍960nm-990nm的帶通濾波器6、兩個嵌入式偏振控制器，即第一偏振控制器7和第二偏振控制器8、2W的隔離器9、耦合比30:70的偏振分束器10。其中除了嵌入式的第一偏振控制器7和第二偏振控制器8，其他元件均通過熔接連接在一起，組成一個全光纖環(huán)形腔，再將兩個嵌入式的第一偏振控制器7和第二偏振控制器8分別安裝在緊挨隔離器9兩邊的光纖上。腔內(nèi)激光的方向由隔離器9決定，915nm泵浦光經(jīng)過915/980的FWDM耦合進入環(huán)形腔，一個周期內(nèi)光依此經(jīng)過帶通濾波器6、第一偏振控制器7、隔離器9、第二偏振控制器8、30:70的偏振分束器10,調(diào)節(jié)第一偏振控制器7和第二偏振控制器8,使輸出光功率最大，然后調(diào)節(jié)第一偏振控制器7和第二偏振控制器8實現(xiàn)鎖模。觀測示波器上出現(xiàn)穩(wěn)定的連續(xù)鎖模，輸出光譜中心波長為980nm和lOOOnm，出現(xiàn)耗散孤子鎖模光譜的典型特征，光譜兩端有陡峭的邊沿且兩端有尖峰出現(xiàn)。
[0039]對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種雙波長耗散孤子鎖模激光器，包括波分復用器、增益光纖、隔離器與稱合輸出兀件，其特征在于，還包括帶通濾波器、第一偏振控制器與第二偏振控制器，所述波分復用器、所述增益光纖、所述帶通濾波器、所述第一偏振控制器、所述隔離器、所述第二偏振控制器與所述耦合輸出元件按光纖順序連接構(gòu)成全光纖環(huán)形腔，所述增益光纖的長度為其既有四能級起振又有三能級起振的長度，通過所述帶通濾波器對脈沖輸出光譜的抑制作用，實現(xiàn)中心波長在980nm和IOOOnm的激光輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙波長耗散孤子鎖模激光器，其特征在于，所述帶通濾波器為中心波長是980nm的帶通濾波器，其兩端采用熔接方式分別與所述波分復用器以及所述第一偏振控制器相連，所述帶通濾波器為980nm光束提供附加的振幅調(diào)制作用，切削全正色散腔中被展寬成啁啾寬脈沖的脈沖邊帶，窄化脈沖；耗散孤子脈沖由所述帶通濾波器產(chǎn)生。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙波長耗散孤子鎖模激光器，其特征在于，所述第一偏振控制器與所述第二偏振控制器均為嵌入式的偏振控制器，通過調(diào)節(jié)所述第一偏振控制器與所述第二偏振控制器的壓力及偏轉(zhuǎn)角度以實現(xiàn)鎖模。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙波長耗散孤子鎖模激光器，其特征在于，所述增益光纖為摻鐿光纖，其采用熔接方式與所述波分復用器相連，所述摻鐿光纖選用高摻雜的普通摻鐿光纖、摻鐿磷酸鹽光纖、或以石英為基質(zhì)的摻鐿光纖。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙波長耗散孤子鎖模激光器，其特征在于，所述耦合輸出元件為偏振分束器，其兩端分別與所述第二偏振控制器以及所述波分復用器相連；所述偏振分束器的分光比為3:7，光束經(jīng)偏振分束器分束后,30%的信號光被稱合輸出，70%的信號光被保留繼續(xù)傳輸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一所述的雙波長耗散孤子鎖模激光器，其特征在于，還包括泵浦光源，所述泵浦光源的輸出端與所述波分復用器的輸入端相連，調(diào)節(jié)波分復用器以增加泵浦光束輸出的光功率，所述泵浦光源為915nm半導器激光器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙波長耗散孤子鎖模激光器，其特征在于，所述泵浦光源的數(shù)量與所述波分復用器的數(shù)量相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的雙波長耗散孤子鎖模激光器，其特征在于，所述泵浦光源包括第一泵浦光源與第二泵浦光源，所述波分復用器包括第一波分復用器與第二波分復用器，所述第一泵浦光源的輸出端與所述第一波分復用器的輸入端相連，所述第二泵浦光源的輸出端與所述第二波分復用器的輸入端相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的雙波長耗散孤子鎖模激光器，其特征在于，所述第一波分復用器與所述第二波分復用器分別設(shè)置在所述增益光纖的兩端，并且采用熔接方式分別與所述增益光纖相連。
【文檔編號】H01S3/098GK103633546SQ201310687918
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月16日
【發(fā)明者】李平雪, 姚毅飛, 池俊杰, 胡浩偉, 張光舉, 趙自強, 楊春 申請人:北京工業(yè)大學