本發(fā)明涉及一種基于微納光纖環(huán)的多波長鎖模光纖激光器，屬于光纖激光器的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

多波長鎖模光纖激光器近年成為了研究熱點之一。目前在室溫下得到多波長鎖模脈沖的方法有：采用馬赫-澤德干涉技術(shù)的被動鎖模大功率光纖激光器，實現(xiàn)了1um波段的四波長鎖模脈沖輸出；o.graydon等人利用雙芯摻鉺光纖制成環(huán)形腔激光器，在室溫下獲得3波長的激光輸出，但波長個數(shù)和波長間隔等不可方便控制；在1.5um波段，將基于雙折射效應(yīng)的梳狀濾波器引入非線性偏振旋轉(zhuǎn)(npr)、非線性光纖環(huán)形鏡(nolm)和非線性放大環(huán)形鏡(nalm)等鎖模技術(shù)中，實現(xiàn)了多波長鎖模。雖然這些方法都能夠得到多波長激光輸出，但是存在著成本較高、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜等諸多弊端。

雖然近年來人們對梳狀濾波器和不同鎖模技術(shù)結(jié)合的多波長鎖模激光器進行了大量的研究。但是基于微納光纖的多波長鎖模的研究相對較少。微納光纖有著強倏逝場、小質(zhì)量等很多新穎的光學(xué)傳輸特性，將其應(yīng)用于多波長鎖模激光器有助于改善激光器結(jié)構(gòu)。2014年，zhao等人采用在微納光纖表面光學(xué)沉積石墨烯的方法，在摻鐿光纖環(huán)腔中，實現(xiàn)了雙波長(1061.8nm和1068.8nm)的耗散孤子鎖模。2016年，wang等利用錐形光纖,在環(huán)形腔中實現(xiàn)了在2um波段的多波長鎖模^[8]，但是其輸出脈沖序列并不理想。微納光纖環(huán)可以通過倏逝波耦合的方式制成諧振腔，這樣能在激光腔內(nèi)作為梳狀濾波器，起到濾波效應(yīng)，有效地克服摻鉺光纖的均勻展寬問題，實現(xiàn)多波長鎖模。另外，納秒方波脈沖激光在光通信、光纖傳感、激光加工和焊接等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。

目前的多波長鎖模激光器，存在在室溫情況下抑制摻鉺光纖的均勻展寬等問題，無法實現(xiàn)穩(wěn)定的多波長鎖模輸出和實現(xiàn)全光纖結(jié)構(gòu)，多波長鎖模光纖激光器的成本高，因此存在局限性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于微納光纖環(huán)的多波長鎖模光纖激光器，解決在室溫情況下抑制摻鉺光纖的均勻展寬等問題，無法實現(xiàn)穩(wěn)定的多波長鎖模輸出和實現(xiàn)全光纖結(jié)構(gòu)的問題。本發(fā)明的所有器件均采用全光纖耦合方式，不受外界因素干擾，可連續(xù)穩(wěn)定工作；通過不同波長的光在通過微納光纖環(huán)扭曲區(qū)域時會產(chǎn)生相位差，從而導(dǎo)致了多波長鎖?，F(xiàn)象。

本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題：

一種基于微納光纖環(huán)的多波長鎖模光纖激光器，包括泵浦源、波分復(fù)用器、摻鉺光纖、單模光纖、偏振控制器、50：50的耦合器、隔離器、微納光纖環(huán)和10：90的耦合器；其中，所述泵浦源的輸出端與波分復(fù)用器的泵浦輸入端相連，且波分復(fù)用器的輸出端與摻鉺光纖相連；所述摻鉺光纖與單模光纖相連，且單模光纖和波分復(fù)用器的輸入端分別與50：50的耦合器的兩個輸入端相連；所述偏振控制器設(shè)置于單模光纖和50：50的耦合器的輸入端之間；所述50：50的耦合器的兩個輸出端分別和微納光纖環(huán)、隔離器的輸入端相連；所述隔離器的輸出端和10：90的耦合器的公共端相連，且微納光纖環(huán)與10：90的耦合器中90%的端口相連，并將10：90的耦合器中10%的端口作為輸出端。

進一步地，作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述激光器由泵浦源、波分復(fù)用器、摻鉺光纖、單模光纖、50：50的耦合器的輸入端連接后形成非線性放大環(huán)鏡；及由50：50的耦合器的輸出端、隔離器、微納光纖環(huán)、10：90的耦合器連接后形成單向激光腔。

進一步地，作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述非線性放大環(huán)鏡和單向激光腔連接形成8字形激光腔。

本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，能產(chǎn)生如下技術(shù)效果：

提供一種基于基于微納光纖環(huán)的多波長鎖模光纖激光器，本發(fā)明的所有器件均采用全光纖耦合方式，不受外界因素干擾，可連續(xù)穩(wěn)定工作；通過不同波長的光在通過微納光纖環(huán)扭曲區(qū)域時會產(chǎn)生相位差，從而導(dǎo)致了多波長鎖模現(xiàn)象。通過超長腔，產(chǎn)生多波長耗散孤子，得到較高能量的納秒方波脈沖。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有特點：（1）本發(fā)明首次采用微納光纖環(huán)產(chǎn)生多波長鎖模，微納光纖環(huán)能夠在室溫下起到很好的濾波效果；（2）本發(fā)明采用2800米的超長腔，產(chǎn)生多波長耗散孤子，得到能量為12.63nj的納秒方波脈沖；（3）本發(fā)明采用全光纖結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，在實驗室環(huán)境下能連續(xù)工作多個小時，并且隔天開啟激光器還能自啟動。

因此，本發(fā)明有效的解決了在室溫情況下抑制摻鉺光纖的均勻展寬等問題，實現(xiàn)了穩(wěn)定的多波長鎖模輸出，并且實現(xiàn)了全光纖結(jié)構(gòu)，降低了多波長鎖模光纖激光器的成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中微納光纖環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明基于微納光纖環(huán)的多波長鎖模光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3（1）為基于微納光纖環(huán)的多波長鎖模光纖激光器輸出光譜測試圖。

圖3（2）為基于微納光纖環(huán)的多波長鎖模光纖激光器的雙波長鎖模脈沖圖。

圖4為基于基于微納光纖環(huán)的多波長鎖模光纖激光器輸出鎖模脈沖隨泵浦功率增大的展寬演化圖。

其中附圖標(biāo)記解釋：1-泵浦源、2-波分復(fù)用器、3-摻鉺光纖、4-單模光纖、5-偏振控制器、6-50：50的耦合器、7-隔離器、8-微納光纖環(huán)、9-10：90的耦合器。

具體實施方式

下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的實施方式進行描述。

如圖2所示，本發(fā)明設(shè)計了一種基于微納光纖環(huán)的多波長鎖模光纖激光器，包括泵浦源1、波分復(fù)用器2、摻鉺光纖3、單模光纖4、偏振控制器5、50：50的耦合器6、隔離器7、微納光纖環(huán)8和10：90的耦合器9；其中，所述泵浦源1的輸出端與波分復(fù)用器2的泵浦輸入端相連，且波分復(fù)用器2的輸出端與摻鉺光纖3相連；所述摻鉺光纖3與單模光纖4相連，且單模光纖4和波分復(fù)用器2的輸入端分別與50：50的耦合器6的兩個輸入端相連；所述偏振控制器5設(shè)置于單模光纖4和50：50的耦合器6的輸入端之間；所述50：50的耦合器6的兩個輸出端分別和微納光纖環(huán)4、隔離器7的輸入端相連；所述隔離器7的輸出端和10：90的耦合器9的公共端相連，且微納光纖環(huán)8與10：90的耦合器9中90%的端口相連，并將10：90的耦合器9中10%的端口作為輸出端。其中，微納光纖環(huán)8的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，其中插圖為扭曲部分的截面示意圖。

優(yōu)選地，所述激光器由泵浦源1、波分復(fù)用器2、摻鉺光纖3、單模光纖4、50：50的耦合器6的輸入端連接后形成非線性放大環(huán)鏡；及由50：50的耦合器6的輸出端、隔離器7、微納光纖環(huán)8、10：90的耦合器9連接后形成單向激光腔。

進一步地，所述非線性放大環(huán)鏡和單向激光腔連接形成8字形激光腔。

本發(fā)明的工作原理如下：泵浦源1作為環(huán)形激光腔即“8”字形激光腔的激勵源，用于輸出泵浦光至波分復(fù)用器2的泵浦輸入端，波分復(fù)用器2用于將不同波長的光復(fù)用至“8”字形腔中，泵浦源的輸出端與波分復(fù)用器的泵浦輸入端相連，摻鉺光纖3與波分復(fù)用器2的輸出端熔接，單模光纖4和摻鉺光纖3熔接，單模光纖4和波分復(fù)用器2分別與50：50的耦合器6的兩個輸入端相熔接，由此連接使得50：50的耦合器6的左邊形成非線性放大環(huán)鏡；然后將50：50的耦合器6的兩個輸出端分別和微納光纖環(huán)8、隔離器7的輸入端熔接，隔離器7的輸出端和10：90的耦合器9的公共端熔接，微納光纖環(huán)8和耦合器90%的端口熔接，由此連接使得50：50的耦合器6的右邊形成單向激光腔，通過50：50的耦合器6的左右兩邊連接形成“8”字形激光腔。由于微納光纖環(huán)的扭曲區(qū)域的雙折射效應(yīng)，使得不同波長的光在通過扭曲區(qū)域時會產(chǎn)生相位差，從而起到光纖濾波器的作用，并實現(xiàn)多波長鎖模。利用微納光纖環(huán)在室溫下進行濾波，產(chǎn)生多波長鎖?，F(xiàn)象。采用超長腔，得到多波長耗散孤子鎖模，輸出納秒方波脈沖，能量較大。

該多波長鎖模光纖激光器采用“8”字形激光腔，鎖模機制是非線性放大環(huán)形鏡nalm的等效飽和吸收作用，該腔分為左右的非線性放大環(huán)鏡和單向激光腔兩個環(huán)形腔，中間通過一個50:50的耦合器相連接。泵浦源的中心波長可以為976nm，最大輸出功率為700mw，通過一個980nm/1550nm波分復(fù)用器耦合入左側(cè)腔中的摻鉺光纖，摻鉺光纖長可以為65cm;一段2800m的單模光纖構(gòu)成超長腔，來增加非線性效應(yīng)；偏振控制器調(diào)節(jié)左側(cè)激光腔內(nèi)光的偏振態(tài)；隔離器保證光波在右側(cè)的激光腔中單向傳輸；微納光纖環(huán)加入右側(cè)單向環(huán)，起到梳狀濾波器的效果，產(chǎn)生多波長鎖模。本發(fā)明采用了全光纖結(jié)構(gòu)，使得整個光纖激光器結(jié)構(gòu)緊湊。

當(dāng)泵浦功率為210mw時，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)pc，在示波器上能夠看到穩(wěn)定的鎖模脈沖序列，輸出的脈沖序列均勻，重復(fù)頻率為67khz，脈寬為40ns，如圖3（2）所示。同時可以在光譜分析儀上看到雙波長的光譜，從圖3（1）中可以得到雙峰的中心波長分別在1556.51nm和1565.95nm處。激光器輸出的兩個波長間隔大概是10nm。為了驗證微納光纖環(huán)在激光器中濾波作用，將其從激光腔中去除，鎖模脈沖還是可以產(chǎn)生。

根據(jù)耗散孤子理論，隨著泵浦功率的增加，矩形脈沖的脈寬逐漸變寬，但脈沖的峰值功率保持恒定。本發(fā)明所述的基于微納光纖環(huán)的多波長鎖模激光器的閾值在180mw，當(dāng)泵浦功率大于閾值功率之后，適當(dāng)調(diào)節(jié)pc，示波器測量得到的鎖模脈沖序列會很穩(wěn)定。保持pc狀態(tài)恒定，增加泵浦功率，從圖4中能夠明顯的發(fā)現(xiàn)隨著泵浦功率的增加，輸出矩形脈沖的脈寬也在增加。隨著泵浦功率從240mw增加到370mw，脈寬從55.7ns增加到124ns，脈沖能量達到12.63nj。這與文獻報道的dsr特性相吻合，并且相比較之前的報道，得到了更大的脈沖能量。由于微納光纖環(huán)是由微納光纖扭曲制成，存在著損耗較大的因素，所以本發(fā)明的結(jié)果局限于此，但是可以通過增加泵浦功率和對微納光纖環(huán)的進一步優(yōu)化，來得到更加高的脈沖能量。激光器在實驗室環(huán)境下能連續(xù)工作多個小時，并且隔天開啟激光器還能自啟動。

如圖3（1）所示為基于微納光纖環(huán)的多波長鎖模光纖激光器的輸出光譜圖，雙峰的中心波長分別在1556.51nm和1565.95nm處。

如圖3（2）所示為基于微納光纖環(huán)的多波長鎖模光纖激光器的雙波長鎖模脈沖圖。

如圖4所示基于微納光纖環(huán)的多波長鎖模光纖激光器輸出鎖模脈沖隨泵浦功率增大的展寬演化圖，插入圖是脈沖寬度隨泵浦功率增大的關(guān)系圖。能夠明顯的發(fā)現(xiàn)隨著泵浦功率的增加，輸出矩形脈沖的脈寬也在增加。隨著泵浦功率從240mw增加到370mw，脈寬從55.7ns增加到124ns，脈沖能量達到12.63nj。

以上所述的具體實施方案，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步的詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方案而已，并非用以限定本發(fā)明的范圍，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所做出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護的范圍。