本發(fā)明屬于光纖激光器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種摻銩光纖激光器。

背景技術(shù)：

首先，實(shí)現(xiàn)光纖激光器的高重頻一般有兩種方式，一種是減小腔長(zhǎng)，另一種是通過(guò)諧波鎖模。第一種方式，光纖激光器受限于自身腔長(zhǎng)，基頻一般都小于100mhz。若想重復(fù)頻率達(dá)到百兆赫茲，腔長(zhǎng)需要控制在2m以內(nèi)，這將限制增益光纖的長(zhǎng)度和輸出功率，同時(shí)還要采用空間光學(xué)元件，嚴(yán)重影響了激光器的可移動(dòng)性和實(shí)用性，實(shí)際應(yīng)用很困難。而諧波鎖模則可較容易的實(shí)現(xiàn)高重復(fù)頻率的脈沖光，同時(shí)不需要空間光學(xué)元件，且無(wú)需控制腔長(zhǎng)，構(gòu)建方便，但目前在2微米波段實(shí)現(xiàn)的還較少，其原因主要是由于負(fù)色散值較大時(shí)，孤子分裂閾值高，不易產(chǎn)生高頻諧波鎖模，重頻無(wú)法提高，而2微米波段光纖大都是負(fù)色散的，而在近零色散區(qū)，孤子分裂的閾值低，易于產(chǎn)生高重頻，因此若要在2微米波段實(shí)現(xiàn)諧波鎖模，則需要在腔內(nèi)加一段正色散光纖進(jìn)行色散補(bǔ)償，使激光器工作在近零色散區(qū)。

此外，由于脈沖能量作為被動(dòng)鎖模脈沖光纖激光器的一項(xiàng)重要參數(shù)指標(biāo)之一，在一些如激光加工、超連續(xù)譜的產(chǎn)生等特殊領(lǐng)域尤為關(guān)注。傳統(tǒng)的反常色散孤子鎖模脈沖光纖激光器受非線性效應(yīng)影響單脈沖能量一般低于0.1nj，而類噪聲脈沖光纖激光器由于具有較寬的光譜帶寬和較高的脈沖能量特性，脈沖能量可達(dá)10nj量級(jí)，常用作產(chǎn)生超連續(xù)譜的激光光源。

目前的光纖激光器，或者可實(shí)現(xiàn)高重復(fù)頻率的脈沖光輸出，但脈沖能量很低；或者可實(shí)現(xiàn)高脈沖能量的類噪聲脈沖輸出，但重復(fù)頻率很低?？赏瑫r(shí)輸出高重頻和高脈沖能量的光纖激光器目前還從未有報(bào)道過(guò)。

如圖3所示，非保偏諧波鎖模光纖激光器通過(guò)高速帶寬強(qiáng)度調(diào)制器作為鎖模器件，器件兩端各連接一個(gè)偏振控制器pc1和pc2，12.5gb/s速率的ppg(pulsepatterngenerator脈沖發(fā)生器)為強(qiáng)度調(diào)制器(intensitymodulator)提供高速信號(hào)，通過(guò)ppg中l(wèi)data的長(zhǎng)度適當(dāng)調(diào)節(jié)，光纖激光器(fiberopticlaser)就能實(shí)現(xiàn)諧波鎖模狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)ldata變?yōu)?0并適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)pc1和pc2即可實(shí)現(xiàn)最高30階諧波鎖模，諧波鎖模脈沖的重復(fù)頻率為209.844mhz，脈沖的snr達(dá)到57db。

其缺點(diǎn)是：

(1)采用高速寬帶強(qiáng)度調(diào)制器實(shí)現(xiàn)鎖模的實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)相對(duì)較為復(fù)雜，引入較多的光器件將帶來(lái)更多額外的耦合損耗；

(2)只實(shí)現(xiàn)了一種諧波鎖模脈沖的輸出，沒(méi)有類噪聲脈沖的輸出。

如圖4所示，該光纖激光器利用ps-iso和兩個(gè)pc所產(chǎn)生的類飽和吸收效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了環(huán)形腔的鎖模機(jī)制，利用一段長(zhǎng)為14.5cm的摻銩光纖作為激光器的增益介質(zhì)，ps-iso的后端接一段長(zhǎng)為30m的smf-28e光纖用于確保穩(wěn)定的鎖模脈沖運(yùn)行。通過(guò)對(duì)泵浦功率和pc的調(diào)節(jié)，當(dāng)泵浦功率為860mw時(shí)，調(diào)節(jié)兩個(gè)pc，光譜帶寬不斷展寬，獲得了中心波長(zhǎng)為1955nm，對(duì)應(yīng)3-db帶寬達(dá)60.2nm的光滑類噪聲鎖模激光光譜，對(duì)應(yīng)的脈沖能量為17.3nj。

其缺點(diǎn)是：激光器只有類噪聲脈沖的輸出。

對(duì)應(yīng)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明具體采用如下方式，提出了一種可同時(shí)輸出高脈沖能量的類噪聲脈沖和高重頻的諧波鎖模脈沖的光纖激光器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，利用激光腔中與波長(zhǎng)相關(guān)的雙折射引起的線性相位延遲，僅通過(guò)pc的調(diào)節(jié)，即可在一個(gè)較大的泵浦范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)兩者的共存。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：提供類噪聲和高頻諧波鎖模共存的雙波長(zhǎng)摻銩光纖激光器，以解決現(xiàn)有技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)同時(shí)輸出高重頻和高脈沖能量的技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

類噪聲和高頻諧波鎖模共存的雙波長(zhǎng)摻銩光纖激光器，包括激光二極管，激光二極管順次連接有首尾相連的泵浦合束器、摻銩光纖、單模光纖、色散補(bǔ)償光纖、耦合器、保偏光纖和偏振相關(guān)隔離控制器。

進(jìn)一步的，偏振相關(guān)隔離控制器為依次連接于保偏光纖的偏振控制器一、偏振相關(guān)隔離器和偏振控制器二。

進(jìn)一步的，泵浦合束器為(n+1)×1泵浦合束器，n為大于或等于0的自然數(shù)。

進(jìn)一步的，泵浦合束器為(2+1)×1泵浦合束器。

進(jìn)一步的，激光二極管為793nm激光二極管。

進(jìn)一步的，耦合器的耦合比為10:90。

進(jìn)一步的，耦合器包括10％輸出端口和90％輸出端口，10％輸出端口連接有輸出光纖，90％輸出端口與保偏光纖連接。

進(jìn)一步的，摻銩光纖為雙包層摻銩光纖。

綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

1.本發(fā)明主要通過(guò)將順次連接有首尾相連的泵浦合束器、摻銩光纖、單模光纖、色散補(bǔ)償光纖、耦合器、保偏光纖和偏振相關(guān)隔離控制器的激光二極管連接于激光二極管，激光二極管產(chǎn)生的泵浦光源通過(guò)泵浦合束器進(jìn)入摻銩光纖中，為產(chǎn)生2μm波段激光提供了能級(jí)結(jié)構(gòu)，再通過(guò)選用單模光纖和色散補(bǔ)償光纖進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)同時(shí)輸出類噪聲脈沖和諧波鎖模脈沖，并通過(guò)耦合器輸出；經(jīng)耦合器輸出后，再送入保偏光纖中產(chǎn)生梳狀濾波效應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)雙波長(zhǎng)輸出；而為了實(shí)現(xiàn)雙波長(zhǎng)鎖模，還利用偏振相關(guān)隔離控制器來(lái)產(chǎn)生npe效應(yīng)，形成波長(zhǎng)相關(guān)損耗，從而實(shí)現(xiàn)模式競(jìng)爭(zhēng)的抑制，以達(dá)到雙波長(zhǎng)鎖模的目的，同時(shí)，還可利用偏振相關(guān)隔離控制器來(lái)確保光在腔內(nèi)的單向傳輸；綜上所述，通過(guò)采用上述方案，本發(fā)明能夠解決現(xiàn)有技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)同時(shí)輸出高重頻和高脈沖能量的技術(shù)問(wèn)題。

2.將偏振相關(guān)隔離控制器設(shè)計(jì)為依次連接于保偏光纖的偏振控制器一、偏振相關(guān)隔離器和偏振控制器二，其好處是不但可以利用偏振相關(guān)隔離器來(lái)產(chǎn)生npe效應(yīng)，形成波長(zhǎng)相關(guān)損耗，從而實(shí)現(xiàn)模式競(jìng)爭(zhēng)的抑制，以達(dá)到雙波長(zhǎng)鎖模的目的，同時(shí)，還可利用偏振相關(guān)隔離控制器來(lái)確保光在腔內(nèi)的單向傳輸。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是激光器輸出脈沖類型與腔長(zhǎng)關(guān)系的示意圖；

圖3是非保偏諧波鎖模光纖激光器實(shí)驗(yàn)裝置圖—現(xiàn)有技術(shù)；

圖4是npe2微米全光纖結(jié)構(gòu)類噪聲鎖模光纖激光器示意圖—現(xiàn)有技術(shù)。

具體實(shí)施方式

本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的所有特征，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

下面結(jié)合圖1～圖2對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1～圖2所示，本發(fā)明提供的類噪聲和高頻諧波鎖模共存的雙波長(zhǎng)摻銩光纖激光器，，包括激光二極管1，激光二極管1順次連接有首尾相連的泵浦合束器2、摻銩光纖3、單模光纖4、色散補(bǔ)償光纖5、耦合器6、保偏光纖7和偏振相關(guān)隔離控制器；偏振相關(guān)隔離控制器為依次連接于保偏光纖7的偏振控制器一8、偏振相關(guān)隔離器9和偏振控制器二10。即相當(dāng)于泵浦合束器2、摻銩光纖3、單模光纖4、色散補(bǔ)償光纖5、耦合器6、保偏光纖7、偏振控制器一8、偏振相關(guān)隔離器9和偏振控制器二10構(gòu)成一個(gè)循環(huán)，激光二極管1連接于泵浦合束器2上。其中，泵浦合束器2為(n+1)×1泵浦合束器，n為大于或等于0的自然數(shù)。

本方案泵浦光源選用793nm的激光二極管，泵浦光源產(chǎn)生的泵浦光源通過(guò)(2+1)×1合束器2進(jìn)入摻銩光纖3中，(2+1)×1合束器2的作用是將泵浦光和在腔內(nèi)傳輸一周后的激光耦合進(jìn)摻銩光纖3中，摻銩光纖3的作用是作為增益光纖為產(chǎn)生2μm波段激光提供能級(jí)結(jié)構(gòu)，摻銩光纖3中稀土離子吸收793nm泵浦光后通過(guò)能級(jí)躍遷產(chǎn)生2μm波段的激光。

耦合器6將產(chǎn)生的2μm激光分為兩部分，分別占輸入光的10％和90％，10％輸出端口輸出10％的2μm激光并通過(guò)輸出光纖輸出，90％輸出端口輸出90％的2μm激光并通過(guò)保偏光纖7(polarization-maintainingfiber)繼續(xù)在激光腔內(nèi)傳輸，保偏光纖7被用來(lái)實(shí)現(xiàn)梳狀濾波效應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)激光器雙波長(zhǎng)輸出。

同時(shí)防止激光在腔內(nèi)反向傳輸，需要在腔內(nèi)插入一個(gè)偏振相關(guān)隔離器9，當(dāng)激光正向通過(guò)時(shí)損耗極低，當(dāng)激光反向通過(guò)時(shí)損耗極高，以此原理來(lái)阻隔反向激光，同時(shí)由于偏振相關(guān)隔離器9(pdiso)用來(lái)產(chǎn)生npe效應(yīng)，結(jié)合其前后的偏振控制器8和偏振控制器10實(shí)現(xiàn)鎖模，并實(shí)現(xiàn)模式競(jìng)爭(zhēng)抑制，實(shí)現(xiàn)雙波長(zhǎng)的產(chǎn)生。

本專利使用的摻銩光纖3為一段雙包層摻銩光纖，雙包層摻銩光纖為八邊形內(nèi)包層摻銩光纖，選擇合適長(zhǎng)度的色散補(bǔ)償光纖5可幫助實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)的近零色散值環(huán)境，而選擇合適長(zhǎng)度的單模光纖4可調(diào)節(jié)激光器總腔長(zhǎng)，使激光器腔長(zhǎng)處于既可產(chǎn)生類噪聲脈沖也可產(chǎn)生諧波鎖模脈沖的范圍，以實(shí)現(xiàn)激光器同時(shí)輸出類噪聲脈沖和諧波鎖模脈沖。保偏光纖7在腔中被用來(lái)作為梳狀濾波器，產(chǎn)生雙波長(zhǎng)輸出。

其中，保偏光纖7(pmf)用來(lái)產(chǎn)生梳狀濾波效應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)雙波長(zhǎng)輸出。而實(shí)現(xiàn)雙波長(zhǎng)鎖模的另外一個(gè)必要條件是波長(zhǎng)之間的模式競(jìng)爭(zhēng)抑制，因此我們使用偏振相關(guān)隔離器9，產(chǎn)生npe效應(yīng)，形成波長(zhǎng)相關(guān)損耗，從而實(shí)現(xiàn)模式競(jìng)爭(zhēng)的抑制，以實(shí)現(xiàn)雙波長(zhǎng)鎖模，同時(shí)還可確保光在腔內(nèi)的單向傳輸。而兩個(gè)pc(偏振控制器一8、偏振控制器二10)則用來(lái)優(yōu)化鎖模。同時(shí)，本結(jié)構(gòu)中摻銩光纖和單模光纖具有較大的負(fù)色散值，而較大的負(fù)色散不易于產(chǎn)生孤子分裂，不易于實(shí)現(xiàn)高頻諧波鎖模，因此結(jié)構(gòu)中通過(guò)具有正色散值的dcf的補(bǔ)償，以保證激光器最終工作在近零色散區(qū)，這樣孤子的分裂閾值低，有利于高頻諧波鎖模的產(chǎn)生。在鎖模光纖激光器中，我們知道當(dāng)腔長(zhǎng)較短時(shí)，只輸出諧波鎖模脈沖；當(dāng)腔長(zhǎng)較長(zhǎng)時(shí)，只輸出類噪聲脈沖，因此僅在腔長(zhǎng)合適的過(guò)渡區(qū)域，既可能輸出諧波鎖模脈沖，也可能輸出類噪聲脈沖。所以我們擬通過(guò)選取合適長(zhǎng)度的單模光纖和色散補(bǔ)償光纖，在保證激光器工作在零色散區(qū)附近時(shí)，同時(shí)使激光器腔長(zhǎng)長(zhǎng)度處于既可輸出諧波鎖模又可輸出類噪聲脈沖的過(guò)渡區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)類噪聲和諧波鎖模的共存。該結(jié)構(gòu)的激光器最后在輸出端通過(guò)10/90的光耦合器把10％的激光輸出激光器，進(jìn)行觀測(cè)。

為腔長(zhǎng)影響激光器輸出脈沖類型示意圖，當(dāng)腔長(zhǎng)較短時(shí)，只輸出諧波鎖模脈沖，當(dāng)腔長(zhǎng)較長(zhǎng)時(shí)只輸出類噪聲脈沖，僅在腔長(zhǎng)合適的過(guò)渡區(qū)域，既可能輸出諧波鎖模脈沖，也可能輸出類噪聲脈沖。而過(guò)渡區(qū)域產(chǎn)生的脈沖類型則是由激光器的相位延遲決定的，鎖模激光器鎖模光纖激光器的相位延遲可以被表達(dá)為：

dj＝djpc+djnl+djbirefringence；

其中djpc，djnl和djbirefringence分別指由偏振控制器導(dǎo)致的相位延遲，由高的脈沖峰值導(dǎo)致的非線性效應(yīng)和由雙折射光纖引起的非線性效應(yīng)。其中djpc和djbirefringence的值均和波長(zhǎng)有關(guān)。

因此在不同波長(zhǎng)處，激光器的相位延遲也會(huì)不同，這樣在腔長(zhǎng)處于過(guò)渡區(qū)域的光纖激光器中，通過(guò)對(duì)偏振控制器(偏振控制器一8和偏振控制器二10)的調(diào)節(jié)，在不同波長(zhǎng)處即可同時(shí)出現(xiàn)諧波鎖模脈沖和類噪聲脈沖的雙波長(zhǎng)輸出。

在本設(shè)計(jì)方案中，我們通過(guò)調(diào)整偏振控制器，使泵浦功率被調(diào)整在要求范圍內(nèi)，即可實(shí)現(xiàn)類噪聲脈沖和諧波鎖模脈沖的雙波長(zhǎng)輸出。

本發(fā)明未詳細(xì)闡述的部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)已有的描述已能夠在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下進(jìn)行實(shí)施，因此，不再贅述。