集成化反射式相位偏置器及光纖激光器和光波-微波鑒相器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光纖激光技術(shù)，尤其涉及一種集成化反射式相位偏置器及其光纖激光 器和光波-微波鑒相器。
【背景技術(shù)】
[0002] 鎖模光纖激光器脈沖超短，重復頻率確定、峰值功率高，在科學研宄和工業(yè)加工中 有不可替代的應用價值。但是對比普通的激光器，鎖模激光器難于自啟動、易受外界干擾， 價格高，妨礙了其應用。
[0003] 光纖激光器中鎖模方案主要有三種：非線性環(huán)路反射鏡、可飽和吸收體、非線性偏 振旋轉(zhuǎn)。非線性環(huán)路反射鏡構(gòu)成的8字型鎖模光纖激光器鎖模啟動困難，常需要外部推動， 而非保偏光纖；可飽和吸收體中半導體可飽和吸收體有壽命，容易損壞；其他碳基可飽和 吸收體，例如碳納米管、石墨烯等，在自然環(huán)境下很容易劣化、失去鎖模啟動功能。非線性偏 振旋轉(zhuǎn)可以提供穩(wěn)定可靠的鎖模啟動機制，提供非常高的平均功率，而且可利用幾乎所有 的脈沖形成機制，獲得高重復頻率或低重復頻率、皮秒或飛秒脈沖列。但是其利用非線性偏 振旋轉(zhuǎn)的本質(zhì)，決定了其必須用非保偏光纖，而非保偏光纖決定了這種激光器必然對環(huán)境 敏感。
[0004] 非線性環(huán)路反射鏡曾經(jīng)是最早的鎖模器件，用其制成的雙環(huán)路光纖激光器（8字 型光纖激光器）可以提供鎖模脈沖。但是其基本上不是自啟動的。原因在于其環(huán)路是零偏 置。而在零偏置情況下，環(huán)路反射鏡對非線性相移的敏感度很小。因此需要一個相位偏置。 所謂相位偏置，是指同一光路中相對傳播的光經(jīng)歷不同的相移。
[0005] JungwonKim(金正元）等人在OpticsLetters上發(fā)表的論文《Subfemtosecond synchronizationofmicrowaveoscillatorswithmode-lockedEr-fiberlasers》中的 光波-微波鑒相器，利用了非對稱相移器，并用其作為光纖環(huán)中的相位偏置器，但是由分立 的空間元件構(gòu)成，而且是透過式，不是反射式，需要兩個法拉第旋轉(zhuǎn)器，相移器中沒有偏振 棱鏡。
[0006] MenloSystems公司的專利申請《Laserwithnon-linearopticalloop mirror》。（US201500711322)利用了JungwonKim等的相移器和相位偏置法，構(gòu)成了一種鎖 模激光器。其中相位偏置器也是透過式，需要兩個法拉第旋轉(zhuǎn)器，相移器中也沒有偏振棱鏡
[0007] Honzatko等人于2013年在Optics Letters上發(fā)表的《Amode-locked thulium-doped fiber laser based on a nonlinear loop mirror〉〉論文，以及Huang等人 于2015年在Optics Letters上發(fā)表的〈〈Direct generation of 2ff average-power and 232nJ picosecond pulses from an ultra-simple Yb-doped double-clad fiber laser)) 論文，均無相位偏置器，因此需要非常高的脈沖功率才能達到鎖模閾值，脈沖非常寬（幾百 皮秒至幾納秒）。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為了獲得光纖激光器中自啟動和長期穩(wěn)定的鎖模，克服由于溫度、振動等環(huán)境參 數(shù)的變化造成的鎖模劣化，本發(fā)明提出了一種集成化反射式相位偏置器及其光纖激光器和 光波 -微波鑒相器。
[0009] 本發(fā)明的目的在于提供一種集成化反射式相位偏置器及其光纖激光器和光 波-微波鑒相器。
[0010] 本發(fā)明的集成化反射式相位偏置器包括：光纖夾持器、準直透鏡、偏振棱鏡、法拉 第旋轉(zhuǎn)器、雙折射晶體和反射鏡；其中，光纖夾持器固定第一和第二保偏光纖，這兩根保偏 光纖的快軸互相垂直，以及慢軸互相垂直，并且互為輸入輸出；經(jīng)過第一保偏光纖后，偏振 方向沿第一保偏光纖的一個軸的入射光，經(jīng)準直透鏡準直后，以一個角度經(jīng)過偏振棱鏡入 射至法拉第旋轉(zhuǎn)器；法拉第旋轉(zhuǎn)器將入射光的偏振方向旋轉(zhuǎn)45度，使偏振方向與雙折射晶 體的一個軸平行；然后入射至雙折射晶體，發(fā)生相移巾i/2后，垂直入射到反射鏡上；經(jīng)反 射鏡反射后返回，再次經(jīng)過雙折射晶體相移加倍為巾1;再次經(jīng)過法拉第旋轉(zhuǎn)器后偏振方 向再旋轉(zhuǎn)45度，與從第一保偏光纖出來進入偏振棱鏡前的入射光的偏振方向垂直；經(jīng)過偏 振棱鏡，由于返回光與入射光的偏振方向互相垂直，從偏振棱鏡出射后的角度與入射光的 角度不同，從而以另一個角度從偏振棱鏡出射后經(jīng)準直透鏡進入到第二保偏光纖中，并且 偏振方向沿著第二保偏光纖的同一個軸，從而從第二保偏光纖出射；同樣的方式，經(jīng)過第 二保偏光纖的入射光，偏振方向沿著第二保偏光纖的一個軸，經(jīng)法拉第旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)后使得 偏振方向與雙折射晶體的另一個軸平行，沿著相反的路徑往返一圈后，發(fā)生相移為巾 2，偏 振方向沿著第一保偏光纖的同一個軸進入第一保偏光纖，從而從第一保偏光纖出射，其中， 2〇
[0011]保偏光纖具有快軸和慢軸兩個軸，這兩根保偏光纖的保偏方向空間上互相垂直， 即兩根保偏光纖的快軸互相垂直，以及兩根光纖的慢軸互相垂直，分別經(jīng)過第一和第二保 偏光纖的入射光的偏振方向，在進入偏振棱鏡前空間上互相垂直，從而保證從一根保偏光 纖的入射光的偏振方向沿快軸，往返一圈偏振方向旋轉(zhuǎn)90度后，返回光進入另一根保偏光 纖的偏振方向仍然沿著另一根光纖的快軸，同理，一根保偏光纖的入射光的偏振方向沿慢 軸，返回光進入另一根保偏光纖仍然沿著另一根光纖的慢軸。
[0012]以偏振方向沿慢軸為例：經(jīng)過第一保偏光纖的入射光的偏振方向沿慢軸，經(jīng)過準 直透鏡，以一個角度經(jīng)過偏振棱鏡，然后入射至法拉第旋轉(zhuǎn)鏡，其偏振方向被旋轉(zhuǎn)45度，與 雙折射晶體的慢軸（或快軸）平行，獲得相移巾/2后，入射到反射鏡上；經(jīng)反射鏡反射后 返回，再次經(jīng)過雙折射晶體相移加倍為巾 1;再次經(jīng)過法拉第旋轉(zhuǎn)器后偏振方向再旋轉(zhuǎn)45 度，與入射光的偏振方向互相垂直，由于返回光與入射光的偏振方向互相垂直，從偏振棱鏡 出射后的角度與入射光的角度不同，從而進入到第二保偏光纖中，由于第二保偏光纖與第 一保偏光纖的慢軸互相垂直，因此偏振方向仍然沿著第二保偏光纖的慢軸，從而從第二保 偏光纖出射。同樣的方式，經(jīng)過第二保偏光纖的入射光的偏振方向沿慢軸，經(jīng)過準直透鏡， 以另一個角度入射至偏振棱鏡，然后入射至法拉第旋轉(zhuǎn)鏡，其偏振方向被旋轉(zhuǎn)45度，與雙 折射晶體的快軸（或慢軸）平行，獲得相移巾 2/2后，入射到反射鏡上；經(jīng)反射鏡反射后返 回，再次經(jīng)過雙折射晶體相移加倍為巾2;再次經(jīng)過法拉第旋轉(zhuǎn)器后偏振方向再旋轉(zhuǎn)45度， 與從第二保偏光纖出來的入射光的偏振方向互相垂直，由于返回光與入射光的偏振方向互 相垂直，從偏振棱鏡出射后的角度與入射光的角度不同，從而進入到第一保偏光纖中，由于 第一保偏光纖與第二保偏光纖的慢軸互相垂直，因此偏振方向仍然沿著第一保偏光纖的慢 軸，從而從第一保偏光纖出射。
[0013] 保偏光纖采用大模場面積保偏光纖、摻雜增益保偏光纖、大模場面積雙包層保偏 光纖和保偏光子晶體光纖中的一種。保偏光纖中摻雜，使其具有增益特性。根據(jù)波長選擇 或設(shè)計保偏光纖，不受波長的限制。保偏光纖的端頭進行角度或模場面積的處理。兩根保 偏光纖的保偏方向在空間上互相垂直。
[00