基于非線性偏振旋轉鎖模的多波長同步輸出光纖激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及基于非線性偏振旋轉鎖模的多波長同步輸出光纖激光器，包括半導體激光器，波分復用器，增益光纖，第一準直鏡，第一半波片，第一四分之一波片，第一偏振分光器，法拉第隔離器，閃耀光柵，銀鏡，第一半波片，采用非線性偏振旋轉技術進行鎖模，避免了使用易壞的可飽和吸收體，增大了激光器的穩(wěn)定性。同一激光增益光纖和非線性偏振鎖模器件，增大了兩個波長在激光腔中的交叉相位調制相互作用的距離，即可以增大同步鎖模時兩個激光腔腔長失調范圍。通過改變分光光柵的角度可以調諧激光器的輸出波長，通過改變準直器在光譜空間上的位置可以改變雙波長間的間隔，通過改變準直器離分光光柵的位置可以改變激光輸出脈沖的脈沖譜寬和脈沖寬度。
【專利說明】
基于非線性偏振旋轉鎖模的多波長同步輸出光纖激光器
技術領域
[0001]本發(fā)明專利涉及一種光纖激光器，特別涉及一種被動激光脈沖同步、脈沖寬度可變、脈沖波長可調諧、雙波長、超短光脈沖輸出的被動鎖模光纖激光器結構，并且該激光器的各個波長間可以自由轉換。
【背景技術】
[0002]相鄰波長可互相切換并可同步雙波長鎖模激光輸出的光纖激光器可用于很多的科學技術領域，包括栗浦-探測超快激光光譜學、雙光梳光譜學、光傳感與測量、光通信等。目前主要可采用主動鎖模技術和被動鎖模技術兩種方式實現雙波長鎖模輸出的光纖激光器。其中主動鎖模技術可提供高重復頻率、鎖模穩(wěn)定的激光脈沖輸出，但主動調制器件成本較高，并且主動鎖模獲得的激光脈沖輸出一般線寬較窄，很難提供超短激光脈沖輸出。被動鎖模技術包括了非線性偏振旋轉技術、非線性環(huán)形鏡、半導體可飽和吸收鏡、以及各種基于可飽和吸收特性(包括單壁碳納米管、石墨烯、氧化石墨烯等)的鎖模器件。目前，具有可飽和吸收特性的器件被廣泛適用于光纖激光其中以實現同步雙波長，該方式具有結構簡單，鎖模波長可調諧等特點。但是目前可飽和吸收體一般來說損傷閾值不高，隨著激光運行時間增長，比較容易壞掉。而非線性偏振旋轉技術相比具有可飽和吸收特性的器件更加穩(wěn)定，并且不容易打壞，而被較為廣泛地適用于商業(yè)應用中。但是基于非線性偏振旋轉技術的雙波長鎖模激光器一般都是依靠腔內雙折射引起的梳狀濾波器對腔內激光增益產生濾波作用而獲得，因此兩個波長間的間隔不能大范圍調諧，并且無法獲得同步雙波長脈沖輸出。

【發(fā)明內容】

[0003]為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種基于非線性偏振旋轉鎖模的多波長同步輸出光纖激光器，該激光器可提供同步的雙波長鎖模激光輸出，并且該輸出的兩相近波長間可以實現自由轉換，同時，激光器的輸出波長以及波長間隔都可調諧，并且激光輸出的脈沖譜寬及脈沖寬度也可以在一定程度上進行人為控制。
[0004]本發(fā)明一種基于非線性偏振旋轉鎖模的多波長同步輸出光纖激光器是通過以下技術方案來實現的:
[0005]基于非線性偏振旋轉鎖模的多波長同步輸出光纖激光器，包括半導體激光器(I)，波分復用器(2)，增益光纖(3)，第一準直鏡(4)，第一半波片(5)，第一四分之一波片(6)，第一偏振分光器(7)，法拉第隔離器(8)，閃耀光柵(9)，銀鏡(10)，第一半波片(11)，第二偏振分光器(12)，第二半波片(13)，第二準直鏡(14)，第一色散補償光纖(15)，第三半波片(16)，第二四分之一波片(17),第三準直鏡(18)，第二色散補償光纖(19)，50:50耦合器(20)，其特征在于:半導體激光器(I)作為栗浦源與波分復用器(2)的栗浦波長輸入端通過光纖熔接聯結，栗浦源通過波分復用器(2)為增益光纖(3)提供栗浦光，增益光纖(3)的一端與波分復用器(2)的輸出端通過光纖熔接聯結，增益光纖(3)的另一端與第一準直器(4)通過光纖熔接聯結，增益激光通過第一準直鏡(4)準直后依次入射到第一半波片(5)、第一四分之一波片(6)、第一偏振分光器(7)和法拉第隔離器(8)上，通過法拉第隔離器(8)的激光為p偏振光，p偏振光入射到分光組件上，分光組件包括閃耀光柵(9)、銀鏡(10)、第一半波片(11)和第二偏振分光器(12)，通過閃耀光柵(9)將激光光譜從空間上分開，并通過第一半波片(11)和第二偏振分光器(12)控制入射到第一激光腔和第二激光腔的增益激光的比例。
[0006]P偏振光通過第二偏振分光器(12)入射到第二半波片(13)后通過第二準直器(14)進入第一激光腔中；s偏振光通過第二偏振分光器(12)入射到第三半波片(16)，第二四分之一波片(17)后通過第三準直器(14)進入第二激光腔中。
[0007]第二準直器(14)與第一色散補償光纖(15)的一端通過光纖熔接聯結，第三準直器
(18)與第二色散補償光纖(19)的一端通過光纖熔接聯結。
[0008]第一色散補償光纖(15)以及第二色散補償光纖(19)的另一端與50:50耦合器(20)的分光端分別通過光纖熔接聯結，50:50耦合器(20)的另一端與波分復用器(2)的激光波長輸入端通過光纖熔接聯結。
[0009]第一激光腔和第二激光腔共同使用同一激光增益光纖和非線性偏振鎖模器件，并且第一激光腔和第二激光腔的輸出端都為第一偏振分光器的發(fā)射輸出口，第一激光腔和第二激光腔可共線激光輸出，保證了很長的雙色波長激光脈沖的重合作用區(qū)，從而產生兩個激光脈沖交叉相位調制的相互作用，使得兩個激光器波長發(fā)生移動，從而較大腔長失調范圍內的自動實現兩個波長的脈沖激光重復頻率鎖定而實現同步。
[0010]通過旋轉第一半波片(11)與入射增益激光偏振器的角度，可以調節(jié)入射到第一激光腔以及第二激光腔中的增益激光比例，從而達到兩個激光波長互相切換的作用。
[0011]通過閃耀光柵(9)可以調諧入射到第二準直器(14)和第三準直器(18)中的光譜頻段，從而達到同時調諧激光雙波長輸出的輸出波長。
[0012]通過閃耀光柵(9)可以將增益激光的光譜從空間上分開，第二準直器(14)和第三準直器(18)除了擔任準直器接受激光的功能外，還同時起到小孔選擇輸入光譜的功能，通過改變準直器的的橫向位置，即準直器在光譜散開空間上的位置，可以改變進入激光器中的光譜頻段，從而控制輸出激光脈沖的波長。并且兩個準直器可以分別移動，即通過改變兩個準直器的橫向位置可以調諧雙波長間的間隔距離；因為準直器的通光口徑大小固定，所以通過改變該準直器的縱向位置，即準直器到光柵的距離，可以改變進入激光腔中的光譜寬度從而控制輸出激光脈沖的譜寬和脈沖寬度。
[0013]增益光纖(3)為摻稀土增益介質光纖，例如鉺3+光纖、Yb3+光纖、Tm3+光纖。
[0014]本發(fā)明具有的有益效果:
[0015]1、采用非線性偏振旋轉技術進行鎖模，避免了使用易壞的可飽和吸收體，增大了激光器的穩(wěn)定性。
[0016]2、采用同一激光增益光纖和非線性偏振鎖模器件，增大了兩個波長在激光腔中的交叉相位調制相互作用的距離，即可以增大同步鎖模時兩個激光腔腔長失調范圍。
[0017]3、可以通過旋轉腔內半波片的角度調節(jié)入射到第一激光腔以及第二激光腔中的增益激光比例，從而達到兩個激光波長互相切換的作用。
[0018]4、通過改變分光光柵的角度可以調諧激光器的輸出波長，通過改變準直器在光譜空間上的位置可以改變雙波長間的間隔，通過改變準直器離分光光柵的位置可以改變激光輸出脈沖的脈沖譜寬和脈沖寬度。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明所述的基于非線性偏振旋轉鎖模的多波長同步輸出光纖激光器的結構示意圖。
[0020]圖2為發(fā)明實施例所述的基于非線性偏振旋轉鎖模的多波長同步輸出光纖激光器輸出激光經光柵分光后在紅外激光上轉換片上形成的光斑分布情況。
[0021]圖3為本發(fā)明實施例所述的基于非線性偏振旋轉鎖模的多波長同步輸出光纖激光器不同工作狀態(tài)下的雙波長鎖模激光輸出:(a)同步雙波長鎖模脈沖輸出；(b)切換為1540nm情況下的鎖模激光輸出；(c)切換為1555nm情況下的鎖模激光輸出。
[0022]圖4為本發(fā)明實施例所述的基于非線性偏振旋轉鎖模的多波長同步輸出光纖激光器輸出的分別兩個波長的激光脈沖寬度
[0023]圖5為本發(fā)明實施例所述的基于非線性偏振旋轉鎖模的多波長同步輸出光纖激光器的腔長失調長度對兩個波長脈沖輸出的重復頻率的影響，由圖可知，在該情況下可容忍的腔長失調長度為0.46mm。
[0024]圖6為本發(fā)明實施例所述的基于非線性偏振旋轉鎖模的多波長同步輸出光纖激光器的不同腔長失調情況下同步雙波長激光輸出的光譜圖。
[0025]圖7為本發(fā)明實施例所述的基于非線性偏振旋轉鎖模的多波長同步輸出光纖激光器的輸出波長隨光柵9的角度變化而變化的情況
[0026]圖8為本發(fā)明實施例所述的基于非線性偏振旋轉鎖模的多波長同步輸出光纖激光器的輸出雙波長間的間隔隨第二準直器在橫向位置的變化而變化的情況。
[0027]圖中標記:半導體激光器(I)，波分復用器(2)，增益光纖(3)，第一準直鏡(4)，第一半波片(5)，第一四分之一波片(6)，第一偏振分光器(7)，法拉第隔離器(8)，閃耀光柵(9)，銀鏡(10)，第一半波片(11)，第二偏振分光器(12)，第二半波片(13)，第二準直鏡(14)，第一色散補償光纖(15)，第三半波片(16)，第二四分之一波片(17)，第三準直鏡(18)，第二色散補償光纖(19)，50:50耦合器(20)。
【具體實施方式】
[0028]以下結合附圖所示實施例的【具體實施方式】，對本發(fā)明的上述內容再作進一步的詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0029]本發(fā)明基于非線性偏振旋轉鎖模的多波長同步輸出光纖激光器包括半導體激光器，波分復用器，增益光纖，第一準直鏡，第一半波片，第一四分之一波片，第一偏振分光器，法拉第隔離器，閃耀光柵，銀鏡，第一半波片，第二偏振分光器，第二半波片，第二準直鏡，第一色散補償光纖，第三半波片，第二四分之一波片，第三準直鏡，第二色散補償光纖，50:50親合器，栗浦光源I為光纖親合輸出的半導體激光器，其輸出波長為976nm的栗浦光，輸出功率為450mW;光纖芯徑為8μπι，數值孔徑為0.12;該光纖耦合輸出的半導體激光器與波分復用器2中976nm的接收端通過光纖熔接聯結;波分復用器2中976nm以及1550nm的結合端與摻鉺光纖通過光纖熔接聯結;該摻鉺光纖3為Thorlabs鉺80-8/125，長度為75cm。閃耀光柵9的光纖刻度為600線/毫米，閃耀角為28度41分。第一準直鏡4，第二準直鏡14與第三準直鏡18的焦距為18mm。由于鉺光纖在1.55微米為正色散光纖，所以第一色散補償光纖16以及第二色散補償光纖19均為普通的單模光纖即可。
[0030]基于非線性偏振旋轉鎖模的多波長同步輸出光纖激光器的輸出激光經光柵分光后在紅外激光上轉換片上形成的光斑分布情況如圖2所示，由圖2可以清楚地表明，所述激光器為雙波長輸出。
[0031]基于非線性偏振旋轉鎖模的多波長同步輸出光纖激光器在轉動第二半波片11下獲得的不同工作狀態(tài)的雙波長鎖模激光輸出如圖3所示，其中圖3(a)表示同步雙波長鎖模脈沖輸出；圖3(13)表不切換為1540nm情況下的鎖模激光輸出；圖3(0)表不切換為1555nm情況下的鎖模激光輸出。
[0032]基于非線性偏振旋轉鎖模的多波長同步輸出光纖激光器輸出的兩個波長分別的激光脈沖寬度有自相關儀測量分別為I.38ps和1.70ps，如圖4所示。
[0033]基于非線性偏振旋轉鎖模的多波長同步輸出光纖激光器輸出的兩個波長激光的鎖模重復頻率隨第三準直鏡的縱向位置的變化而變化的情況如圖5所示。由圖5所知，當第三準直鏡移動的時候，第二激光腔的激光脈沖輸出重復頻率發(fā)生變化，第三準直透鏡遠離第二偏振分光器12的時候，第二激光腔的激光脈沖輸出重復頻率減小。由于交叉相位調制相互作用，第一激光腔的激光脈沖輸出重復頻率隨第二激光腔的激光脈沖輸出重復頻率變化而變化，以達到同步雙波長鎖模激光脈沖輸出，直到第三準直鏡移動距離超過腔長失調可容忍范圍。在該實施例中，腔長失調可容忍范圍為0.46mm。
[0034]基于非線性偏振旋轉鎖模的多波長同步輸出光纖激光器的不同腔長失調情況下同步雙波長激光輸出的光譜情況如圖6所示。由圖6所知，當第三準直鏡遠離第二偏振分光器12的時候，雙波長中較短波長鎖模的脈沖峰值波長從1540.7nm頻移到1545.7nm，而雙波長中較長波長鎖模的脈沖峰值波長從1559.4nm頻移到1563.2nm。激光輸出波長的頻移是因為腔內強的交叉向位調制作用強迫激光輸出通過改變波長從而改變激光腔中的色散，以達到同步輸出的目的。當第三準直鏡移動距離超過腔長失調可容忍范圍時，激光器不再輸出雙波長，而只有單波長鎖模激光輸出。
[0035]基于非線性偏振旋轉鎖模的多波長同步輸出光纖激光器的雙波長隨閃耀光柵9的角度變化的情況如圖7所示。在本實施例中我們獲得了約5.6nm的可調諧范圍。
[0036]基于非線性偏振旋轉鎖模的多波長同步輸出光纖激光器的雙波長鎖模波長間的間隔隨第二準直器在橫向位置的變化而變化的情況如圖8所示。在本實施例中我們實現了波長間隔從10.5nm到28.2nm可調的范圍，遠大于一般的采用非線性偏振旋轉技術鎖模的波長間隔可調諧范圍。
【主權項】
1.基于非線性偏振旋轉鎖模的多波長同步輸出光纖激光器，包括半導體激光器(I)，波分復用器(2)，增益光纖(3)，第一準直鏡(4)，第一半波片(5)，第一四分之一波片(6)，第一偏振分光器(7)，法拉第隔離器(8)，閃耀光柵(9)，銀鏡(10)，第一半波片(11)，第二偏振分光器(12)，第二半波片(13)，第二準直鏡(14)，第一色散補償光纖(15)，第三半波片(16)，第二四分之一波片(17)，第三準直鏡(18)，第二色散補償光纖(19)，50:50耦合器(20)，其特征在于:半導體激光器(I)作為栗浦源與波分復用器(2)的栗浦波長輸入端通過光纖熔接聯結，栗浦源通過波分復用器(2)為增益光纖(3)提供栗浦光，增益光纖(3)的一端與波分復用器(2)的輸出端通過光纖熔接聯結，增益光纖(3)的另一端與第一準直器(4)通過光纖熔接聯結，增益激光通過第一準直鏡(4)準直后依次入射到第一半波片(5)、第一四分之一波片(6)、第一偏振分光器(7)和法拉第隔離器(8)上，通過法拉第隔離器(8)的激光為P偏振光，P偏振光入射到分光組件上，分光組件包括閃耀光柵(9)、銀鏡(10)、第一半波片(11)和第二偏振分光器(12)，通過閃耀光柵(9)將激光光譜從空間上分開，并通過第一半波片(11)和第二偏振分光器(12)控制入射到第一激光腔和第二激光腔的增益激光的比例。2.根據權利要求1所述的基于非線性偏振旋轉鎖模的多波長同步輸出光纖激光器，其特征在于:P偏振光通過第二偏振分光器(12)入射到第二半波片(13)后通過第二準直器(14)進入第一激光腔中；s偏振光通過第二偏振分光器(12)入射到第三半波片(16)，第二四分之一波片(17)后通過第三準直器(14)進入第二激光腔中。3.根據權利要求1所述的基于非線性偏振旋轉鎖模的多波長同步輸出光纖激光器，其特征在于:第二準直器(14)與第一色散補償光纖(15)的一端通過光纖熔接聯結，第三準直器(18)與第二色散補償光纖(19)的一端通過光纖熔接聯結。4.根據權利要求1所述的基于非線性偏振旋轉鎖模的多波長同步輸出光纖激光器，其特征在于:第一色散補償光纖(15)以及第二色散補償光纖(19)的另一端與50:50耦合器(20)的分光端分別通過光纖熔接聯結，50:50耦合器(20)的另一端與波分復用器(2)的激光波長輸入端通過光纖熔接聯結。5.根據權利要求1所述的基于非線性偏振旋轉鎖模的多波長同步輸出光纖激光器，其特征在于:第一激光腔和第二激光腔共同使用同一激光增益光纖和非線性偏振鎖模器件，并且第一激光腔和第二激光腔的輸出端都為第一偏振分光器的發(fā)射輸出口，第一激光腔和第二激光腔可共線激光輸出，保證了很長的雙色波長激光脈沖的重合作用區(qū)，從而產生兩個激光脈沖交叉相位調制的相互作用，使得兩個激光器波長發(fā)生移動，從而較大腔長失調范圍內的自動實現兩個波長的脈沖激光重復頻率鎖定而實現同步。6.根據權利要求1所述的基于非線性偏振旋轉鎖模的多波長同步輸出光纖激光器，其特征在于:通過旋轉第一半波片(11)與入射增益激光偏振器的角度，可以調節(jié)入射到第一激光腔以及第二激光腔中的增益激光比例，從而達到兩個激光波長互相切換的作用。7.根據權利要求1所述的基于非線性偏振旋轉鎖模的多波長同步輸出光纖激光器，其特征在于:通過閃耀光柵(9)可以調諧入射到第二準直器(14)和第三準直器(18)中的光譜頻段，從而達到同時調諧激光雙波長輸出的輸出波長。8.根據權利要求1所述的基于非線性偏振旋轉鎖模的多波長同步輸出光纖激光器，其特征在于:通過閃耀光柵(9)可以將增益激光的光譜從空間上分開，第二準直器(14)和第三準直器(18)除了擔任準直器接受激光的功能外，還同時起到小孔選擇輸入光譜的功能，通過改變準直器的橫向位置，即準直器在光譜散開空間上的位置，可以改變進入激光器中的光譜頻段，從而控制輸出激光脈沖的波長。并且兩個準直器可以分別移動，即通過改變兩個準直器的橫向位置可以調諧雙波長間的間隔距離；因為準直器的通光口徑大小固定，所以通過改變該準直器的縱向位置，即準直器到光柵的距離，可以改變進入激光腔中的光譜寬度從而控制輸出激光脈沖的譜寬和脈沖寬度。9.根據權利要求1所述的基于非線性偏振旋轉鎖模的多波長同步輸出光纖激光器，其特征在于:增益光纖(3)為摻稀土增益介質光纖。
【文檔編號】H01S3/067GK106058620SQ201610379550
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月30日
【發(fā)明人】汪莎
【申請人】四川廣正科技有限公司