專利名稱：高重復(fù)頻率被動鎖模超短脈沖全光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高重復(fù)頻率被動鎖模超短脈沖全光纖激光器，屬于激光技術(shù)及其非線性光學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高功率超短脈沖光纖激光器，通常由低功率種子源和多級功率放大器組成。低功率種子源決定了激光的輸出波長、脈沖寬度、重復(fù)頻率等關(guān)鍵性能，而功率放大器決定了激光輸出的平均功率、脈沖能量和峰值功率等。由于高功率超短脈沖光纖激光種子源的重復(fù)頻率一般在500kHz IOOMHz之間，所以種子源經(jīng)過光纖放大器之后平均輸出功率小于百瓦量級。在保持同等激光峰值功率的情況下，為了得到更高的平均輸出功率，可通過增加激光種子源的重復(fù)頻率或脈沖寬度來實現(xiàn)。目前，常用的高重復(fù)頻率的種子源主要有脈沖增益開關(guān)半導(dǎo)體激光器、被動鎖模的VECSEL激光器，以及諧波被動鎖模的光纖激光器等。然而脈沖增益開關(guān)半導(dǎo)體激光器具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)成本高等不足；而諧波被動鎖模光纖激光器抖動較大、環(huán)境穩(wěn)定性相對較差；高重復(fù)頻率被動鎖模光纖激光器由于不需要任何外界的有源調(diào)制器件，因此激光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉近年來而備受青睞。目前，全光纖結(jié)構(gòu)被動鎖模光纖激光器最高重復(fù)頻率在200MHz左右，激光脈沖寬度為幾百飛秒量級，經(jīng)過多級光纖放大器之后輸出功率也小于百瓦水平。而對于某些特殊的應(yīng)用，比如高功率超連續(xù)譜光源的產(chǎn)生，不僅需要作為泵浦源的超短脈沖激光器具有較窄的脈沖寬度，而且還需要較高的平均輸出功率(百瓦量級)。因此對于實際應(yīng)用非常迫切的需要高功率、高重復(fù)頻率(GHz)的超短脈沖全光纖激光器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種高重復(fù)頻率被動鎖模超短脈沖全光纖激光器，利用反射式的可飽和吸收體與光纖光柵之間構(gòu)成線形結(jié)構(gòu)的超短激光諧振腔，從而實現(xiàn)重復(fù)頻率達百MHz 的被動鎖模超短激光脈沖輸出。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。一種高重復(fù)頻率被動鎖模超短脈沖全光纖激光器，包括激光泵浦源、波分復(fù)用器、 光纖光柵、稀土摻雜光纖、反射式可飽和吸收體等。其特征在于激光泵浦源連接波分復(fù)用器的泵浦輸入端；波分復(fù)用器的公共端連接光纖光柵；光纖光柵的另一端連接稀土摻雜光纖；稀土摻雜光纖的另一端直接與反射式可飽和吸收體耦合；波分復(fù)用器的信號端作為鎖模超短激光脈沖的輸出端；光纖光柵與反射式可飽和吸收體之間構(gòu)成線形激光諧振腔；反射式可飽和吸收體作為激光被動鎖模器件。一種高重復(fù)頻率被動鎖模超短脈沖全光纖激光器，其特征在于激光泵浦源連接波分復(fù)用器的泵浦輸入端；波分復(fù)用器的公共端連接稀土摻雜光纖；稀土摻雜光纖的另一端連接光纖光柵；光纖光柵的另一端作為鎖模超短激光脈沖的輸出端；波分復(fù)用器的信號端直接與反射式可飽和吸收體耦合；反射式可飽和吸收體與光纖光柵之間構(gòu)成線形激光諧振腔；反射式可飽和吸收體作為激光被動鎖模器件。上述的激光泵浦源為半導(dǎo)體激光器、固體激光器、光纖激光器或拉曼激光器；且激光泵浦源輸出激光的中心波長為λ，500ηπι彡λ彡2000nm。上述的光纖光柵的反射率為R ；中心波長為λ ；3dB光譜帶寬為w，其中1%< R < 99% ；500nm < λ < 3000nm ；0. Olnm < w < lOOnm。上述的稀土摻雜光纖為單包層光纖、雙包層光纖或光子晶體光纖，所摻雜的摻稀土元素包括釹、鐿、鉺、銩、鈥中的一種或多種。上述的波分復(fù)用器、光纖光柵、稀土摻雜光纖為保偏型或非保偏型。上述的可飽和吸收體為半導(dǎo)體可飽和吸收鏡、碳納米管、石墨烯、氧化石墨烯或石墨烯的聚合物。上述的高重復(fù)頻率被動鎖模超短脈沖全光纖激光器可直接使用或作為光纖放大器的種子源使用。本發(fā)明高重復(fù)頻率被動鎖模超短脈沖全光纖激光器具有以下優(yōu)點本發(fā)明采用反射式的可飽和吸收體與光纖光柵之間構(gòu)成全光纖結(jié)構(gòu)的超短線形激光諧振腔，輸出的被動鎖模激光脈沖具有重復(fù)頻率高(GHz)、脈沖寬度窄(飛秒、皮秒)等優(yōu)點，全光纖化的簡單結(jié)構(gòu)也易于實現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。


圖1為實施例1高重復(fù)頻率被動鎖模超短脈沖全光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為實施例1高重復(fù)頻率被動鎖模超短脈沖全光纖激光器的鎖模脈沖串。圖3為實施例1高重復(fù)頻率被動鎖模超短脈沖全光纖激光器的鎖模輸出光譜。圖4為實施例1高重復(fù)頻率被動鎖模超短脈沖全光纖激光器的鎖模脈沖寬度。圖5為實施例2高重復(fù)頻率被動鎖模超短脈沖全光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、激光泵浦源，2、波分復(fù)用器，3、光纖光柵，4、稀土摻雜光纖，5、反射式可飽和吸收體。
具體實施例方式下面結(jié)合圖示1-5對本發(fā)明作進一步說明，但不僅限于以下兩種實施例。實施例1一種高重復(fù)頻率被動鎖模超短脈沖全光纖激光器結(jié)構(gòu)如圖1所示。中心波長為 974nm的激光泵浦源1連接最大承受功率為500mW的980/1060波分復(fù)用器2的泵浦輸入端，激光泵浦源1的最大輸出功率為600mW ；980/1060波分復(fù)用器2的公共端連接反射率為 80%的光纖光柵3，光纖光柵3的中心波長為1064nm，3dB光譜帶寬為0. 5nm ；光纖光柵3的另一端連接IOcm長的摻鐿光纖4，其在974nm波段纖芯泵浦吸收率為1200dB/m ；摻鐿光纖 4的另一端直接與反射式的可飽和吸收體5耦合；波分復(fù)用器2的信號端作為鎖模激光脈沖輸出端；反射率為80%的光纖光柵3與反射式的可飽和吸收體5之間構(gòu)成線形激光諧振腔，整個線形激光諧振腔的長度控制在20cm左右，可飽和吸收體5作為被動鎖模器件，被動鎖模皮秒激光脈沖將從980/1060波分復(fù)用器2的信號端輸出。如圖2、3、4所示，當激光泵浦源的抽運功率為150mW時，得到了穩(wěn)定的重復(fù)頻率為490MHz的鎖模激光脈沖串，此時鎖模激光的中心波長為1064. 2nm,3dB光譜帶寬為0. 13nm，采用自相關(guān)儀測得鎖模激光脈沖的寬度為20ps左右。采用此高重復(fù)頻率皮秒脈沖光纖激光器作種子源，經(jīng)過多級光纖放大器之后，最大平均輸出功率有望高于200W，因此該類高重復(fù)頻率被動鎖模皮秒脈沖全光纖激光器具有廣泛的應(yīng)用前景。上述的激光泵浦源1是單模半導(dǎo)體激光器，上述的光纖光柵3是光纖布拉格光柵， 上述的摻雜光纖4是雙包層摻鐿單模光纖，上述的反射式可飽和吸收體5是反射式半導(dǎo)體可飽和吸收鏡。除了上述外，所述的激光泵浦源(1)不僅局限為單模半導(dǎo)體激光器，還可以包括其他半導(dǎo)體激光器、固體激光器、光纖激光器或拉曼激光器；且激光泵浦源(1)輸出激光的中心波長為λ，其范圍可以為500nm彡λ彡2000nm ；所述的光纖光柵3的反射率為R ；中心波長為λ ；3dB光譜帶寬為w，其范圍為1%< R < 99%;500nm < λ < 3000nm ；0. Olnm <w< IOOnm ；所述的稀土摻雜光纖為單包層光纖、雙包層光纖或光子晶體光纖，所摻雜的摻稀土元素包括釹、鐿、鉺、銩、鈥中的一種或多種；所述的可飽和吸收體( 為半導(dǎo)體可飽和吸收鏡、碳納米管、石墨烯、氧化石墨烯或石墨烯的聚合物。實施例2—種高重復(fù)頻率被動鎖模超短脈沖全光纖激光器結(jié)構(gòu)如圖5所示。中心波長為 1550nm的激光泵浦源1連接1550/2000的波分復(fù)用器2的泵浦輸入端；1550/2000的波分復(fù)用器2的公共端連接: 長的摻雜光纖4 ；摻雜光纖4的另一端連接反射率為90%的光纖光柵3，其中心波長為2000nm，3dB光譜帶寬為2. Onm ；光纖光柵3的另一端作為被動鎖模激光脈沖的輸出端；1550/2000的波分復(fù)用器2的信號端直接與反射式的可飽和吸收體5耦合；反射式的可飽和吸收體5與反射率為90%的光纖光柵3之間構(gòu)成線形激光諧振腔；高重復(fù)頻率被動鎖模超短激光脈沖將從光纖光柵3的另一端輸出。上述的激光泵浦源1是摻鉺光纖激光器，上述的光纖光柵3是光纖布拉格光柵，上述的摻雜光纖4是摻銩雙包層單模光纖，上述的反射式可飽和吸收體5是反射式石墨烯可飽和吸體。除了上述外，激光泵浦源(1)不僅局限為單模半導(dǎo)體激光器，還可以包括其他半導(dǎo)體激光器、固體激光器、光纖激光器或拉曼激光器；且激光泵浦源(1)輸出激光的中心波長為λ，其范圍可以為500nm彡λ彡2000nm ；所述的光纖光柵3的反射率為R ；中心波長為 λ ；3dB 光譜帶寬為 w，其范圍為1%< R< 99% ；500nm < λ < 3000nm ；0. Olnm < w < IOOnm ；所述的稀土摻雜光纖為單包層光纖、雙包層光纖或光子晶體光纖，所摻雜的摻稀土元素包括釹、鐿、鉺、銩、鈥中的一種或多種；可飽和吸收體(5)為半導(dǎo)體可飽和吸收鏡、 碳納米管、石墨烯、氧化石墨烯或石墨烯的聚合物。
權(quán)利要求
1.一種高重復(fù)頻率被動鎖模超短脈沖全光纖激光器，其特征在于激光泵浦源(1)連接波分復(fù)用器O)的泵浦輸入端；波分復(fù)用器O)的公共端連接光纖光柵(3)；光纖光柵 (3)的另一端連接稀土摻雜光纖；稀土摻雜光纖(4)的另一端直接與反射式可飽和吸收體(5)耦合；波分復(fù)用器(2)的信號端作為鎖模超短激光脈沖的輸出端；光纖光柵(3)與反射式可飽和吸收體(5)之間構(gòu)成線形激光諧振腔；反射式可飽和吸收體(5)作為激光被動鎖模器件。
2.一種高重復(fù)頻率被動鎖模超短脈沖全光纖激光器，其特征在于激光泵浦源(1)連接波分復(fù)用器( 的泵浦輸入端；波分復(fù)用器( 的公共端連接稀土摻雜光纖；稀土摻雜光纖的另一端連接光纖光柵(3)；光纖光柵(3)的另一端作為鎖模超短激光脈沖的輸出端；波分復(fù)用器O)的信號端直接與反射式可飽和吸收體(5)耦合；反射式可飽和吸收體(5)與光纖光柵(3)之間構(gòu)成線形激光諧振腔；反射式可飽和吸收體(5)作為激光被動鎖模器件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的一種高重復(fù)頻率被動鎖模超短脈沖全光纖激光器，其特征在于所述的激光泵浦源(1)為半導(dǎo)體激光器、固體激光器、光纖激光器或拉曼激光器；且激光泵浦源(1)輸出激光的中心波長為λ，500nm ^ λ ^ 2000nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的一種高重復(fù)頻率被動鎖模超短脈沖全光纖激光器，其特征在于所述的光纖光柵(3)的反射率為R ；中心波長為λ ；3dB光譜帶寬為w，其中1%< R < 99% ；500nm < λ < 3000nm ；0. Olnm < w < lOOnm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的一種高重復(fù)頻率被動鎖模超短脈沖全光纖激光器，其特征在于所述的稀土摻雜光纖(4)為單包層光纖、雙包層光纖或光子晶體光纖，所摻雜的摻稀土元素包括釹、鐿、鉺、銩、鈥中的一種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的一種高重復(fù)頻率被動鎖模超短脈沖全光纖激光器，其特征在于所述的波分復(fù)用器O)、光纖光柵(3)、稀土摻雜光纖(4)為保偏型或非保偏型。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的一種高重復(fù)頻率被動鎖模超短脈沖全光纖激光器，其特征在于所述的可飽和吸收體(5)為半導(dǎo)體可飽和吸收鏡、碳納米管、石墨烯、氧化石墨烯或石墨烯的聚合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的一種高重復(fù)頻率被動鎖模超短脈沖全光纖激光器，其特征在于所述的高重復(fù)頻率被動鎖模超短脈沖全光纖激光器直接使用或作為光纖放大器的種子源使用。
全文摘要
一種高重復(fù)頻率被動鎖模超短脈沖全光纖激光器，屬于激光技術(shù)及其非線性光學(xué)領(lǐng)域。主要包括激光泵浦源、波分復(fù)用器、光纖光柵、摻雜光纖、可飽和吸收體等，利用短的線形腔實現(xiàn)了被動鎖模的高重復(fù)頻率、超短激光脈沖輸出。該高重復(fù)頻率超短脈沖光纖激光器采用了全光纖結(jié)構(gòu)設(shè)計，經(jīng)過多級光纖功率放大器之后平均輸出功率可達百瓦量級，因此該類高重復(fù)頻率超短脈沖全光纖激光器易于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
文檔編號H01S3/094GK102368585SQ20111027646
公開日2012年3月7日 申請日期2011年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月16日
發(fā)明者劉江, 王璞 申請人:北京工業(yè)大學(xué)