一種基于光譜調節(jié)的光纖激光器及其實現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于光譜調節(jié)的光纖激光器及其實現(xiàn)方法。本發(fā)明的光纖激光器包括：種子源、摻鉺光纖放大器、脈沖壓縮系統(tǒng)和倍頻濾波系統(tǒng)；在增益光纖的末端設置偏振控制器；脈沖壓縮系統(tǒng)采用棱鏡對，調節(jié)預啁啾光纖的長度，使得預啁啾光纖和棱鏡對的負色散抵消增益光纖的正色散。本發(fā)明采用通過調節(jié)預啁啾光纖長度來調節(jié)飛秒脈沖在放大前的負啁啾的大小，控制飛秒脈沖在放大前的負啁啾的大小，來控制在放大過程中的非線性效應，從而優(yōu)化倍頻效率；采用在增益光纖中加入偏振控制器，調節(jié)放大器輸出脈沖的偏振度，減少由于脈沖壓縮系統(tǒng)的棱鏡對對信號光的反射引起的損耗，從而獲得更高的基頻光功率。
【專利說明】一種基于光譜調節(jié)的光纖激光器及其實現(xiàn)方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖激光器，具體涉及一種基于光譜調節(jié)的光纖激光器及其實現(xiàn)方法。
【背景技術】
[0002]近紅外的超短脈沖在太赫茲技術，雙光子成像技術，相干反斯托克斯散射顯微技術等領域具有重大的應用價值。對于以上的應用領域，固體激光器鈦寶石鎖模激光器是產生飛秒脈沖的主流設備。盡管鈦寶石激光器在科研領域上具有很廣泛的應用，但是它們也存在價格高，穩(wěn)定性差，需要經常維修，對工作環(huán)境的穩(wěn)定性要求苛刻等一系列無法克服的缺點。這也阻礙了鈦寶石固體激光器的進一步發(fā)展。
[0003]近年來隨著飛秒量級的光纖激光器的出現(xiàn)，也成為了飛秒固體激光器的有力競爭對手。它的最大優(yōu)點是小型化、效率高、省能源、穩(wěn)定性好。被動鎖模摻鉺光纖激光器在實驗上和理論上都被陸續(xù)證明。但是由于光在光線中傳播的時候的非線性效應以及色散會導致超短脈沖的形變，所以很提高1550nm波段的摻鉺光纖激光器的平均功率，進而更難獲得較高的倍頻后的近紅外波段的飛秒脈沖激光的平均功率。
[0004]目前，已經有人利用一個雙臂重復頻率為98MHz的摻鉺光纖飛秒激光器倍頻獲得770nm波段，平均功率為120毫瓦的飛秒光纖激光器，這類光纖激光器通常使用啁啾型的周期性極化的鈮酸鋰倍頻晶體，商用倍頻晶體通常無法獲得較高的倍頻效率；通過多模鉺鐿共摻光纖放大器也可以獲得了類似的近紅外飛秒激光的輸出功率。但是通過多模鉺鐿共摻光纖放大器的系統(tǒng)中，通常需要透鏡耦合，對環(huán)境的穩(wěn)定性要求苛刻，容易丟失耦合。另外，使用大模場面積的增益光纖，容易喪失了光纖原有的柔韌特性，反而使其體積大于同類估計激光放大器。

【發(fā)明內容】

[0005]針對以上現(xiàn)有技術中飛秒光纖激光器在利用摻鉺光纖激光器信號倍頻時利用透鏡耦合不穩(wěn)定、效率沒有得到優(yōu)化，利用特定啁啾型倍頻晶體等缺點，本發(fā)明提出通過調節(jié)摻鉺光纖放大器的預啁啾光纖長度來調節(jié)飛秒脈沖在放大前的啁啾，從而調節(jié)脈沖的輸出光譜和輸出脈寬的光纖激光器及其實現(xiàn)方法。
[0006]本發(fā)明的一個目的在于提供一種基于光譜調節(jié)的光纖激光器。
[0007]本發(fā)明的基于光譜調節(jié)的光纖激光器包括:種子源、摻鉺光纖放大器、脈沖壓縮系統(tǒng)和倍頻濾波系統(tǒng)；種子源輸出脈沖，通過預啁啾光纖連接至摻鉺光纖放大器；脈沖經摻鉺光纖放大器放大后輸出至脈沖壓縮系統(tǒng)；經脈沖壓縮系統(tǒng)對脈沖壓縮后傳輸至倍頻濾波系統(tǒng)，得到高重頻的飛秒激光脈沖；其中，摻鉺光纖放大器包括泵浦源、耦合器和增益光纖，在增益光纖的兩端分別設置耦合器，耦合器將泵浦源引入增益光纖；在增益光纖的末端設置偏振控制器，調節(jié)摻鉺光纖放大器輸出脈沖的偏振度；脈沖壓縮系統(tǒng)采用棱鏡對，調節(jié)預啁啾光纖的長度，使得預啁啾光纖和棱鏡對的負色散抵消增益光纖的正色散。[0008]利用非線性偏振旋轉鎖模NPR原理獲得摻鉺光纖鎖模激光器作為種子源，輸出脈沖經過一段預啁啾光纖后注入摻鉺光纖放大器中，摻鉺光纖放大器采用雙向泵浦的方式泵浦；然后經過棱鏡對對脈沖進行壓縮，最后經過聚焦到倍頻濾波系統(tǒng)得到倍頻的飛秒脈沖激光。預啁啾光纖采用單模光纖，提供負色散，增益光纖提供負色散。種子源的輸出脈沖，在增益光纖的放大過程中，通過自相位調制引起光譜壓縮效應和脈寬變化，本發(fā)明通過調節(jié)預啁啾光纖的長度，控制飛秒脈沖在放大前的負啁啾的大小，來控制在放大過程中的非線性效應，從而優(yōu)化倍頻效率。
[0009]本發(fā)明在摻鉺光纖放大器的增益光纖的末端弓I入偏振控制器，調節(jié)摻鉺光纖放大器輸出脈沖的偏振度，使得棱鏡對的輸出脈沖的功率最大，減少由于脈沖壓縮系統(tǒng)的棱鏡對對信號光的反射引起的損耗，從而獲得更高的基頻光功率。
[0010]本發(fā)明的另一個目的在于提供一種基于光譜調節(jié)的光纖激光器的實現(xiàn)方法。
[0011]本發(fā)明的基于光譜調節(jié)的光纖激光器的實現(xiàn)方法，包括以下步驟:
[0012]I)根據(jù)實際需要，設計預啁啾光纖的長度范圍和調節(jié)間距；
[0013]2)調整預啁啾光纖的長度，種子源輸出脈沖，通過預啁啾光纖連接至摻鉺光纖放大器放大，通過增益光纖中的偏振控制器調節(jié)輸出脈沖的偏振度，以減少棱鏡對對脈沖光反射引起的損耗，放大后輸出至脈沖壓縮系統(tǒng)；
[0014]3)測量光譜寬度，并且測量壓縮后的脈沖寬度，調節(jié)棱鏡對之間的距離，使得壓縮后的脈沖寬度最小；
[0015]4)脈沖壓縮后傳輸至倍頻濾波系統(tǒng)，測量得到倍頻效率；
[0016]5)按照調節(jié)間距增加預啁啾光纖的長度，重復步驟2)?4)，直到在預啁啾光纖的長度范圍內的點都做完為止，進入步驟6)；
[0017]6)得到倍頻效率隨預啁啾光纖的長度變化的曲線圖，找到倍頻效率最高的點，以此點設置為預啁啾光纖的長度。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點:
[0019](I)采用通過調節(jié)摻鉺光纖放大器的預啁啾光纖長度來調節(jié)飛秒脈沖在放大前的負啁啾的大小，控制飛秒脈沖在放大前的負啁啾的大小，來控制在放大過程中的非線性效應，從而優(yōu)化倍頻效率；
[0020](2)采用在摻鉺光纖放大器的增益光纖中加入偏振控制器，調節(jié)放大器輸出脈沖的偏振度，減少由于脈沖壓縮系統(tǒng)的棱鏡對對信號光的反射引起的損耗，從而獲得更高的基頻光功率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的基于光譜調節(jié)的光纖激光器的一個實施例的結構示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明的基于光譜調節(jié)的光纖激光器在不同預啁啾光纖的長度下的脈沖寬度、光譜寬度和倍頻效率的曲線圖，其中(a)為脈沖寬度和光譜寬度隨預啁啾光纖的長度變化的曲線圖，(b)為倍頻效率隨預啁啾光纖的長度變化的曲線圖；
[0023]圖3為本發(fā)明的基于光譜調節(jié)的光纖激光器輸出的飛秒脈沖的自相關曲線圖；
[0024]圖4為本發(fā)明的基于光譜調節(jié)的光纖激光器輸出的飛秒脈沖的光譜圖?！揪唧w實施方式】
[0025]下面結合附圖，通過實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0026]如圖1所示，本實施例的基于光譜調節(jié)的光纖激光器包括:種子源1、摻鉺光纖放大器2、脈沖壓縮系統(tǒng)3和倍頻濾波系統(tǒng)4 ;其中，摻鉺光纖放大器包括泵浦源21、耦合器22和增益光纖23 ;在增益光纖23的末端設置偏振控制器6。
[0027]圖1中，51為光纖隔離器，長度為30mm ;增益光纖23為220mm的摻鉺光纖；從摻鉺光纖放大器2輸出的脈沖經單模光纖52、光纖隔離器51、準直器71 (直徑為3.8mm)、l/4玻片72 (直徑12.7mm)、1/2玻片73 (直徑12.7mm)和方形反射鏡74 (尺寸20*20*2mm)傳播至棱鏡對3 ；31為角鏡；倍頻濾波系統(tǒng)4依次包括1/2玻片41 (直徑12.7mm)、凸透鏡42(焦距f=35mm,直徑=25.4mm)、倍頻晶體43 (商用銀酸鋰倍頻晶體)、凸透鏡44 (焦距=40mm,直徑=25.4mm)和濾波片45 (直徑=25.4mm)。
[0028]種子源I為利用非線性偏振旋轉鎖模NPR原理獲得重復頻率為80MHz，平均功率為5mW摻鉺光纖鎖模激光器，輸出脈沖經過一段預啁啾光纖5，采用單模光纖，提供負色散，后注入摻鉺光纖放大器中，摻鉺光纖放大器2采用四個974nm 二極管作為泵浦源21雙向泵浦的方式泵浦，經過放大之后獲得407mW的1550nm飛秒脈沖激光，通過摻鉺光纖作為增益光纖23中的偏振控制器6調節(jié)輸出脈沖的偏振度，使得輸出棱鏡對的脈沖的功率最大，即損耗最??；然后經過采用硅材料的棱鏡對的脈沖壓縮系統(tǒng)3對脈沖進行壓縮，最后經過聚焦到商用鈮酸鋰倍頻晶體獲得SOOnm附近的飛秒脈沖激光。通過調節(jié)預啁啾光纖5的長度，可以獲得不同的放大和壓縮后基頻光1550nm飛秒脈沖的光譜寬度和脈沖寬度，這兩個指標也對于倍頻效率產生巨大的影響。
[0029]脈沖寬度和光譜寬度隨預啁啾光纖的長度變化如圖2 (a)所示，其中，曲線a為脈沖寬度隨預啁啾光纖的長度變化的曲線，曲線b為光譜寬度隨預啁啾光纖的長度變化的曲線；倍頻效率隨預啁啾光纖的長度變化如圖2 (b)所示。最后獲得的SOOnm附近飛秒脈沖的自相關曲線如圖3所示，飛秒脈沖的光譜如圖4所示。
[0030]本實施例的基于光譜調節(jié)的光纖激光器的實現(xiàn)方法，包括以下步驟:
[0031]I)設計預啁啾光纖的長度范圍在2?5米之間，調節(jié)間距為調節(jié)間距Im ；
[0032]2)調整預啁啾光纖的長度，種子源輸出脈沖，通過預啁啾光纖連接至摻鉺光纖放大器放大之后獲得407mW的1550nm飛秒脈沖激光，通過增益光纖中的偏振控制器調節(jié)輸出脈沖的偏振度，減少棱鏡對對脈沖光反射引起的損耗，放大后輸出至脈沖壓縮系統(tǒng)；
[0033]3)測量光譜寬度，并且測量壓縮后的脈沖寬度，調節(jié)棱鏡對之間的距離，使得壓縮后的脈沖寬度最小；
[0034]4)脈沖壓縮后傳輸至倍頻濾波系統(tǒng)，測量得到倍頻效率；
[0035]5)按照調節(jié)間距增加預啁啾光纖的長度，重復步驟2)?4)，直到預啁啾光纖的長度范圍內的點都做完為止，進入步驟6)
[0036]6)得到倍頻效率隨預啁啾光纖的長度變化的曲線圖，如圖2 (b)所示，找到倍頻效率最高的點為3m，從而設置為預啁啾光纖的長度為3m，光纖激光器的倍頻效率最高。
[0037]最后需要注意的是，公布實施方式的目的在于幫助進一步理解本發(fā)明，但是本領域的技術人員可以理解:在不脫離本發(fā)明及所附的權利要求的精神和范圍內，各種替換和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應局限于實施例所公開的內容，本發(fā)明要求保護的范圍以權利要求書界定的范圍為準。
【權利要求】
1.一種基于光譜調節(jié)的光纖激光器，其特征在于，所述光纖激光器包括:種子源(I)、摻鉺光纖放大器(2)、脈沖壓縮系統(tǒng)(3)和倍頻濾波系統(tǒng)(4);所述種子源(I)輸出脈沖，通過預啁啾光纖(5)連接至摻鉺光纖放大器(2);脈沖經摻鉺光纖放大器(2)放大后輸出至脈沖壓縮系統(tǒng)(3);經脈沖壓縮系統(tǒng)(3)對脈沖壓縮后傳輸至倍頻濾波系統(tǒng)；其中，摻鉺光纖放大器(2)包括泵浦源(21)、耦合器(22)和增益光纖(23)，在所述增益光纖(23)的兩端分別設置耦合器(22)，耦合器(22)將泵浦源(21)引入增益光纖(23);在所述增益光纖(23)的末端設置偏振控制器(6)，調節(jié)摻鉺光纖放大器(2)輸出脈沖的偏振度；所述脈沖壓縮系統(tǒng)(3)采用棱鏡對，調節(jié)所述預啁啾光纖(5)的長度，使得預啁啾光纖和棱鏡對的負色散抵消增益光纖的正色散。
2.如權利要求1所述的光纖激光器，其特征在于，所述預啁啾光纖(5)采用單模光纖。
3.如權利要求1所述的光纖激光器，其特征在于，所述增益光纖(23)為摻鉺光纖。
4.一種基于光譜調節(jié)的光纖激光器的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述實現(xiàn)方法包括以下步驟: 1)根據(jù)實際需要，設計預啁啾光纖的長度范圍和調節(jié)間距； 2)調整預啁啾光纖的長度，種子源輸出脈沖，通過預啁啾光纖連接至摻鉺光纖放大器放大，通過增益光纖中的偏振控制器調節(jié)輸出脈沖的偏振度，以減少棱鏡對對脈沖光反射引起的損耗，放大后輸出至脈沖壓縮系統(tǒng)； 3)測量光譜寬度，并且測量壓縮后的脈沖寬度，調節(jié)棱鏡對之間的距離，使得壓縮后的脈沖寬度最??； 4)脈沖壓縮后傳輸至倍頻濾波系統(tǒng)，測量得到倍頻效率； 5)按照調節(jié)間距增加預啁啾光纖的長度，重復步驟2)?4)，直到在預啁啾光纖的長度范圍內的點都做完為止，進入步驟6)； 6)得到倍頻效率隨預啁啾光纖的長度變化的曲線圖，找到倍頻效率最高的點，以此點設置為預啁啾光纖的長度。
【文檔編號】H01S3/101GK103715591SQ201410006142
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2014年1月7日 優(yōu)先權日:2014年1月7日
【發(fā)明者】施可彬, 劉關玉, 楊宏, 龔旗煌 申請人:北京大學