一種基于單包層釹光纖及環(huán)形腔的飛秒激光器及制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于單包層釹光纖及環(huán)形腔的飛秒激光器及制作方法，所述飛秒激光器包括腔體部分和空間光路部分；所述腔體部分包括808nm單模半導(dǎo)體光泵浦（1）、808nm光纖式單模隔離器（2）、808/920nm波分復(fù)用器（3）、單包層摻釹增益光纖（4）、920nm光纖準(zhǔn)直器（5）；所述空間光路部分包括低通二向色鏡（6）、920nm1/4波片（7）、920nm偏振分束棱鏡（8）、920nm法拉第旋光器（9）、920nm1/2波片（10）、雙折射濾波片（11）。本發(fā)明發(fā)掘了摻釹光纖在900–920nm之間的鎖模潛力，在保證單脈沖能量的前提下提高了光-光轉(zhuǎn)換效率，同時這一激光器的發(fā)明使得集成化的雙光子熒光顯微鏡有了更優(yōu)且便于集成的光源。
【專利說明】—種基于單包層釹光纖及環(huán)形腔的飛秒激光器及制作方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖飛秒激光器【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體涉及一種基于單包層釹光纖及環(huán)形腔的飛秒激光器及制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖飛秒激光器是飛秒激光技術(shù)的典型之一。飛秒激光技術(shù)是近些年來在量子光學(xué)及非線性光學(xué)的基礎(chǔ)上迅速發(fā)展起來的應(yīng)用技術(shù)，其定義為脈寬從幾個飛秒到幾百飛秒之間的超快激光脈沖，其中l(wèi)fs=10-15s。新型的雙光子顯微鏡需要使用飛秒激光作為激發(fā)光源，才能夠利用雙光子效應(yīng)激發(fā)生物熒光蛋白進(jìn)而成像。在這一分支領(lǐng)域，傳統(tǒng)的方法是使用鈦寶石激光器作為光源，其優(yōu)勢在于可靠的穩(wěn)定性和寬帶可調(diào)諧性。然而，鈦寶石激光器成本較高，系統(tǒng)龐大，便攜性較差；最近使用藍(lán)光泵浦的鈦寶石激光器成本有較大幅度的降低，其輸出功率偏低這一劣勢并未得到改善。這無疑限制了雙光子顯微鏡的研究發(fā)展。光纖飛秒激光器的使用對雙光子顯微鏡的微型化也是十分必要的，由于激光可以在光纖形成的腔內(nèi)振蕩，不比像空間光路那樣考慮很多準(zhǔn)直、聚焦、耦合以及晶體相位匹配等問題，這樣可以節(jié)省很多空間，便于集成。
[0003]鎖模技術(shù)是光纖飛秒激光器的核心技術(shù)，其要點(diǎn)在于頻域內(nèi)實(shí)現(xiàn)增益帶寬內(nèi)的多個模式相位鎖定，使得時域內(nèi)產(chǎn)生超短脈沖。當(dāng)前較為流行的光纖飛秒激光器的鎖模技術(shù)分為兩類，一類為主動鎖模，但需要額外添加主動鎖模元件，腔型結(jié)構(gòu)復(fù)雜；另一類為被動鎖模，腔型結(jié)構(gòu)簡單，可以充分利用增益介質(zhì)的增益帶寬。其中，在被動鎖模光纖飛秒激光器領(lǐng)域，非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模技術(shù)是當(dāng)前較為流行的技術(shù)之一，它利用光在光纖中傳播產(chǎn)生的非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，以及在腔內(nèi)空間部分使用偏振控制元件構(gòu)成可飽和吸收體，從而實(shí)現(xiàn)光纖激光器在增益帶寬內(nèi)的模式鎖定，產(chǎn)生飛秒量級的超短光脈沖。
[0004]目前鎖模中心波長在900- 950nm之間的光纖飛秒激光器，其制作方法主要有兩大類，第一類線性腔輸出900 - 950nm的超短脈沖，從當(dāng)前國際上發(fā)表的論文來看，腔內(nèi)必須增加色散元件來平衡色散，這樣對單脈沖能量有一定的限制，難以超過0.5nJ ;第二類是最新的研究采用W型雙包層摻釹光纖作為環(huán)形腔內(nèi)的增益光纖，其橫截面折射率分布為W型，即纖芯 > 外包層 > 內(nèi)包層，盡管這種結(jié)構(gòu)的摻釹光纖在室溫下即可有效抑制1064nm處的四能級輻射，從而提高900 - 950nm之間的三能級輻射，然而其與普通單模光纖或者其他雙包層光纖的熔接損耗較大，導(dǎo)致光-光轉(zhuǎn)換效率較低，不到1%。
[0005]總之,現(xiàn)有的900_950nm波段的光纖飛秒激光器存在成本高,結(jié)構(gòu)復(fù)雜，光_光轉(zhuǎn)換效率較低，飛秒脈沖能量低的技術(shù)缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一)要解決的技術(shù)問題
[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何提高900_950nm波段光釬飛秒激光器的輸出功率和光-光轉(zhuǎn)換效率。[0008](二)技術(shù)方案
[0009]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于單包層釹光纖及環(huán)形腔的飛秒激光器，所述飛秒激光器包括腔體部分和空間光路部分；所述腔體部分包括808nm單模半導(dǎo)體光泵浦l、808nm光纖式單模隔離器2、808/920nm波分復(fù)用器3、單包層摻釹增益光纖4、920nm光纖準(zhǔn)直器5 ;所述空間光路部分包括低通二向色鏡6、920nml/4波片7、920nm偏振分束棱鏡8、920nm法拉第旋光器9、920nml/2波片10、雙折射濾波片11 ；
[0010]所述808nm單模半導(dǎo)體光泵浦l、808nm光纖式單模隔離器2、808/920nm波分復(fù)用器3按順序焊接在一起，在所述808nm光纖式單模隔離器2與808/920nm波分復(fù)用器3的焊接處，焊接所述920nm光纖準(zhǔn)直器5，形成腔體單元；所述腔體部分包括兩個腔體單元，分別為腔體一和腔體二；
[0011]所述單包層摻釹增益光纖4的一端焊接在所述腔體一的808/920nm波分復(fù)用器3上，其另一端焊接在所述腔體二的808/920nm波分復(fù)用器3上，形成環(huán)形腔體；所述腔體一的920nm光纖準(zhǔn)直器5與所述腔體二的920nm光纖準(zhǔn)直器5之間設(shè)置空間光路部分，所述空間光路部分依次為低通二向色鏡6、920nml/4波片7、920nm偏振分束棱鏡8、920nm法拉第旋光器9、920nml/2波片10、920nm偏振分束棱鏡8、雙折射濾波片ll、920nml/2波片10、920nml/4 波片 7。
[0012]優(yōu)選地，所述空間光路部分還包括色散補(bǔ)償光柵對(12)，位于所述腔體一的920nm光纖準(zhǔn)直器(5)和所述空間光路部分的920nml/4波片(7)之間，所述低通二向色鏡
(6)從所述空間光路部分去除。
[0013]優(yōu)選地，所述空間光路部分還包括濾波光柵(13)，位于所述腔體一的920nm光纖準(zhǔn)直器(5)和所述空間光路部分的920nml/4波片(7)之間，所述低通二向色鏡(6)從所述空間光路部分去除。
[0014]優(yōu)選地，所述色散補(bǔ)償光柵對12為反射式光柵或透射式光柵。
[0015]優(yōu)選地，所述濾波光柵13為反射式光柵或透射式光柵。
[0016]一種基于單包層釹光纖及環(huán)形腔的飛秒激光器的制造方法，所述包括以下步驟:
[0017]S1、根據(jù)激光器的波長910nm，選取單包層摻釹增益光纖為增益光纖；
[0018]S2、根據(jù)激光器的波長910nm，選取780HP或HI780為920nm光纖準(zhǔn)直器5與808/920nm波分復(fù)用器3尾纖；
[0019]S3、根據(jù)所設(shè)定的重復(fù)頻率，調(diào)配所述單包層摻釹增益光纖4的長度、空間光路部分的長度，保證增益光纖能夠在808nm附近提供約30dB的吸收增益；其中有重復(fù)頻率=光速/ (折射率*環(huán)形腔體的腔長)；
[0020]S4、焊接所述飛秒激光器的腔體部分、焊接所述單包層摻釹增益光纖(4)到所述腔體部分；
[0021]S5、設(shè)置空間光路部分；
[0022]S6、調(diào)節(jié)兩個920nm光纖準(zhǔn)直器5之間的耦合，使一端出射光能夠較好地耦合至另一端，從而形成連續(xù)激光輸出；
[0023]S7、調(diào)節(jié)空間光路部分的920nml/4波片7、920nml/2波片10與雙折射濾波片11的光軸取向，從而實(shí)現(xiàn)鎖模脈沖光輸出。
[0024]優(yōu)選地，所述步驟S7中利用光譜儀監(jiān)測輸出的脈沖光。[0025](三)有益效果
[0026]本發(fā)明提供了一種基于單包層釹光纖及環(huán)形腔的飛秒激光器及制作方法，本發(fā)明發(fā)掘了摻釹光纖在900 - 920nm之間的鎖模潛力，在保證單脈沖能量的前提下提高了光-光轉(zhuǎn)換效率，同時這一激光器的發(fā)明使得集成化的雙光子熒光顯微鏡有了更優(yōu)且便于集成的光源。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0028]圖1為本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例的一種基于單包層釹光纖及環(huán)形腔的飛秒激光器的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0029]圖2為本發(fā)明的另一個較佳實(shí)施例的一種基于單包層釹光纖及環(huán)形腔的飛秒激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖3為本發(fā)明的另一個較佳實(shí)施例的一種基于單包層釹光纖及環(huán)形腔的飛秒激光器的結(jié)構(gòu)不意圖。
[0031]【專利附圖】

【附圖說明】:
[0032]l、808nm單模半導(dǎo)體光泵浦；2、808nm光纖式單模隔離器；3、808/920nm波分復(fù)用器；4、單包層摻釹增益光纖；5、920nm光纖準(zhǔn)直器；6、低通二向色鏡；7、920nml/4波片；8、920nm偏振分束棱鏡；9、920nm法拉第旋光器；10、920nml/2波片；11、雙折射濾波片；12、色散補(bǔ)償光柵對；13、濾波光柵。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。
[0034]實(shí)施例1
[0035]圖1為本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例的一種基于單包層釹光纖及環(huán)形腔的飛秒激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；本實(shí)施例中，本發(fā)明的基于單包層摻釹光纖及環(huán)形腔的飛秒激光器，所述飛秒激光器包括腔體部分和空間光路部分；所述腔體部分包括808nm單模半導(dǎo)體光泵浦1、808nm光纖式單模隔離器2、808/920nm波分復(fù)用器3、單包層摻釹增益光纖4、920nm光纖準(zhǔn)直器5 ;所述空間光路部分包括低通二向色鏡6、920nml/4波片7、920nm偏振分束棱鏡8、920nm法拉第旋光器9、920nml/2波片10、雙折射濾波片11 ;所述808nm單模半導(dǎo)體光泵浦1、808nm光纖式單模隔離器2、808/920nm波分復(fù)用器3按順序焊接在一起，在所述808nm光纖式單模隔離器2與808/920nm波分復(fù)用器3的焊接處，焊接所述920nm光纖準(zhǔn)直器5，形成腔體單元；所述腔體部分包括兩個腔體單元，分別為腔體一和腔體二 ；所述單包層摻釹增益光纖4的一端焊接在所述腔體一的808/920nm波分復(fù)用器3上，其另一端焊接在所述腔體二的808/920nm波分復(fù)用器3上，形成環(huán)形腔體。
[0036]所述腔體一的920nm光纖準(zhǔn)直器5與所述腔體二的920nm光纖準(zhǔn)直器5之間設(shè)置空間光路部分，所述空間光路部分依次為低通二向色鏡6、920nml/4波片7、920nm偏振分束棱鏡8、920nm法拉第旋光器9、920nml/2波片10、920nm偏振分束棱鏡8、雙折射濾波片11、920nml/2 波片 10、920nml/4 波片 7。
[0037]本發(fā)明還公開了一種基于單包層釹光纖及環(huán)形腔的飛秒激光器的制造方法，其特征在于，所述包括以下步驟:
[0038]S1、根據(jù)激光器的波長910nm,選取單包層摻釹增益光纖為增益光纖,利用其在室溫下的三能級輻射特性；
[0039]S2、根據(jù)激光器的波長910nm，為保證其在腔體內(nèi)的單模、低損耗振蕩，選取780HP或HI780為920nm光纖準(zhǔn)直器5與808/920nm波分復(fù)用器3尾纖；
[0040]S3、根據(jù)所設(shè)定的重復(fù)頻率，調(diào)配所述單包層摻釹增益光纖4的長度、空間光路部分的長度，保證增益光纖能夠在808nm附近提供約30dB的吸收增益；其中有重復(fù)頻率=光速/ (折射率*環(huán)形腔體的腔長)；
[0041]S4、焊接所述飛秒激光器的腔體部分、焊接所述單包層摻釹增益光纖4到所述腔體部分；
[0042]S5、設(shè)置空間光路部分；
[0043]S6、調(diào)節(jié)兩個920nm光纖準(zhǔn)直器5之間的耦合，使一端出射光能夠較好地耦合至另一端，從而形成連續(xù)激光輸出；
[0044]S7、調(diào)節(jié)空間光路部分的920nml/4波片7、920nml/2波片10與雙折射濾波片11的光軸取向，利用光譜儀監(jiān)測輸出的脈沖光，實(shí)現(xiàn)鎖模脈沖光輸出。
[0045]實(shí)施例2
[0046]圖2為本發(fā)明的另一個較佳實(shí)施例的一種基于單包層釹光纖及環(huán)形腔的飛秒激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；與實(shí)施例1相比較，本實(shí)施例增加了光學(xué)器件色散補(bǔ)償光柵對12，位于所述腔體一的920nm光纖準(zhǔn)直器(5)和所述空間光路部分的920nml/4波片(7)之間，所述低通二向色鏡(6)從所述空間光路部分去除。所述色散補(bǔ)償光柵對12為反射式光柵或透射式光柵。本實(shí)施例的腔體部分與實(shí)施例相同，本實(shí)施例的制作方法與實(shí)施例1相同，這里不再贅述。
[0047]實(shí)施例3
[0048]圖3為本發(fā)明的另一個較佳實(shí)施例的一種基于單包層釹光纖及環(huán)形腔的飛秒激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；與實(shí)施例1相比較，本實(shí)施例增加了光學(xué)器件濾波光柵13，位于所述腔體一的920nm光纖準(zhǔn)直器(5)和所述空間光路部分的920nml/4波片(7)之間，所述低通二向色鏡(6)從所述空間光路部分去除。所述濾波光柵13為反射式光柵或透射式光柵。本實(shí)施例的腔體部分與實(shí)施例相同，本實(shí)施例的制作方法與實(shí)施例1相同，這里不再贅述。
[0049]本發(fā)明的一種基于單包層釹光纖及環(huán)形腔的飛秒激光器利用808nm單模半導(dǎo)體光泵浦作為激勵光源，保證腔內(nèi)的足夠高的抽運(yùn)功率及非線性，從而實(shí)現(xiàn)鎖模；采用被動鎖模中的非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模機(jī)制，直接產(chǎn)生飛秒級光鎖模脈沖；采用雙折射濾波片11、低通二向色鏡來濾除四能級系統(tǒng)激射波段光強(qiáng)，保證激光器工作在三能級波長并維持鎖模的穩(wěn)定性。
[0050]本發(fā)明發(fā)掘了摻釹光纖在900 - 920nm之間的鎖模潛力，在保證單脈沖能量的前提下提高了光-光轉(zhuǎn)換效率，同時這一激光器的發(fā)明使得集成化的雙光子熒光顯微鏡有了更優(yōu)且便于集成的光源。
[0051]以上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限制。盡管參照實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行各種組合、修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種基于單包層釹光纖及環(huán)形腔的飛秒激光器，其特征在于，所述飛秒激光器包括腔體部分和空間光路部分；所述腔體部分包括808nm單模半導(dǎo)體光泵浦(l)、808nm光纖式單模隔離器(2)、808/920nm波分復(fù)用器(3)、單包層摻釹增益光纖(4)、920nm光纖準(zhǔn)直器(5);所述空間光路部分包括低通二向色鏡(6)、920nml/4波片(7)、920nm偏振分束棱鏡(8)、920nm法拉第旋光器(9)、920nml/2波片(10)、雙折射濾波片(11)； 所述808nm單模半導(dǎo)體光泵浦(l)、808nm光纖式單模隔離器(2)、808/920nm波分復(fù)用器(3)按順序焊接在一起，在所述808nm光纖式單模隔離器(2)與808/920nm波分復(fù)用器(3 )的焊接處，焊接所述920nm光纖準(zhǔn)直器(5 )，形成腔體單元；所述腔體部分包括兩個腔體單元，分別為腔體一和腔體二； 所述單包層摻釹增益光纖(4)的一端焊接在所述腔體一的808/920nm波分復(fù)用器(3)上，其另一端焊接在所述腔體二的808/920nm波分復(fù)用器(3)上，形成環(huán)形腔體；所述腔體一的920nm光纖準(zhǔn)直器(5)與所述腔體二的920nm光纖準(zhǔn)直器(5)之間設(shè)置空間光路部分，所述空間光路部分依次為低通二向色鏡(6)、920nml/4波片(7)、920nm偏振分束棱鏡(8)、920nm法拉第旋光器(9)、920nml/2波片(10)、920nm偏振分束棱鏡(8)、雙折射濾波片(ll)、920nml/2 波片(10)、920nml/4 波片(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛秒激光器，其特征在于，所述空間光路部分還包括色散補(bǔ)償光柵對(12)，位于所述腔體一的920nm光纖準(zhǔn)直器(5)和所述空間光路部分的920nml/4波片(7 )之間，所述低通二向色鏡(6 )從所述空間光路部分去除。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛秒激光器，其特征在于，所述空間光路部分還包括濾波光柵(13)，位于所述腔體一 的920nm光纖準(zhǔn)直器(5)和所述空間光路部分的920nml/4波片(7 )之間，所述低通二向色鏡(6 )從所述空間光路部分去除。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的飛秒激光器，其特征在于，所述色散補(bǔ)償光柵對(12)為反射式光柵或透射式光柵。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的飛秒激光器，其特征在于，所述濾波光柵(13)為反射式光柵或透射式光柵。
6.一種基于單包層釹光纖及環(huán)形腔的飛秒激光器的制造方法，其特征在于，所述包括以下步驟: S1、根據(jù)激光器的波長910nm，選取單包層摻釹增益光纖為增益光纖； S2、根據(jù)激光器的波長910nm，選取780HP或HI780為920nm光纖準(zhǔn)直器(5)與.808/920nm波分復(fù)用器(3)尾纖； S3、根據(jù)所設(shè)定的重復(fù)頻率，調(diào)配所述單包層摻釹增益光纖(4)的長度、空間光路部分的長度，保證增益光纖能夠在808nm附近提供約30dB的吸收增益；其中有重復(fù)頻率=光速/(折射率*環(huán)形腔體的腔長)； S4、焊接所述飛秒激光器的腔體部分、焊接所述單包層摻釹增益光纖(4)到所述腔體部分； S5、設(shè)置空間光路部分； S6、調(diào)節(jié)兩個920nm光纖準(zhǔn)直器(5)之間的耦合，使一端出射光能夠較好地耦合至另一端，從而形成連續(xù)激光輸出； S7、調(diào)節(jié)空間光路部分的920nml/4波片(7)、920nml/2波片(10)與雙折射濾波片(11)的光軸取向，從而實(shí)現(xiàn)鎖模脈沖光輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要 求6所述的制作方法，其特征在于，所述步驟S7中利用光譜儀監(jiān)測輸出的脈沖光。
【文檔編號】H01S3/08GK103944048SQ201410164008
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月23日
【發(fā)明者】高翔, 王愛民, 陳冰影, 張健, 張志剛 申請人:北京大學(xué)