本發(fā)明專利屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種腔長(zhǎng)可調(diào)的光纖飛秒激光器。

背景技術(shù)：

飛秒激光器作為光源，廣泛應(yīng)用于光學(xué)頻率梳、異步光學(xué)采樣ASOPS，Asynchronous Optical Sampling、腔長(zhǎng)調(diào)節(jié)光學(xué)采樣OSCAT，Optical Sampling by Cavity Tuning等激光精密測(cè)量領(lǐng)域，其可靠性也直接決定了整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的性能。

相比于固體飛秒激光器，光纖飛秒激光器盡管具有結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性好和成本低的優(yōu)勢(shì)，但是應(yīng)用于精密測(cè)量等工業(yè)領(lǐng)域，其性能還需進(jìn)一步提升。除了需要提高光纖飛秒激光器的鎖模穩(wěn)定性外，還需要增大其重復(fù)頻率的調(diào)諧范圍。

由于激光器的重復(fù)頻率與其諧振腔腔長(zhǎng)有關(guān)，目前，對(duì)于光纖飛秒激光器的重復(fù)頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)的主要手段包括：1）在激光諧振腔內(nèi)加入光纖延時(shí)線，該方式可調(diào)諧范圍小；2）將增益光纖粘貼到壓電陶瓷PZT上，通過(guò)PZT拉伸光纖達(dá)到調(diào)節(jié)腔長(zhǎng)的目的，缺點(diǎn)是容易損壞增益光纖；3）在激光諧振腔內(nèi)加入可移動(dòng)反射鏡，雖然重復(fù)頻率的調(diào)諧范圍較大，但是穩(wěn)定性差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種腔長(zhǎng)可調(diào)的光纖飛秒激光器，具有腔長(zhǎng)調(diào)諧范圍大、環(huán)境穩(wěn)定性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊等特點(diǎn)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種腔長(zhǎng)可調(diào)的光纖飛秒激光器，包括環(huán)形腔、線形支路和腔長(zhǎng)調(diào)節(jié)自動(dòng)控制模塊三部分，其中

所述的環(huán)形腔包括依次連接成環(huán)形的保偏隔離分光型波分復(fù)用器、透射式可飽和吸收體、偏振合束器和保偏摻雜光纖，所述的透射式可飽和吸收體為可實(shí)現(xiàn)自啟動(dòng)鎖模的器件，所述的保偏隔離分光型波分復(fù)用器一端口連接有與環(huán)形腔相耦合的半導(dǎo)體泵浦激光器，泵浦光經(jīng)保偏隔離分光型波分復(fù)用器耦合進(jìn)入環(huán)形腔，反向泵浦保偏摻雜光纖；

所述的線形支路包括依次連接的偏振合束器、非保偏色散補(bǔ)償光纖、光纖準(zhǔn)直器、45°法拉第旋轉(zhuǎn)鏡和角錐棱鏡，所述的光纖準(zhǔn)直器和45°法拉第旋轉(zhuǎn)鏡緊固連接，光纖準(zhǔn)直器輸出的光經(jīng)由角錐棱鏡進(jìn)入45°法拉第旋轉(zhuǎn)鏡偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)90°后產(chǎn)生正交偏振的反射光；

所述的腔長(zhǎng)調(diào)節(jié)自動(dòng)控制模塊包括依次連接的保偏分束器、光電探測(cè)器、自動(dòng)驅(qū)動(dòng)控制電路和壓電陶瓷，所述的角錐棱鏡固定在壓電陶瓷上，保偏分束器用于對(duì)保偏隔離分光型波分復(fù)用器的輸出光進(jìn)行分束，自動(dòng)驅(qū)動(dòng)控制電路根據(jù)接收到的光電探測(cè)器信號(hào)驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷進(jìn)行相應(yīng)的線性平移，實(shí)現(xiàn)對(duì)腔長(zhǎng)的調(diào)節(jié)。

所述的一種腔長(zhǎng)可調(diào)的光纖飛秒激光器，其半導(dǎo)體泵浦激光器采用974nm或976nm或1480nm的尾纖式半導(dǎo)體激光器。

所述的一種腔長(zhǎng)可調(diào)的光纖飛秒激光器，其保偏隔離分光型波分復(fù)用器為混合無(wú)源器件，包括光纖耦合器、光隔離器和波分復(fù)用器。

所述的一種腔長(zhǎng)可調(diào)的光纖飛秒激光器，其透射式可飽和吸收體為透射式的半導(dǎo)體可飽和吸收體、單臂碳納米管、石墨烯和黑鱗中的任一種。

所述的一種腔長(zhǎng)可調(diào)的光纖飛秒激光器，其偏振合束器采用尾纖為保偏光纖的光器件。

所述的一種腔長(zhǎng)可調(diào)的光纖飛秒激光器，其非保偏色散補(bǔ)償光纖提供正常色散，用于補(bǔ)償整個(gè)激光器諧振腔內(nèi)的反常色散。

所述的一種腔長(zhǎng)可調(diào)的光纖飛秒激光器，其光纖準(zhǔn)直器為FC/APC、FC/PC、SC/APC、SC/PC、LC/APC或LC/PC接口的單模光纖準(zhǔn)直器。

所述的一種腔長(zhǎng)可調(diào)的光纖飛秒激光器，其45°法拉第旋轉(zhuǎn)鏡為單程偏轉(zhuǎn)45°的法拉第旋轉(zhuǎn)鏡。

所述的一種腔長(zhǎng)可調(diào)的光纖飛秒激光器，其角錐棱鏡為鍍膜前面精度不大于λ/4，發(fā)射光的光束角度誤差不大于5秒、波長(zhǎng)范圍為400-2000nm的角錐棱鏡。

所述的一種腔長(zhǎng)可調(diào)的光纖飛秒激光器，其保偏摻雜光纖為保偏摻鉺光纖或保偏鉺鐿共摻光纖。

所述的一種腔長(zhǎng)可調(diào)的光纖飛秒激光器，其保偏分束器是1×2的尾纖為保偏單模光纖的無(wú)源器件。

所述的一種腔長(zhǎng)可調(diào)的光纖飛秒激光器，其光電探測(cè)器是尾纖保偏為單模光纖的光電探測(cè)器。

所述的一種腔長(zhǎng)可調(diào)的光纖飛秒激光器，其半導(dǎo)體泵浦激光器、保偏隔離分光型波分復(fù)用器、透射式可飽和吸收體、偏振合束器、色散補(bǔ)償光纖、保偏摻雜光纖、保偏分束器、光電探測(cè)器之間均通過(guò)熔接涂覆或熔接后加熱縮套管的方式連接。

本發(fā)明的有益效果是：采用環(huán)形腔+線形支路的光路設(shè)計(jì)，環(huán)形腔采用全保偏器件，利用透射式可飽和吸收體實(shí)現(xiàn)自啟動(dòng)鎖模；線形支路則巧妙利用偏振合束器、非保偏的色散補(bǔ)償光纖以及45°法拉第旋轉(zhuǎn)鏡實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)諧振腔的色散精確補(bǔ)償，特別是利用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)角錐棱鏡線性平移，不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)光纖飛秒激光器的腔長(zhǎng)進(jìn)行四倍于平移量的大范圍調(diào)諧，而且光路可靠性高，同時(shí)結(jié)合腔長(zhǎng)調(diào)節(jié)自動(dòng)控制模塊，還可以有效補(bǔ)償外界環(huán)境變化所引起的腔長(zhǎng)變化，顯著提升了整個(gè)激光器的穩(wěn)定性。

因此，該腔長(zhǎng)可調(diào)的光纖飛秒激光器具有腔長(zhǎng)調(diào)諧范圍大、環(huán)境穩(wěn)定性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于光學(xué)頻率梳、異步光學(xué)采樣、腔長(zhǎng)調(diào)節(jié)光學(xué)采樣等激光精密測(cè)量領(lǐng)域。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

各附圖標(biāo)記為：1—半導(dǎo)體泵浦激光器，2—保偏隔離分光型波分復(fù)用器，3—透射式可飽和吸收體，4—偏振合束器，5—非保偏色散補(bǔ)償光纖，6—光纖準(zhǔn)直器，7—第一支撐結(jié)構(gòu)件，8—45°法拉第旋轉(zhuǎn)鏡，9—角錐棱鏡，10—第二支撐結(jié)構(gòu)件，11—壓電陶瓷，12—保偏摻雜光纖，13—保偏分束器，14—端口，15—光電探測(cè)器，16—自動(dòng)驅(qū)動(dòng)控制電路。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

參照?qǐng)D1所示，本發(fā)明公開(kāi)了一種腔長(zhǎng)可調(diào)的光纖飛秒激光器，其特征在于：包括環(huán)形腔、線形支路和腔長(zhǎng)調(diào)節(jié)自動(dòng)控制模塊三部分，其中

所述的環(huán)形腔包括依次連接成環(huán)形的保偏隔離分光型波分復(fù)用器2、透射式可飽和吸收體3、偏振合束器4和保偏摻雜光纖12（即增益光纖），所述的透射式可飽和吸收體3為可實(shí)現(xiàn)自啟動(dòng)鎖模的器件，所述的保偏隔離分光型波分復(fù)用器2一端口連接有與環(huán)形腔相耦合的單模半導(dǎo)體泵浦激光器1，半導(dǎo)體泵浦激光器1作為泵浦源，泵浦光經(jīng)保偏隔離分光型波分復(fù)用器2耦合進(jìn)入環(huán)形腔，反向泵浦保偏摻雜光纖12，為作為增益介質(zhì)的保偏摻雜光纖12提供反向泵浦光。

所述的線形支路包括依次連接的偏振合束器4、非保偏色散補(bǔ)償光纖5、光纖準(zhǔn)直器6、置于線形支路末端的45°法拉第旋轉(zhuǎn)鏡8和角錐棱鏡9，所述的光纖準(zhǔn)直器6和45°法拉第旋轉(zhuǎn)鏡8通過(guò)第一支撐結(jié)構(gòu)件7緊固連接，角錐棱鏡9確保光纖準(zhǔn)直器6輸出的光能夠進(jìn)入45°法拉第旋轉(zhuǎn)鏡8，45°法拉第旋轉(zhuǎn)鏡8的作用是使入射光的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)90°后，產(chǎn)生正交偏振的反射光，入射光和反射光每一次在線形支路往返的過(guò)程中，均能完全補(bǔ)償線形支路內(nèi)因環(huán)境變化引起的雙折射效應(yīng)。

所述的腔長(zhǎng)調(diào)節(jié)自動(dòng)控制模塊包括依次連接的保偏分束器13、光電探測(cè)器15、自動(dòng)驅(qū)動(dòng)控制電路16和壓電陶瓷11，保偏分束器13的其中一端口連接光電探測(cè)器15，所述的角錐棱鏡9通過(guò)第二支撐結(jié)構(gòu)件10固定在壓電陶瓷11上，保偏分束器13用于對(duì)保偏隔離分光型波分復(fù)用器2的輸出光進(jìn)行分束，自動(dòng)驅(qū)動(dòng)控制電路16根據(jù)接收到的光電探測(cè)器15重復(fù)頻率電信號(hào)驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷11來(lái)判斷如何驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷11線性平移，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)腔長(zhǎng)的調(diào)節(jié)，整個(gè)激光器經(jīng)由保偏分束器13的另一個(gè)端口14實(shí)現(xiàn)線偏振光輸出。

本發(fā)明的工作過(guò)程如下：

當(dāng)合適的泵浦功率通過(guò)保偏隔離分光型波分復(fù)用器2，耦合進(jìn)入保偏摻雜光纖12時(shí)，諧振腔內(nèi)將能夠產(chǎn)生脈沖能量不穩(wěn)定的連續(xù)激光，由于透射式可飽和吸收體3的吸收作用，經(jīng)過(guò)多次振蕩，將會(huì)產(chǎn)生波長(zhǎng)為1560nm、重復(fù)頻率為幾十~數(shù)百M(fèi)Hz量級(jí)的穩(wěn)定的飛秒脈沖，通過(guò)保偏分束器13的一端口耦合進(jìn)入光電探測(cè)器15，自動(dòng)驅(qū)動(dòng)控制電路16接收來(lái)自光電探測(cè)器15的電信號(hào)，根據(jù)該電信號(hào)，自動(dòng)驅(qū)動(dòng)控制電路16驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷11進(jìn)行相應(yīng)的線性平移，實(shí)現(xiàn)對(duì)腔長(zhǎng)的調(diào)節(jié)，整個(gè)激光器經(jīng)由保偏分束器13的另一端口14實(shí)現(xiàn)線偏振光輸出。

進(jìn)一步，所述的半導(dǎo)體泵浦激光器1采用974nm或976nm或1480nm的尾纖式單模半導(dǎo)體激光器；所述的保偏隔離分光型波分復(fù)用器2為混合無(wú)源器件，包括光纖耦合器、光隔離器和波分復(fù)用器；所述的透射式可飽和吸收體3為透射式的半導(dǎo)體可飽和吸收體、單臂碳納米管、石墨烯和黑鱗中的任一種；所述的偏振合束器4采用尾纖為保偏光纖的光器件/無(wú)源器件，偏振合束器4可以確保進(jìn)出線形支路的光均為線偏振光；所述的非保偏色散補(bǔ)償光纖5提供正常色散，用于補(bǔ)償整個(gè)激光器諧振腔內(nèi)的反常色散，可為DCF光纖或HI1060 FLEX光纖。通過(guò)簡(jiǎn)單調(diào)整非保偏色散補(bǔ)償光纖5的長(zhǎng)度，便可以精確補(bǔ)償整個(gè)諧振腔內(nèi)的反常色散；所述的光纖準(zhǔn)直器6對(duì)非保偏色散補(bǔ)償光纖5輸出的光進(jìn)行準(zhǔn)直，可為FC/APC、FC/PC、SC/APC、SC/PC、LC/APC、LC/PC等接口類型的單模光纖準(zhǔn)直器。

再進(jìn)一步，所述的45°法拉第旋轉(zhuǎn)鏡8為單程偏轉(zhuǎn)45°的法拉第旋轉(zhuǎn)鏡；所述的角錐棱鏡9為鍍膜前面精度不大于λ/4，發(fā)射光的光束角度誤差不大于5秒、波長(zhǎng)范圍為400-2000nm的角錐棱鏡；所述的保偏摻雜光纖12為保偏摻鉺光纖或保偏鉺鐿共摻光纖；所述的保偏分束器13是1×2的尾纖為保偏單模光纖的無(wú)源器件；所述的光電探測(cè)器15是尾纖保偏為單模光纖的光電探測(cè)器。

更進(jìn)一步，所述的半導(dǎo)體泵浦激光器1、保偏隔離分光型波分復(fù)用器2、透射式可飽和吸收體3、偏振合束器4、色散補(bǔ)償光纖5、保偏摻雜光纖12、保偏分束器13、光電探測(cè)器15之間均通過(guò)熔接涂覆或熔接后加熱縮套管的方式連接。

更進(jìn)一步，所述的支撐結(jié)構(gòu)件7、支撐結(jié)構(gòu)件10可為鋁、鋼、銅、鈦合金等材質(zhì)，兩個(gè)支撐結(jié)構(gòu)件的底面處在同一水平臺(tái)面上，支撐結(jié)構(gòu)件7固定在臺(tái)面上，支撐結(jié)構(gòu)件10可以移動(dòng)。

上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，以及部分運(yùn)用的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。