基于交叉相位调制锁模技术的超短脉冲光纤激光器

摘要

本实用新型提供一种光纤激光器，属于激光技术领域，是通过一种注入光脉冲产生交叉相位调制的锁模技术，实现锁模脉冲光纤激光器。此技术克服了基于谐振腔内引入调制器或可饱和吸收体的传统主动或被动锁模技术在中红外波段的诸多限制，有利于其在某些领域的应用。本锁模技术可基于环形腔或线形腔结构，应用且不限于实现各个波段的超短脉冲光纤激光器，也可实现任意的脉冲状态如孤子脉冲，耗散孤子脉冲等。且由于交叉相位调制效应特有的牵引作用，通过简单改变注入脉冲的重频可以实现信号光脉冲中心波长可调，无需添加额外的可调滤波器等。结合注入脉冲和信号脉冲，可组成一套自同步的双色脉冲光纤激光器，大大扩展了该锁模方式的实际应用。

说明书

技术领域

本实用新型涉及光纤激光技术领域，尤其涉及一种基于交叉相位调制锁模技术的超短脉冲光纤激光器。

背景技术

脉冲光纤激光器有着峰值功率高、热效应小、结构简单紧凑等优势。脉冲光纤激光器的实现手段主要有调Q、增益开关、主动锁模和被动锁模技术。调Q和增益开关技术分别是对激光器的损耗和增益进行调制，产生的脉冲其脉冲宽度为微秒-纳秒量级。但由于受限于上能级粒子寿命，脉冲宽度受限，无法显著提高脉冲的峰值功率。锁模技术主要是通过引入调制频率与腔长匹配的主动调制器或可饱和吸收体对谐振腔内激光强度和损耗等参数进行周期性调制，由于调制频率与谐振腔基频同步，产生固定重频的纳秒-皮秒-飞秒锁模脉冲，从而实现高达瓦级-千瓦级的峰值功率。

但是常见的锁模技术仍存在一些不足，如真实可饱和吸收体损伤阈值低、人工可饱和吸收体环境稳定性弱且无法自启动、插入调制器在腔内损耗大，无法实现全光纤化等，这大大限制了脉冲光纤激光器的实际应用。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种基于交叉相位调制锁模技术的超短脉冲光纤激光器，采用了新的锁模脉冲产生机制，利用光脉冲注入腔内产生交叉相位调制，实现的超短脉冲光纤激光器，避免了在谐振腔内引入主动调制器件或可饱和吸收体等传统锁模技术的诸多限制。

为实现上述目的，本实用新型提供一种基于交叉相位调制锁模技术的超短脉冲光纤激光器，包括：泵浦源、重频可调的注入脉冲源以及谐振腔，所述谐振腔为环形腔结构或线形腔结构；所述线形腔结构的谐振腔包括：第一波分复用器、第一光纤、第二波分复用器、第二光纤、第三波分复用器、光纤反射镜、第四波分复用器和高反光纤光栅；所述泵浦源和所述第一波分复用器连接，所述第一波分复用器和第一光纤连接，所述第一光纤、所述注入脉冲源和第二波分复用器连接，所述第二波分复用器和所述第二光纤连接，所述第二光纤和所述第三波分复用器连接，所述第三波分复用器和所述光纤反射镜、所述第四波分复用器连接，所述第四波分复用器和所述高反光纤光栅连接；所述第二波分复用器用于引入所述注入脉冲源的脉冲，所述第三波分复用器用于滤除所述脉冲；所述环形腔结构的谐振腔包括：包括：第一波分复用器、有源增益光纤、光纤隔离器、第二波分复用器、第三波分复用器、第四波分复用器、和光纤耦合器；所述泵浦源和所述第一波分复用器连接，所述第一波分复用器和所述有源增益光纤连接，所述有源增益光纤和所述光纤隔离器连接，所述光纤隔离器、所述注入脉冲源和所述第三波分复用器连接，所述第三波分复用器和所述第四波分复用器、所述光纤耦合器连接，所述光纤耦合器、所述光纤耦合器和所述第二波分复用器连接；所述第二波分复用器用于引入所述注入脉冲源的脉冲，所述第三波分复用器用于滤除所述脉冲。

进一步地，所述注入脉冲源为重频可调的脉冲激光器，包括：依次连接的激光器、一级锁模光纤振荡器和两级光纤放大器。

进一步地，所述激光器为基于增益开关的皮秒半导体激光器，或基于直接电调制的纳秒半导体激光器，或基于主动调制的重频可调主动锁模光纤激光器，或基于光学延迟线的重频可调被动锁模光纤激光器。

进一步地，所述线形腔内的第一波分复用器、第一光纤、第二波分复用器、第二光纤、第三波分复用器、光纤反射镜、第四波分复用器和高反光纤光栅构成线形腔结构；所述环形腔内的第一波分复用器、有源增益光纤、光纤隔离器、第二波分复用器、第三波分复用器、第四波分复用器、和光纤耦合器构成环形腔结构。

进一步地，所述第一光纤为有源增益光纤，所述第二光纤为无源光纤。

进一步地，所述增益光纤为掺镱、铒、铥或钬的石英光纤或氟化物光纤。

进一步地，所述超短脉冲光纤激光器还包括：色散补偿光纤，所述色散补偿光纤与所述环形腔结构的谐振腔内的有源增益光纤连接。

本实用新型提供一种基于交叉相位调制锁模技术的超短脉冲光纤激光器，有益效果在于：克服了基于谐振腔内引入调制器或可饱和吸收体的传统主动或被动锁模技术在中红外波段的诸多限制，有利于其在某些领域的应用；本锁模技术可基于环形腔或线形腔结构，应用且不限于实现各个波段的超短脉冲光纤激光器，也可实现任意的脉冲状态如孤子脉冲，耗散孤子脉冲等；且由于交叉相位调制效应特有的牵引作用，通过简单改变注入脉冲的重频可以实现信号光脉冲中心波长可调，无需添加额外的可调滤波器等；结合注入脉冲和信号脉冲，可组成一套自同步的双色脉冲光纤激光器，大大扩展了该锁模方式的实际应用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例具有线形腔结构的基于交叉相位调制锁模技术的超短脉冲光纤激光器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例具有环形腔结构的基于交叉相位调制锁模技术的超短脉冲光纤激光器的结构示意图。

在附图中，各附图标记表示：

图1：1、泵浦源；2、第一波分复用器；3、第一光纤；4、注入脉冲源；5、第二波分复用器；6、第二光纤；7、第三波分复用器；8、光纤反射镜；9、高反光纤光栅；10、第四波分复用器；

图2：1、泵浦源；2、第一波分复用器；3、增益光纤；4、光纤隔离器；5、注入脉冲源；6、第二波分复用器；7、第三波分复用器；8、光纤耦合器；9、第四波分复用器。

具体实施方式

为使得本实用新型的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

交叉相位调制锁模技术主要是通过注入相同重频的不同波长的光脉冲到激光腔内的一段无源光纤中，产生交叉相位调制效应，对信号光实现相位调制从而产生锁模脉冲。这种方式有着插入损耗低、损伤阈值高、注入脉冲光波长不受限、能自启动等优势，有着很好的应用潜力。且由于交叉相位调制效应的牵引作用，注入脉冲和信号脉冲有着自同步特性，即信号脉冲的重频与注入脉冲的重频严格一致，且变化范围在1kHz量级。此外，为了实现信号光的重频跟随着注入脉冲的变化而变化，信号光会自发发生波长漂移，而不同波长对应不同的折射率，即光程不同，进而重频也会发生变化。

因此，交叉相位调制锁模技术不仅可提供波长可调的脉冲光纤激光器，结合注入脉冲源还可提供一个自同步的双色光纤激光器系统，大大扩展了该系统的实际应用范围。

结合交叉相位调制锁模技术，实用新型人研究出了一种基于交叉相位调制锁模技术的超短脉冲光纤激光器。

请参阅图1，为本申请实施例提供的一种基于交叉相位调制锁模技术的超短脉冲光纤激光器，包括：泵浦源1、重频可调的注入脉冲源4以及谐振腔，其中，谐振腔为线形腔结构。

具体地，线形腔结构的谐振腔包括：第一波分复用器2、第一光纤3、第二波分复用器5、第二光纤6、第三波分复用器7、光纤反射镜8、第四波分复用器10和高反光纤光栅9；泵浦源1和第一波分复用器2连接，第一波分复用器2和第一光纤3连接，第一光纤3、注入脉冲源4和第二波分复用器5连接，第二波分复用器5和第二光纤6连接，第二光纤6和第三波分复用器7连接，第三波分复用器7和光纤反射镜8、第四波分复用器10连接，第四波分复用器10和高反光纤光栅9连接；第二波分复用器5用于引入注入脉冲源4的脉冲，第三波分复用器7用于滤除脉冲。

在本身实施例中，第一波分复用器2、第一光纤3、第二波分复用器5、第二光纤6、第三波分复用器7、光纤反射镜8、第四波分复用器10和高反光纤光栅9构成线形腔结构。

其中，所述第一光纤3为有源增益光纤，所述第二光纤6为无源光纤，有源增益光纤可以为掺镱、铒、铥或钬的石英光纤或氟化物光纤。

在本实施例中，谐振腔采用线形腔结构，谐振腔的两端分别由光纤光栅和光纤反射镜8构成，泵浦通过波分复用器引入腔内，有源增益光纤是商用的掺铥光纤，利用第二波分复用器5和第三波分复用器7引入和引出注入脉冲源4，注入脉冲跟信号光脉冲在无源光纤中发生相互作用，调节注入脉冲重频使其与谐振腔的基频匹配时，便可实现信号光脉冲输出。同样地，通过调节泵浦脉冲的重频，输出信号光脉冲的中心波长也会随之变化。

因此，本实施例提供的一种基于交叉相位调制锁模技术的超短脉冲光纤激光器，克服了基于谐振腔内引入调制器或可饱和吸收体的传统主动或被动锁模技术在中红外波段的诸多限制，有利于其在某些领域的应用；本锁模技术基于线形腔结构，应用且不限于实现各个波段的超短脉冲光纤激光器，也可实现任意的脉冲状态如孤子脉冲，耗散孤子脉冲等；且由于交叉相位调制效应特有的牵引作用，通过简单改变注入脉冲的重频可以实现信号光脉冲中心波长可调，无需添加额外的可调滤波器等；结合注入脉冲和信号脉冲，可组成一套自同步的双色脉冲光纤激光器，大大扩展了该锁模方式的实际应用。

请参阅图2，为本申请另一实施例提供的一种基于交叉相位调制锁模技术的超短脉冲光纤激光器，包括：泵浦源1、重频可调的注入脉冲源5以及谐振腔，其中，谐振腔为环形腔结构。

具体地，环形腔结构的谐振腔包括：第一波分复用器2、有源增益光纤3光纤隔离器4、第二波分复用器6、第三波分复用器7、第四波分复用器9、和光纤耦合器8；泵浦源1和第一波分复用器2连接，第一波分复用器2和有源增益光纤3连接，有源增益光纤3和光纤隔离器4连接，光纤隔离器4、注入脉冲源5和第三波分复用器7连接，第三波分复用器7和第四波分复用器9、光纤耦合器8连接，光纤耦合器8、光纤耦合器8和第二波分复用器6连接；第二波分复用器6用于引入注入脉冲源5的脉冲，第三波分复用器7用于滤除脉冲。

在本实施例中，第一波分复用器2、有源增益光纤3、光纤隔离器4、第二波分复用器6、第三波分复用器7、第四波分复用器9、和光纤耦合器8构成环形腔结构。

在本实施例中，有源增益光纤3为掺镱、铒、铥或钬的石英光纤或氟化物光纤。

在本实施例中，超短脉冲光纤激光器还包括：色散补偿光纤，所述色散补偿光纤与所述环形腔结构的谐振腔内的有源增益光纤3连接。

本实施例提供的一种基于交叉相位调制锁模技术的超短脉冲光纤激光器，采用环形腔结构，泵浦通过波分复用器引入腔内，有源增益光纤3是商用的掺铥光纤，光纤隔离器4保证激光的单向运行，光纤耦合器8输出信号光，再利用两个波分复用器引入和引出注入脉冲源5。注入脉冲源5由一级1.5μm锁模光纤振荡器及两级光纤放大器组成，其中利用腔内的光学延迟线改变注入脉冲的重频。当1.5μm注入脉冲的功率足够且重频与2μm谐振腔的基频匹配时，可实现信号光脉冲输出。

通过调节1.5μm注入脉冲的重频，输出信号光脉冲的中心波长随之变化，且当注入脉冲的重频提高时，信号光中心波长要往群速度变快的方向移动才能适应重频的提高，因此在反常色散区，当注入脉冲的重频提高时，输出信号光脉冲的中心波长发生蓝移，即往短波移动。

由于有源增益光纤和无源光纤的群速度色散值在2μm处为负值，通过加入一定长度的色散补偿光纤可以调控腔内群速度色散至正值，便可实现2μm耗散孤子脉冲。在正常色散区，当注入脉冲的重频提高时，输出信号光脉冲的中心波长会发生红移，即往长波移动。

因此，本实施例提供的一种基于交叉相位调制锁模技术的超短脉冲光纤激光器，克服了基于谐振腔内引入调制器或可饱和吸收体的传统主动或被动锁模技术在中红外波段的诸多限制，有利于其在某些领域的应用；本锁模技术基于环形腔结构，应用且不限于实现各个波段的超短脉冲光纤激光器，也可实现任意的脉冲状态如孤子脉冲，耗散孤子脉冲等；且由于交叉相位调制效应特有的牵引作用，通过简单改变注入脉冲的重频可以实现信号光脉冲中心波长可调，无需添加额外的可调滤波器等；结合注入脉冲和信号脉冲，可组成一套自同步的双色脉冲光纤激光器，大大扩展了该锁模方式的实际应用。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上为对本实用新型所提供的一种基于交叉相位调制锁模技术的超短脉冲光纤激光器的描述，对于本领域的技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。