一种基于多模干涉器件克尔效应的全光纤锁模激光器

摘要

本发明公开了一种基于多模干涉器件克尔效应的全光纤锁模激光器，泵浦源发射有源光纤吸收带内的泵浦光，泵浦光经信号泵浦合束器耦合进入有源光纤；有源光纤吸收泵浦光，形成粒子数反转，产生激光增益；多模干涉器件由两段单模光纤中间熔接一段多模光纤构成，多模光纤的透射峰与有源光纤的增益峰相一致；信号泵浦合束器、有源光纤、多模干涉器件、输出耦合器、隔离器顺次布置熔接，构成单向的环形激光谐振腔；在激光的作用下，多模光纤折射率发生变化，且多模干涉自映像点的位置发生改变，多模光纤在激光波长处的透过率发生变化，对环形激光谐振腔的激光光强构成调制作用；输出耦合器输出超短脉冲激光。本发明提高了激光输出功率，成本低廉。

说明书

技术领域

本发明涉及激光器领域，尤其涉及一种基于多模干涉器件克尔效应的全光纤锁模激光 器。

背景技术

超快锁模激光器在基础研究、医学、国防和工业加工中有着广泛的应用。由于光纤激 光器有结构紧凑、高效、坚固以及高性价比等诸多优势，各种工作稳定、结构紧凑的锁模 光纤激光器被研制出来。相对主动锁模而言，被动锁模的光纤激光器在诸多方面具有明显 的优势，例如：可饱和吸收体或者克尔型装置的响应和恢复时间一般都很短，因此被动锁 模产生的脉冲宽度通常比主动锁模要窄；无需空间光调制器和相应的电子设备，因而结构 更为简单紧凑；也不会受到调制器中电噪声的影响。

现有的被动锁模光纤激光器主要依靠可饱和吸收器件实现，如专利“双波长超短脉冲 输出的被动锁模光纤激光器”(ZL 200910029722.9)和“石墨烯被动锁模光纤激光器”(ZL 201110101110.3)等。此类被动锁模光纤激光器的一个明显缺点在于，所用的可饱和吸收 器件，如半导体可饱和吸收镜(SESAM)、碳纳米管和石墨烯等，损伤阈值普遍较低，因此 能够产生的平均输出功率被限制在几个到几十个mW的量级，更高功率的锁模脉冲激光只 能靠光纤放大器来得到，增加了系统的复杂性。

发明内容

本发明提供了一种基于多模干涉器件克尔效应的全光纤锁模激光器，本发明提高了激 光输出功率，成本低廉，实现了结构简单的高功率锁模光纤激光器，详见下文描述：

一种基于多模干涉器件克尔效应的全光纤锁模激光器，所述全光纤锁模激光器包括： 泵浦源，还包括：信号泵浦合束器、有源光纤、多模干涉器件、输出耦合器和隔离器，

所述泵浦源发射有源光纤吸收带内的泵浦光，所述泵浦光经所述信号泵浦合束器耦合 进入所述有源光纤；所述有源光纤吸收泵浦光，形成粒子数反转，产生激光增益；所述多 模干涉器件由两段单模光纤中间熔接一段多模光纤构成，所述多模光纤的透射峰与所述有 源光纤的增益峰相一致；

所述信号泵浦合束器、所述有源光纤、所述多模干涉器件、所述输出耦合器、所述隔 离器顺次布置熔接，构成单向的环形激光谐振腔；

在激光的作用下，所述多模光纤折射率发生变化，且多模干涉自映像点的位置发生改 变，所述多模光纤在激光波长处的透过率发生变化，对环形激光谐振腔的激光光强构成调 制作用；所述输出耦合器输出超短脉冲激光。

所述全光纤锁模激光器还包括：可调谐滤波器，

所述可调谐滤波器设置在所述输出耦合器之后；通过所述可调谐滤波器，将激光振荡 波长限制在所述多模光纤的透射峰处。

本发明提供的技术方案的有益效果是：利用多模干涉器件的克尔效应实现光纤激光器 的被动锁模运转，为锁模超短脉冲激光器的实现提供了一种新途径。与现有被动锁模光纤 激光器采用的SESAM、石墨烯等可饱和吸收锁模器件相比，本发明技术方案所用多模干 涉器件的损伤阈值很高，因而有助于提高激光输出功率；且多模干涉器件的结构简单，成 本低廉，有利于实际推广应用。

附图说明

图1为一种基于多模干涉器件克尔效应的全光纤锁模激光器的结构示意图；

图2为多模干涉器件的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1：泵浦源；                              2：信号泵浦合束器；

3：有源光纤；                            4：多模干涉器件；

5：输出耦合器；                          6：隔离器；

7：可调谐滤波器；

4-1：单模光纤                            4-2：多模光纤。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详 细描述。

同现有技术中采用可饱和吸收体的被动锁模激光器相比，基于克尔效应的锁模光纤激 光器能够获得更高的输出功率；此外，由于玻璃中存在电子云变形现象，玻璃可实现极快 速非线性响应时间，因而克尔型被动锁模激光器能够提供更短的输出脉冲宽度。

实施例1

为了解决现有被动锁模光纤激光器中可饱和吸收锁模元件损伤阈值低，限制激光输出 功率的问题，参见图1，本发明实施例提供了一种基于多模干涉器件克尔效应的全光纤锁 模激光器，全光纤锁模激光器包括：泵浦源1、信号泵浦合束器2、有源光纤3、多模干涉 器件4、输出耦合器5和隔离器6，

泵浦源1发射有源光纤3的吸收带内的泵浦光，泵浦光经信号泵浦合束器耦合2进入 有源光纤3；有源光纤3吸收泵浦光，形成粒子数反转，产生激光增益；多模干涉器件4 为两段单模光纤中间熔接一段多模光纤构成，其透射峰与有源光纤3的增益峰相一致，即 所用多模光纤长度与对应激光波长的自映像点位置一致。信号泵浦合束器2、有源光纤3、 多模干涉器件4、输出耦合器5、隔离器6顺次布置熔接，构成单向的环形激光谐振腔。

随着泵浦功率增长，当激光增益超过损耗后，腔内产生激光；在激光的作用下，由于 克尔效应，多模干涉器件4中多模光纤折射率发生变化；受折射率变化的影响，其多模干 涉自映像点的位置发生改变，即器件的透射谱产生移动，器件在激光波长处的透过率发生 变化，透过率的变化对于腔内的激光光强构成了调制作用。当全光纤锁模激光器工作在阈 值附近时，全光纤锁模激光器会以自脉冲运转，也就形成周期性调制，从而启动锁模。全 光纤锁模激光器产生的超短脉冲激光经输出耦合器5输出。

其中，全光纤锁模激光器还包括：可调谐滤波器7，布置在输出耦合器5之后。通过 可调谐滤波器7，将激光振荡波长限制在多模干涉器件4的透射峰处，从而增强调制效果， 提高锁模运转稳定性。

实施例2

本发明实施例以1.5μm波长的光纤激光器为例，利用多模干涉器件4中光克尔效应 造成透射谱的变化对激光光强进行调制，实现光纤激光器的锁模运转，其器件损伤阈值高， 且成本经济，详见下文描述：

一种基于多模干涉器件克尔效应的全光纤锁模激光器，主要包括：泵浦源1、信号泵 浦合束器2、有源光纤3、多模干涉器件4、输出耦合器5、隔离器6；

其中，为获得1.5μm激光输出，有源光纤3采用SM-EYDF-6/125-HE双包层Er/Yb 共掺单模光纤，其纤芯数值孔径NA＝0.18，包层NA>0.46，长度5m；相应地，泵浦源1 采用波长915nm或975nm的光纤耦合输出半导体激光器，输出功率10W；信号泵浦合束 器2为(2+1)×1型；多模干涉器件4中的单模光纤4-1为SMF-28e，多模光纤4-2规格 为50/125μm，长度100mm，对应透射峰1.53μm；输出耦合器5耦合比为50/50；隔离器 6为双级隔离；所有器件尾纤均为SMF-28e光纤。

915nm或975nm泵浦源1发射泵浦光，经信号泵浦合束器2耦合进入有源光纤3；有 源光纤3吸收泵浦光，形成粒子数反转，产生激光增益；各器件熔接构成环形腔，当增益 超过谐振腔损耗后，腔内产生激光振荡，在隔离器6的作用下，激光在腔内单向运转，经 输出耦合器5输出。由于光克尔效应，产生激光后多模干涉器件中多模光纤折射率会产生 变化，从而使得器件的透射谱发生漂移，即器件在激光波长处的透过率有所变化，透过率 的变化对于腔内的激光光强构成了调制作用。当激光器工作在阈值附近时，激光器运转中 会发生自脉冲效应，也就形成周期性调制，从而自行启动锁模，产生超短脉冲激光输出。

其中，锁模激光器还包括：可调谐滤波器7，布置于输出耦合器5之后，通过可调谐 滤波器7，将激光振荡波长限制在多模光纤4-2的透射峰处，从而增强调制效果，提高锁 模运转稳定性。

其中，有源光纤3可采用Er/Yb共掺石英光纤以获得1.5μm激光输出，也可采用Yb 石英光纤、Er:ZBLAN等其他掺杂离子和基质的光纤，以获得其他波段的激光输出，本发 明实施例对此不做限制；使用其他类型的有源光纤3时，所用泵浦源1需相应采用其他不 同波长的激光器，泵浦波长为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。

其中，多模干涉器件的多模光纤芯径可以为50μm，也可为25、30、100μm等其他 规格，实际应用中相应地选择长度使其透射峰与有源光纤3的增益峰相对应即可，本发明 实施例对此不做限制。

本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要 能完成上述功能的器件均可。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号 仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则 之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。