一种基于小周期长周期光纤光栅的被动锁模光纤激光器

摘要

本发明关于一种基于小周期长周期光纤光栅的被动锁模光纤激光器，涉及光纤激光器技术领域。整个激光器为环形腔结构，包括：泵浦光源、波分复用器、增益光纤、隔离器、偏振控制器、小周期长周期光纤光栅和耦合器；泵浦光源通过波分复用器进入增益光纤；增益光纤输出的光依次经过隔离器、偏振控制器、小周期长周期光纤光栅、另一个偏振控制器以及耦合器，耦合器的一输出端连接另一耦合器，另一输出端与所述波分复用器相连；隔离器用于隔离反射光；偏振控制器用于调节腔内偏振态；小周期长周期光纤光栅作为锁模器件；耦合器用于分光并作为激光输出端。本发明具有结构简单、损伤阈值高和关键器件制备快捷等特点，可实现紧凑、坚固、稳定的全光纤锁模激光器。

说明书

技术领域

本发明涉及光纤激光器技术领域，具体为一种基于小周期长周期光纤光栅的被动锁模光纤激光器。

背景技术

被动锁模光纤激光器因其结构紧凑、成本低廉、短脉宽、高脉冲能量、高峰值功率等优点得到了国内外的广泛关注与研究。被动锁模是无源的，不需要外部的调制信号，一般需要一个器件来吸收光强较低的光，同时让光强足够大的光透射过去，被称为可饱和吸收体。目前，被动锁模光纤激光器所使用的可饱和吸收体主要分为两大类：

(1)真实可饱和吸收体：利用材料的吸收特性来实现锁模，例如半导体可饱和吸收镜、石墨烯、拓扑绝缘体、碳纳米管和过渡金属硫化物等。这些材料虽然具有工作波段宽和自启动等优点，但一般损伤阈值较低，不易输出高能脉冲。并且制作过程复杂成本高，还会随着时间推移慢慢失效。这不仅限制了激光器的输出性能，而且影响了激光器长期运行的可靠性。

(2)等效可饱和吸收体：仅利用光器件通过结构设计实现锁模，因而成本低且具有较高的研究价值，包括非线性光环镜、非线性放大环镜和非线性偏振旋转等。它们具有成本低廉、调节简便、损伤阈值极高且工作模式多样化等特点，有利于研究光纤激光器中各种潜在的脉冲动力学。

近年来，非线性偏振旋转逐渐成为发展最快的人工锁模方法。与其他锁模方式相比，非线性偏振旋转锁模具有调节方便、损伤阈值高、工作模式多样等优点，对研究光纤激光器中不同的潜在脉冲动态具有重要价值。在用飞秒激光加工的小周期长周期光纤光栅中，导模与高阶包层模耦合，呈现出较强的矢量行为，导致该光栅产生强偏振依赖性，从而激发非线性偏振旋转效应。

基于这种技术并结合锁模光纤激光器技术，实现一种基于小周期长周期光纤光栅的被动锁模光纤激光器，为本领域技术人员提供了一项新的锁模技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于小周期长周期光纤光栅的被动锁模光纤激光器，该激光器具有结构简单、损伤阈值高和关键器件制备快捷等特点，可实现紧凑、坚固、稳定的全光纤锁模激光器。

为达上述目的，本发明提供了一种基于小周期长周期光纤光栅的被动锁模光纤激光器，整个激光器为环形腔结构，包括：泵浦光源、波分复用器、增益光纤、隔离器、偏振控制器、小周期长周期光纤光栅和耦合器；其中，所述泵浦光源通过波分复用器进入增益光纤；增益光纤输出的光依次经过隔离器、偏振控制器、小周期长周期光纤光栅、另一个偏振控制器以及耦合器，耦合器的一输出端连接另一耦合器，另一输出端与所述波分复用器相连；隔离器用于隔离反射光；偏振控制器用于调节腔内偏振态；小周期长周期光纤光栅作为锁模器件；耦合器用于分光并作为激光输出端。

进一步的，激光器能够实现锁模脉冲，实际脉冲宽度为1.58ps，激光器工作的中心波长为1557nm。

进一步的，所述小周期长周期光纤光栅由飞秒激光采用逐线法刻写，光纤光栅周期为25μm，刻写长度为2.5mm。

进一步的，所述小周期长周期光纤光栅存在较强的透射峰和偏振依赖峰；能够激发非线性偏振旋转效应。

进一步的，所述泵浦光源的中心波长为980nm。

进一步的，所述波分复用器的工作波长是980/1550nm。

进一步的，所述增益光纤为掺铒光纤。

进一步的，所述隔离器为偏振无关隔离器。

进一步的，两个耦合器的分束比均为90:10。

本发明的有益效果在于：

本发明提出的小周期长周期光纤光栅由飞秒激光使用逐线法制备，具有制备简单快捷、器件精度高的优点；

本发明提出的小周期长周期光纤光栅具有较大的偏振相关损耗，更容易激发非线性偏振旋转效应；

本发明提出的基于小周期长周期光纤光栅的被动锁模光纤激光器，使用小周期长周期光纤光栅作为一种锁模器件，相较于其他传统的非线性偏振旋转锁模，减少了实现锁模的器件数量，结构简单；

本发明的器件成本低，性能稳定，结构更紧凑。

附图说明

图1是基于小周期长周期光纤光栅的被动锁模光纤激光器的示意图；

图2是本发明的小周期长周期光纤光栅示意图；

图3是本发明制备的小周期长周期光纤光栅的插入损耗和偏振相关损耗视图；

图4是被动锁模光纤激光器的输出曲线。

其中，图中：

11-光纤光栅周期；12-光纤光栅长度；31-泵浦光源；32-波分复用器；33-增益光纤；34-隔离器；35-偏振控制器；36-小周期长周期光纤光栅；37-耦合器。

具体实施方式

为达成上述目的及功效，本发明所采用的技术手段及构造，结合附图就本发明较佳实施例详加说明其特征与功能。

如图1所示，本发明提供了一种基于小周期长周期光纤光栅的被动锁模光纤激光器，整个激光器为环形腔结构，包括：泵浦光源31、波分复用器32、增益光纤33、隔离器34、偏振控制器35、小周期长周期光纤光栅36和耦合器37；其中，所述泵浦光源31通过波分复用器32进入增益光纤33；增益光纤33输出的光依次经过隔离器34、偏振控制器35、小周期长周期光纤光栅36、另一个偏振控制器35以及耦合器37，耦合器37的一输出端连接另一耦合器37，另一输出端与所述波分复用器32相连；隔离器34用于隔离反射光；偏振控制器35用于调节腔内偏振态，偏振控制器35可对激光器腔内双折射进行调节，使激光器快速达到锁模状态；小周期长周期光纤光栅36作为锁模器件；耦合器37用于分光并作为激光输出端。被动锁模光纤激光器是通过小周期长周期光纤光栅36提供等效可饱和吸收体特性。

本实施例中，激光器能够实现锁模脉冲，实际脉冲宽度为1.58ps，激光器工作的中心波长为1557nm。

如图2所示，所述小周期长周期光纤光栅36由飞秒激光采用逐线法刻写，光纤光栅周期11为25μm，刻写光纤光栅长度12为2.5mm。光纤光栅的波长、透射率和偏振相关损耗根据实际需要和制备效果确定；所述偏振相关损耗应在保证光纤光栅插入损耗较小的情况下尽量大。所述小周期长周期光纤光栅36的插入损耗和偏振相关损耗如图3所示，在插入损耗较大的波长下对应着较大的偏振相关损耗，更容易激发非线性偏振旋转效应，实现锁模。所述小周期长周期光纤光栅36存在较强的透射峰和偏振依赖峰；能够激发非线性偏振旋转效应。

小周期长周期光纤光栅36的被动锁模光纤激光器的输出光谱如图4(a)所示，当泵功率达到165mW时，通过适当调整两台偏振控制器35实现自启动锁模操作。中心波长在1577nm左右，3dB光谱带宽为4nm。如图4(b)所示脉冲间隔时间为650ns，与空腔长度相对应。图4(c)显示了在2.5MHz范围内以3kHz分辨率测量的射频频谱，信噪比达到50dB表明锁模脉冲具有良好的稳定性。锁模脉冲的自相关轨迹如图4(d)所示，与sech

进一步的，所述泵浦光源的中心波长为980nm。

进一步的，所述波分复用器的工作波长是980/1550nm。

进一步的，所述增益光纤为掺铒光纤。

进一步的，所述隔离器为偏振无关隔离器。

进一步的，两个耦合器的分束比均为90:10。

本发明的工作原理：

小周期长周期光纤光栅中的纤芯导模与同向传输的包层模之间耦合，而耦合到包层中的光在经过一段距离传输后，包层模转化成辐射模而迅速衰减。当最大交叉耦合比越大，纤芯导模被耦合到包层的能量越多，小周期长周期光纤光栅的透射峰深度就越深。导模与更高阶的包层模耦合，而这些高阶包层模式远离弱引导态，呈现出较强的矢量行为，导致小周期长周期光纤光栅中存在较强的偏振依赖峰。这种强偏振依赖性使小周期长周期光纤光栅能够激发非线性偏振旋转效应，用作锁模器件。

本发明提出的小周期长周期光纤光栅由飞秒激光使用逐线法制备，具有制备简单快捷、器件精度高、性能稳定等的优点；本发明提出的小周期长周期光纤光栅具有较大的偏振相关损耗，更容易激发非线性偏振旋转效应；本发明提出的基于小周期长周期光纤光栅的被动锁模光纤激光器，使用小周期长周期光纤光栅作为一种锁模器件，相较于其他传统的非线性偏振旋转锁模，减少了实现锁模的器件数量，结构简单；本发明的器件成本低，性能稳定，结构更紧凑。

以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。