一种基于NPR的半共腔自由运转双光频梳光纤激光器

本发明属于光纤激光器，具体涉及一种基于npr的半共腔自由运转双光频梳光纤激光器。

背景技术：

1、高精度、高分辨率的激光测量技术在科学研究与工业应用中发挥着越来越重要的作用。具有高稳定性和高相干性的光学频率梳，极大提升了光学频率测量的准确度，被誉为连接光学频率与微波频率的“桥梁”，推动了计量科学的重大技术变革，展现出广阔的基础研究与工程应用前景。在光频梳技术迅速发展的基础上提出"双光梳"概念，通过两套重复频率略有差异且保持高相干性的光频梳进行异步光学采样，实现宽光谱范围的高精度测量，具备超高的分辨率、灵敏度与采样速率。目前，双光频梳技术已被应用在光谱学测量、绝对频率测量、距离测量、泵浦探测等众多领域。

2、采用两套飞秒锁模激光器，是较为成熟的双光梳生成技术，但是基于两个独立的锁模激光器构建的双光梳光源，它们各自拥有独立的泵浦源和腔体结构，因此各自承受着不同的环境扰动以及泵浦噪声，这些独立的噪声会导致激光器的载波包络偏移频率和重复频率发生随机漂移，从而破坏双光频梳之间的相干性。为了克服这一问题，传统方案采用复杂的主动锁定技术，将光频梳严格地锁定到同一参考源上，虽然这种方式具有较好的互相干性和时频特性，但是该主动控制方案系统设备价格昂贵、结构复杂、体积庞大。双光频梳的相干性控制一直是限制双光频梳光谱技术发展的关键问题之一。

3、因此如何克服现有技术的不足是目前光纤激光器技术领域亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种基于npr的半共腔自由运转双光频梳光纤激光器。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种基于npr的半共腔自由运转双光频梳光纤激光器，包括泵浦源、第一光纤耦合器、第一可调光学衰减器、第二可调光学衰减器、第一波分复用器、第二波分复用器、第一掺铒光纤、第二掺铒光纤、第一偏振控制器、第二偏振控制器、第一环形器、第二环形器、起偏器和第二光纤耦合器；

4、泵浦源与第一光纤耦合器的一端相连；

5、第一光纤耦合器的另一端分别与第一可调光学衰减器的一端、第二可调光学衰减器的一端相连；

6、第一可调光学衰减器的另一端与第一波分复用器的一端相连；

7、第一波分复用器的另一端通过第一掺铒光纤与第一偏振控制器的一端相连；

8、第一偏振控制器的另一端与第一环形器的第一端相连；

9、第一环形器的第二端与起偏器的一端相连；

10、第一环形器的第三端与第二波分复用器的一端相连；

11、起偏器的另一端与第二光纤耦合器的一端相连；

12、第二可调光学衰减器的另一端与第二波分复用器的一端相连；

13、第二波分复用器的另一端通过第二掺铒光纤与第二偏振控制器的一端相连；

14、第二偏振控制器的另一端与第二环形器的第一端相连；

15、第二环形器的第二端与第二光纤耦合器的一端相连；

16、第二环形器的第三端与第一波分复用器的一端相连。

17、进一步，优选的是，泵浦源采用980nm半导体激光器。

18、进一步，优选的是，光纤耦合器采用980nm的1×2光纤耦合器，耦合比为50:50。

19、进一步，优选的是，第一波分复用器和第二波分复用器均采用980/1550波分复用器。

20、进一步，优选的是，第一掺铒光纤和第二掺铒光纤均为长度为2.5m的掺铒光纤。

21、进一步，优选的是，第二光纤耦合器为2×2光纤耦合器，耦合比为90:10。

22、本发明围绕自由运转光纤激光器的双光频梳测量技术，在无需复杂主动锁定的前提下，提供一种结构简洁、稳定可靠的双光频梳光纤激光器

23、本发明采用一个共享的980nm半导体激光器作为泵浦源；一个980nm的1×2光纤耦合器，将泵浦光分为两路；两路输出端分别串联一个可调光学衰减器（voa），用于独立调节两路泵浦功率；

24、两个980/1550波分复用器（wdm），用于分别将泵浦光注入两路谐振腔；

25、两段长度为2.5m的掺铒光纤（edf），用于提供增益；

26、两个偏振控制器（pc），用于分别调节两路腔内偏振态；

27、两个环形器（rc），用于引入一段共用光路；

28、一段共用光路，包括一个起偏器（polarizer）和一个2×2光纤耦合器（oc，耦合比为90:10）；起偏器用于构建非线性偏振旋转（npr）锁模机制；光纤耦合器将90%的光反馈回腔内形成闭合环形腔，10%的光作为激光输出。

29、本发明通过共享泵浦源及部分谐振腔结构和核心器件实现双梳生成。

30、本发明与现有技术相比，其有益效果为：

31、（1）本发明基于npr的半共腔自由运转双光频梳光纤激光器结构简洁，避免了复杂的频率锁定系统；两路光频梳共享部分腔体结构，显著提升了双光频梳之间的相干稳定性；

32、（2）实验结果表明：两路脉冲的中心波长分别为1559.98nm和1561.66nm，3db带宽分别为5.40nm和4.04nm；重复频率分别为17.6936mhz和17.6954mhz，信噪比分别达68.8db和67.6db；重复频率差为1406hz，信噪比较高，说明锁模状态稳定、脉冲输出具有良好的稳定性；脉宽分别为0.8965ps和1.2093ps，系统能够输出皮秒量级的超短脉冲；

33、（3）在连续20分钟内，两路重复频率的抖动范围分别为37.42hz及37.40hz，重复频率差的抖动范围为12.83hz，标准方差为2.49hz，考虑到环境温度波动、机械振动及气流扰动等外部因素对光纤谐振腔折射率及腔长的影响，上述抖动范围处于较低水平，充分证明了本发明所提出的半共腔结构能够有效抑制环境干扰对双光频梳相干性的影响，显示出优异的长期稳定性。

1.一种基于npr的半共腔自由运转双光频梳光纤激光器，其特征在于，包括泵浦源（1）、第一光纤耦合器（2）、第一可调光学衰减器（3）、第二可调光学衰减器（4）、第一波分复用器（5）、第二波分复用器（6）、第一掺铒光纤（7）、第二掺铒光纤（8）、第一偏振控制器（9）、第二偏振控制器（10）、第一环形器（11）、第二环形器（12）、起偏器（13）和第二光纤耦合器（14）；

2.根据权利要求1所述的基于npr的半共腔自由运转双光频梳光纤激光器，其特征在于，泵浦源（1）采用980nm半导体激光器。

3.根据权利要求1所述的基于npr的半共腔自由运转双光频梳光纤激光器，其特征在于，光纤耦合器（2）采用980nm的1×2光纤耦合器，耦合比为50:50。

4.根据权利要求1所述的基于npr的半共腔自由运转双光频梳光纤激光器，其特征在于，第一波分复用器（5）和第二波分复用器（6）均采用980/1550波分复用器。

5.根据权利要求1所述的基于npr的半共腔自由运转双光频梳光纤激光器，其特征在于，第一掺铒光纤（7）和第二掺铒光纤（8）均为长度为2.5m的掺铒光纤。

6.根据权利要求1所述的基于npr的半共腔自由运转双光频梳光纤激光器，其特征在于，第二光纤耦合器（14）为2×2光纤耦合器，耦合比为90:10。