一种基于非线性偏振旋转技术的170mW量级锁模激光振荡器的制作方法

一种基于非线性偏振旋转技术的170mw量级锁模激光振荡器
技术领域
1.本发明属于激光技术领域，具体涉及一种基于非线性偏振旋转技术的170mw 量级锁模激光振荡器。


背景技术：

2.光纤激光器被广泛应用于高端制造、信息通讯、生物医疗及军事工业、国防安全等领域，激光具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性等的优点，越来越多的传统产业需要依靠激光加工技术提升产品的加工质量。而锁模技术的发展,特别是被动锁模技术的产生,让激光器产生高稳定性、高光束质量和高能量的超短脉冲,具有非常大的应用价值。


技术实现要素：

3.本发明通过优化腔内长度和使用高功率泵浦光源，基于常用的非线性偏振旋转(npr)技术，我们成功地设计了一个稳定的高功率被动锁模光纤激光器。
4.本发明基于非线性偏振旋转技术的170mw量级锁模激光振荡器，其结构为将泵浦光源、波分复用器、掺铒光纤、输出耦合器、偏振控制器和偏振相关隔离器依次连接。
5.本发明有益效果包括以下几个方面：
6.本发明采用的泵浦光源为两个中心波长在976nm的半导体激光器，其最大泵浦功率为1.35w可以提供充足的能量。
7.本发明的泵浦光源分别通过两个980/1550nm波分复用器(wdm)注入激光腔。两个极化控制器(pc)用于调整偏振状态，以稳定锁模操作。
8.本发明为了研究高功率被动锁模光纤激光器的性能，我们采用了一种光学损伤阈值为500mw的定制偏振相关隔离器(pd-iso)，以确保腔内光的单向传输。
9.本发明提供的高功率被动锁模光纤激光器，应用于工业加工常见的1.5um 波段且稳定性较好，符合市场上大多数工业加工的波长需求。
附图说明
10.图1为本发明实例1提供的全光纤激光器的结构示意图；
11.图2为实施例1提供的锁模脉冲结图；
12.图3为本发明的单脉冲图；
13.图4为本发明的光谱图；
14.图5为本发明的信噪比测量图。
15.图中：泵浦光源一(1)、泵浦光源二(5)波分复用器一(2)、掺铒光纤 (3)、波分复用器二(4)、输出耦合器(6)、偏振控制器一(7)、和偏振相关隔离器(8)、偏振控制器二(9)并依次连接而成。
具体实施方式
16.以下所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
17.本发明实施方式第一方面提供了一种腔体长度的优化方案。所述基于腔体长度的优化方案的掺铒光纤优化长度约80cm和激光谐振腔优化长度约为8-9m。
18.本发明实施方式第二方面提供了两种976nm半导体激光器，所述的两种976 nm半导激光器最大泵浦功率为1.35w作为泵浦源，提供足够的能量。
19.本发明实施方式第三方面提供了一种定制的偏振隔离器以确保激光器腔内的单向工作。所述基于一种光学损伤阈值为500mw的定制偏振相关隔离器 (pd-iso)。
20.发明的实施方案中，如图1所示，所述的光纤激光器包括：泵浦光源一(1)、泵浦光源二(5)波分复用器一(2)、掺铒光纤(3)、波分复用器二(4)、输出耦合器(6)、偏振控制器一(7)、和偏振相关隔离器(8)、偏振控制器二(9)并依次连接而成。其中，所述泵浦光源一(1)和泵浦光源二(5)为波长为976nm的半导体激光器，最大功率为1.35w，偏振相关隔离器(8)其作用为保证光在环形腔内的单向传输。偏振控制器一(7)和偏振控制器二(9) 用于调节光纤的双折射，从而调节腔内光的相位。光纤输出耦合器(8)选用激光输出比为80％的输出比例。适当增加泵浦功率和调节偏振控制器，可以得到锁模脉冲激光，记录到的脉冲激光性质如下所示，其中，图2为脉冲序列图；图3为单脉冲图；图4为光谱图；图5为频谱图。其中从图2显示了锁模操作的脉冲序列，脉冲间隔为46.2ns，基本重复率21.65mhz。图3为锁模操作的单脉冲图。在图4的光谱图我们可以看到，中心波长和3db带宽分别为1557.63 nm和3.925nm。说明实验得到了具有kelly边带特征峰的传统孤子锁模脉冲。 3db处的半高全宽(fwhm)约为1.257ns，因此时间带宽乘积(tbp)约为610，远高于理论极限值(0.315)。在图5中我们观察到位于基频21.65mhz的信噪比为53db，证明了锁模脉冲是稳定的。
21.本发明实施方式中，泵浦光源、波分复用器、偏振控制器和光纤输出耦合器是业界常规选择，本发明不做特殊限定。
22.本发明实施方式中，需采用损伤阈值为500mw的定制偏振相关隔离器 (pd-iso)。
23.本发明第四方面提供的高功率被动锁模光纤激光器，稳定性较好，可以长时间稳定工作。


技术特征：
1.一种基于非线性偏振旋转技术的170mw量级锁模激光振荡器，其特征在于：激光谐振腔由泵浦光源一(1)、泵浦光源二(5)，波分复用器一(2)、掺铒光纤(3)、波分复用器二(4)、输出耦合器(6)、偏振控制器一(7)、和偏振相关隔离器(8)、偏振控制器二(9)依次连接而成。所述泵浦光源一(1)和泵浦光源二(5)提供泵浦光，通过波分复用器一(2)和波分复用器二(4)将光耦合进环形腔中，经过掺铒光纤(3)增益后，依次经过输出耦合器(6)、偏振控制器一(7)、偏振相关隔离器(8)、偏振控制器二(9)，输出耦合器(6)为20：80，其中80％输出光用作数据的测量，剩余的20％继续在激光谐振腔内运转，偏振相关隔离器(8)保证了腔内光的单向传输，通过调节泵浦光源一(1)和泵浦光源二(5)的功率以及偏振控制器一(7)和偏振控制器二(9)的偏振态得到稳定的高能量锁模脉冲输出。2.根据权利要求1所述的一种基于非线性偏振旋转技术的170mw量级锁模激光振荡器，其特征在于：所述泵浦光源一(1)和泵浦光源二(5)均为半导体激光器，其中心波长为976nm，对应于掺铒光纤(3)的泵浦吸收峰。3.根据权利要求1所述的一种基于非线性偏振旋转技术的170mw量级锁模激光振荡器，其特征在于：所述波分复用器一(2)和波分复用器二(4)的工作波长都是980/1550nm，其尾纤均为普通单模光纤。4.根据权利要求1所述的一种基于高功率被动锁模激光器，其特征在于：所述谐振腔的增益介质为一段80cm长的掺铒光纤(3)，型号为er-80。5.根据权利要求1所述的一种基于非线性偏振旋转技术的170mw量级锁模激光振荡器，其特征在于：所述输出耦合器(6)采用了20：80耦合比，其中80％输出光用于数据的测量。6.根据权利要求1所述的一种基于非线性偏振旋转技术的170mw量级锁模激光振荡器，其特征在于：所述偏振控制器(7)和偏振控制器(9)采用三片线圈旋转式偏振控制器。7.根据权利要求1所述的一种基于非线性偏振旋转技术的170mw量级锁模激光振荡器，其特征在于：偏振相关隔离器(8)且损伤阈值为500mw。

技术总结
本发明提供了一种基于通过优化腔的长度，使用高功率泵浦光源和常用的非线性偏振旋转(NPR)技术，我们成功地设计了一个稳定的高功率被动锁模光纤激光器。在泵浦功率为2659mW时，最高平均输出功率高达174mW。据我们所知，基于非线性偏振旋转技术的锁模光纤激光器的最高平均输出功率174mW远远高于之前报道的结果。本发明将为未来高功率被动锁模光纤振荡器的发展提供重要的参考。的发展提供重要的参考。


技术研发人员：张华年 张晗 尚新新 孙硕 杨富豪 程帅
受保护的技术使用者：山东森格姆德激光科技有限公司
技术研发日：2021.11.10
技术公布日：2022/2/8