一种可同时产生单峰脉冲和双峰脉冲输出的全光纤锁模激光器的制作方法

1.本实用新型涉及光学工程、超快非线性光纤光学动力学、光纤激光器技术领域，尤其涉及一种可同时产生单峰脉冲和双峰脉冲输出的全光纤锁模激光器。


背景技术：

2.光纤激光器是产生超短脉冲的理想平台，孤子理论在描述光纤激光器中超短脉冲产生及传播发挥了重要的作用。传统孤子理论在光学中特别是光纤光学中只讨论反常色散区：反常色散效应和非线性克尔效应的自发平衡导致超短脉冲的产生，但产生的超短脉冲的脉冲能量只有百皮焦耳量级[1-3]。为了提高脉冲能量，色散管理结构被引入，通过在光纤激光器中引入具有正常色散的增益光纤并通过控制具有反常色散的被动光纤的长度来维持激光器整体色散处于近零色散区，从而提高获得的色散管理孤子的脉冲能量至纳焦耳量级[4]。产生的脉冲均为单峰脉冲。通过色散管理并控制激光器腔内的非线性演变，可以在掺铒光纤激光器中直接获得47fs的超短脉冲输出[5,6]。
[0003]
双峰脉冲是指在时域能够明显区分两个波峰结构的脉冲，双峰脉冲作为泵浦可用于抑制钛宝石多通放大器寄生振荡[7]。利用时域双峰泵浦脉冲的特性，调整种子光的延时以及多通放大器中单通时间间隔放大800nm种子光，使得钛宝石晶体在整个放大过程中的横向增益保持在一个很低的水平上，有效地抑制了钛宝石晶体中的寄生振荡，提高了种子光的放大效率。
[0004]
要产生双峰脉冲或多峰脉冲，一般采用时域复制技术，通过复制并复用原有单峰脉冲实现多峰脉冲的产生。目前还没有在一个激光器中同时产生单峰脉冲和双峰脉冲的报道。根据孤子理论，高阶孤子可以在光纤中传播产生，因此有可能在光纤激光器中直接产生多峰脉冲。


技术实现要素：

[0005]
本实用新型的目的是提供一种可同时产生单峰脉冲和双峰脉冲输出的全光纤锁模激光器，基于非线性偏振旋转锁模技术，利用高阶孤子在具有正常色散增益光纤中的脉冲分裂可恢复性，旨在激光器中同时产生单峰脉冲和双峰脉冲输出。
[0006]
本实用新型为实现上述实用新型目的采用如下技术方案：
[0007]
本实用新型提供了一种可同时产生单峰脉冲和双峰脉冲输出的全光纤锁模激光器，包括泵浦源以及由波分复用器、偏振控制器、偏振相关光纤隔离器、第一光纤输出耦合器、第一段掺铒光纤、第二光纤输出耦合器和第二段掺铒光纤连接形成的光纤环形腔；
[0008]
所述泵浦源与所述波分复用器的泵浦端口连接，所述波分复用器的信号端口依次经偏振控制器、偏振相关光纤隔离器、第一光纤输出耦合器、第一段掺铒光纤、第二光纤输出耦合器、第二段掺铒光纤连接至所述波分复用器的公共端口；
[0009]
所述激光器稳定的单峰脉冲从所述第一光纤耦合器输出比例低于10％的能量输
出端口输出；
[0010]
所述激光器稳定的双峰脉冲从所述第二光纤耦合器输出比例低于10％的能量输出端口输出。
[0011]
进一步地，所述泵浦源为单模光纤耦合的半导体激光器，其中心波长位于972～980nm，其输出尾纤在1.55μm波段具有反常色散且为单模。
[0012]
进一步地，所述波分复用器的工作波长是980/1550nm，其输出尾纤在1.55μm波段具有反常色散且为单模。
[0013]
进一步地，所述偏振控制器为三片线圈旋转式偏振控制器或挤压式偏振控制器，其输出尾纤在1.55μm波段具有反常色散且为单模。
[0014]
进一步地，所述偏振相关光纤隔离器采用中心波长为1550nm的偏振相关隔离器，其输出尾纤在1.55μm波段具有反常色散且为单模。
[0015]
进一步地，所述第一光纤输出耦合器采用输出能量比小于10％的光纤耦合器，其输出尾纤在1.55μm波段具有反常色散且为单模。
[0016]
进一步地，所述第一段掺铒光纤在1.55μm波段具有正常色散且为单模，掺铒光纤长度短于0.3米。
[0017]
进一步地，所述第二光纤输出耦合器采用输出能量比小于10％的光纤耦合器，其输入输出尾纤在1.55μm波段具有正常色散且为单模。
[0018]
进一步地，所述第二段掺铒光纤在1.55μm波段具有正常色散且为单模，掺铒光纤长度长于2.7米。
[0019]
进一步地，所述激光器沿逆时针方向的ab段的光纤长度与色散的乘积之和大于沿顺时针方向的ab段的光纤长度与色散的乘积之和。
[0020]
本实用新型的有益效果如下：
[0021]
通过色散管理和参数调控，在光纤激光器的不同输出位置可同时产生单峰脉冲和双峰脉冲输出；
[0022]
通过对激光器参数的调控，使得脉冲在激光器中的演变满足二阶孤子演变但不进入三阶演变阶段，在孤子分裂段和恢复段分别匹配输出，实现双峰脉冲和单峰脉冲的同时输出，在激光器的不同工作部位分别输出单峰脉冲和双峰脉冲；
[0023]
为进一步输出多峰脉冲奠定基础。
附图说明
[0024]
图1为根据本实用新型实施例提供的一种实现可同时产生单峰脉冲和双峰脉冲输出的全光纤锁模激光器的实验装置图；
[0025]
图2为根据本实用新型实施例提供的数值仿真激光器输出的单峰脉冲时域图；
[0026]
图3为根据本实用新型实施例提供的数值仿真激光器输出的多峰脉冲时域图；
具体实施方式
[0027]
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，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通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。
[0028]
如图1所示，本实用新型提供了一种实现可同时产生单峰脉冲和双峰脉冲输出的全光纤锁模激光器，包括泵浦源1以及由波分复用器2、偏振控制器3、偏振相关光纤隔离器4、第一光纤输出耦合器5、第一段掺铒光纤6、第二光纤输出耦合器7和第二段掺铒光纤8连接形成的光纤环形腔；其中泵浦源1采用反向泵浦接入，即所述的泵浦源1与波分复用器2的泵浦端口连接，波分复用器2的信号端口依次经偏振控制器3、偏振相关光纤隔离器4、第一光纤输出耦合器5、第一段掺铒光纤6、第二光纤输出耦合器7和第二段掺铒光纤8连接至波分复用器2的公共端口；泵浦源1、波分复用器2、偏振控制器3、偏振相关光纤隔离器4和第一光纤输出耦合器5均由在1.55μm波段为单模且具有反常色散的单模光纤制备并连接；第一段掺铒光纤6和第二段掺铒光纤8均为在1.55μm波段为单模且具有正常色散；第二光纤输出耦合器7由在1.55μm波段为单模且具有正常色散的单模光纤制备并连接第一段掺铒光纤6和第二段掺铒光纤8；该激光器稳定的单峰脉冲从第一光纤输出耦合器5的10％能量输出端口输出，稳定的多峰脉冲从第二光纤输出耦合器7的10％能量输出端口输出。
[0029]
所述泵浦源为单模光纤耦合的半导体激光器，其中心波长位于972～980nm，其输出尾纤在1.55μm波段具有反常色散且为单模。优选地，其尾纤类型为corning smf-28e。
[0030]
所述波分复用器的工作波长是980/1550nm，其输出尾纤在1.55μm波段具有反常色散且为单模。优选地，其尾纤类型为corning smf-28e。
[0031]
所述偏振控制器为三片线圈旋转式偏振控制器或挤压式偏振控制器，其输出尾纤在1.55μm波段具有反常色散且为单模。优选地，其尾纤类型为corning smf-28e。
[0032]
所述偏振相关光纤隔离器采用中心波长为1550nm的偏振相关隔离器，其输出尾纤在1.55μm波段具有反常色散且为单模。优选地，其尾纤类型为corning smf-28e。
[0033]
所述第一光纤输出耦合器采用输出能量比小于10％的光纤耦合器，其输出尾纤在1.55μm波段具有反常色散且为单模。优选地，其尾纤类型为corning smf-28e。
[0034]
所述第一段掺铒光纤在1.55μm波段具有正常色散且为单模，掺铒光纤长度短于0.3米。优选地，其尾纤类型为ofs edf80。
[0035]
所述第二光纤输出耦合器采用输出能量比小于10％的光纤耦合器，制备该耦合器的光纤在1.55μm波段具有正常色散且为单模。优选地，其尾纤类型为corning metrocor。
[0036]
所述第二段掺铒光纤在1.55μm波段具有正常色散且为单模，掺铒光纤长度长于2.7米。优选地，其尾纤类型为ofs edf80。
[0037]
所述激光器沿逆时针方向的ab段的光纤长度与色散的乘积之和大于沿顺时针方向的ab段的光纤长度与色散的乘积之和。
[0038]
本实用新型的单峰脉冲从第一光纤输出耦合器5输出，双峰脉冲从第二光纤输出耦合器7输出。
[0039]
本实用新型激光器中第一段掺铒光纤长度短于0.3米，第二段掺铒光纤长度长于2.7米，且沿逆时针方向的ab段的光纤长度与色散的乘积之和大于沿顺时针方向的ab段的光纤长度与色散的乘积之和，是本实用新型激光器实现单峰脉冲和双峰脉冲同时输出的关键。
[0040]
数值仿真所得激光器输出的单峰脉冲和双峰脉冲的时域图分别如图2和图3所示，单峰脉冲实际上有背底。
[0041]
本实用新型提供了一种单峰脉冲和多峰脉冲同时产生的方法，具体步骤如下：通过波分复用器将泵浦连续光耦合进光纤激光器内；掺铒光纤吸收了泵浦连续光，受激辐射出长波段的脉冲；脉冲在光纤激光器腔内震荡；偏振相关光纤隔离器使光纤激光器内的脉冲单向运行；偏振相关光纤隔离器和偏振控制器共同作用实现非线性偏振旋转锁模导致锁模脉冲的产生；锁模脉冲在光纤激光器中的传播满足二阶孤子传播模式，在光纤激光器的不同部分可实现单峰脉冲和多峰脉冲的同时输出。
[0042]
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。