一种全光纤结构的时空锁模光纤激光器

1.本发明涉及光纤激光器领域，具体涉及一种全光纤结构的时空锁模光纤激光器。


背景技术：

2.由于激光器本身的特性，基于单模光纤的锁模激光器不仅在许多方面都有着广阔的应用前景，同时更是研究耗散非线性动力学的理想平台。但同时单模光纤激光器也面临着更高的激光能量需求以及光纤通信领域不断增长的数据容量需求的挑战。而多模光纤具有较大的模场面积和更多的空间自由度，可以很好的克服这些限制。所以基于多模光纤的多模光学系统可以提供比传统单模光纤系统更好的非线性效应观测平台。
3.时空锁模光纤激光器是近年提出的一种基于多模光纤的锁模光纤激光器。时空锁模是在支持一个以上横模的谐振器内，调节谐振腔内的色散，使得总模式色散与色度色散相当，或者小于色度色散。就可以使得不同的横向和纵向模式同时锁定形成超短多模脉冲，即实现时空锁模。而且通过适当的调节可饱和吸收体、光谱滤波器、空间滤波器以及谐振腔内的色度色散和模式色散的分布可以获得具有不同特性的时空锁模。
4.时空锁模光纤激光是超短脉冲激光器的一种，它与传统的锁模光纤激光器不同，由于其锁模过程包含多个横模和纵模，它会表现出更加特别的时空特性，且其中模式之间的相互作用比传统锁模激光器更加复杂，所以其对于光纤中的非线性效应的研究具有更大的研究意义。
5.而常见的时空锁模光纤激光器，通常包含部分空间光路，结构相对复杂，不利于激光器的小型化。


技术实现要素：

6.为解决上述问题，本发明提供了一种结构紧凑的全光纤结构时空锁模光纤激光器。
7.本发明提供的锁模光纤激光器为环形腔结构，其包括半导体泵浦源、隔离器以及依次形成光回路的波分复用器、用于产生激光所需的反转粒子数的掺铒光纤、用于激发高阶模式的阶跃折射率多模光纤、用于激光输出的渐变折射率多模输出耦合器、用于监测激光器的单模输出耦合器、作为可饱和吸收体的渐变折射率多模光纤、用于调节谐振腔内偏振态的偏振控制器、确保激光单向传输的偏振无关隔离器所述泵浦源、隔离器以及波分复用器、掺铒光纤、阶跃折射率多模光纤、多模输出耦合器、单模输出耦合器、渐变折射率多模光纤、偏振控制器、偏振无关隔离器采用光纤熔接机的自动熔接。
8.所述半导体泵浦源输出波长为976nm。
9.进一步的所述波分复用器反射端口、隔离器、耦合器的工作波长在1520nm~1620nm波段。
10.进一步地，如上所述的全光纤结构的时空锁模光纤激光器，所述增益光纤为单模
掺铒光纤。
11.进一步的所述多模输出耦合器的直接输出端与耦合器输出端的分光比为80:20，用于激光的输出。
12.进一步的所述单模输出耦合器的输出端与耦合器输出端的分光比为95:5，用于监测激光器。
13.进一步的所述渐变折射率多模光纤的纤芯尺寸为62.5
µ
m。
14.进一步地，如上所述的全光纤结构的时空锁模光纤激光器，所述偏振控制器为手动旋转三桨型偏振控制器。
15.作为优选方案，所述阶跃折射率多模光纤的长度范围设置3mm~10mm之间。
16.作为优选方案，所述渐变折射率多模光纤，其长度范围设置20~60cm之间。
17.与现有技术相比，本发明提供的全光纤结构的时空锁模光纤激光器，带来的有益效果是:所述全光纤结构为时空锁模的实现提供了一种新方法。
18.所述时空锁模光纤激光器结构简单，仅需通过光纤熔接即可实现，无需搭建空间光路，易于实际推广使用。
19.所述时空锁模光纤激光器中采用的所有元件或光纤，制作工艺非常成熟，均采用成熟的商用元件或商用光纤，大大降低成本，简化了激光器结构，提高了时空锁模光纤激光器的稳定性和可靠性。
附图说明
20.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了对本发明的具体结构以及产生的效果做进一步的理解，下面将结合附图说明本发明的目的、特征和效果。
21.图1本发明实例中的时空锁模光纤激光器结构示意图。
22.图中1、半导体泵浦源，2、隔离器，3、波分复用器，4、掺铒光纤，5、阶跃折射率多模光纤，6、多模输出耦合器，7、单模输出耦合器，8、可饱和吸收体器件，9、偏振控制器，10、偏振无关隔离器。
23.图2是本发明实例中渐变折射率多模光纤可饱和吸收体器件的调制深度曲线图。
24.图3是本发明实例中激光器时空锁模运转输出的光谱。
25.图4是本发明实例中激光器时空锁模运转输出的脉冲序列图。
26.图5是本发明实例中激光器输出脉冲的自相关曲线图。
27.图6是本发明实例中激光器输出光束剖面图。
28.具体实施方案
29.以下给出本发明的具体实施，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例中，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面参考附图并结合实施来对本发明专利进行详细、完整的描述。
30.实施例1
本实施例给出一种全光纤结构的时空锁模光纤激光器。图1是本技术的时空锁模光纤激光器的结构示意图，把包括依次熔接的泵浦源1、隔离器2、波分复用器3、掺铒光纤4、阶跃折射率多模光纤5、多模输出耦合器6、单模输出耦合器7、可饱和吸收体8、偏振控制器9、偏振无关隔离器10。
31.所述波分复用器3、掺铒光纤4、阶跃折射率多模光纤5、多模输出耦合器6、单模输出耦合器7、可饱和吸收体8、偏振控制器9、偏振无关隔离器10使用光纤熔接机依次熔接进行连接，形成环形腔结构；所述可饱和吸收体8包括依次连接的单模光纤、渐变折射率多模光纤和单模光纤。
32.所述泵浦源1作为基础光源为光纤激光器提供泵浦光；所述隔离器2用于控制激光单向传输，防止返回光损坏泵浦源；所述波分复用器3用于将两个不同中心波长的光整合进入同一根光纤中；所述掺铒光纤4用于放大泵浦光；所述阶跃折射率多模光纤5用于激发高阶模式用于时空锁模的建立；所述多模输出耦合器6用于将一束光按照80:20的分光比分成两束，其中一束能量占比约为80%的光返回激光腔内进行振荡反馈，另一束能量占比约为20%的光用于输出观测；所述单模输出耦合器7用于将一束光按照95比5的分光比分成两束，其中一束能量占比约为95%的光返回激光腔内进行振荡反馈，另一束能量占比约为5%的光用于对激光器的监测；所述可饱和吸收体8用于锁模的建立，同时在腔内形成空间滤波器为时空锁模的建立提供强空间滤波；所述偏振控制器9为手动控制的三桨型偏振控制器，用于调节腔内光的偏振态；所述偏振无关隔离器10用于保证腔内激光的单向传输。
33.图2是本技术的全光纤时空锁模光纤激光器中可饱和吸收体的调制深度曲线，随着入射光功率的增加，器件的透过率逐渐增加，并趋于饱和。其测量结果通过简化的饱和吸收模型进行拟合：t(i)=1
‑∆
t
×
exp(-i/i_sat )-t_ns其中，δt、isat和tns分别表示调制深度、饱和功率以及非饱和吸收系数，实验中测得的所述可饱和吸收体器件的调制深度为26.1%。
34.图3是本技术的全光纤时空锁模光纤激光器在泵浦功率为242mw时的锁模脉冲光谱图。其中心波长为1556.88nm，3db带宽为3.54nm。
35.图4是本技术的时空锁模光纤激光器在泵浦功率为242mw时输出的锁模脉冲序列图，其脉冲间隔约为64.64ns，对应于脉冲重复频率为15.47mhz。
36.图5是本技术的时空锁模光纤激光器在泵浦功率为242mw时，稳定锁模状态下输出脉冲的自相关曲线，其值为1.052ps。
37.图6是本技术的时空锁模光纤激光器在泵浦功率为242mw时，处在稳定时空锁模状态下的输出光斑。可以看出输出光束的能量分布呈现出分散的状态，体现出时空锁模的输出特性。
38.以上所述仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的技术人员而言，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明技术方案的精神和原则范围内，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。