一种实现多孤子态输出的双向锁模光纤激光器

本发明涉及光纤激光、超快光学以及非线性光学领域，特别是双向分别输出传统孤子与耗散孤子，双向分别输出不同倍周期脉动孤子的特性，在光通信、光学传感以及激光应用等领域具有潜在的科研价值和工业应用，更具体地，涉及一种多孤子态输出的双向锁模光纤激光器。

背景技术：

1、光纤激光器效率高，散热特性好，结构紧凑，稳定性高，且输出的光束质量高，在科学研究与工业应用有着极其重要的应用。作为优质且稳定的超快脉冲光源，借助被动锁模技术，利用可饱和吸收体的非线性吸收特性调节谐振腔内的损耗，锁模光纤激光器能够容易地实现飞秒级别(10-15秒)的超快脉冲激光输出，因而作为种子光源在各领域具有不少潜在应用。通常，为了得到稳定起振的激光脉冲，目前主流的锁模环形光纤激光器都会在谐振腔中加入单向通光的光学隔离器件以保持谐振腔内光的单向运转。不同结构特点的环形腔具有不同的色散、非线性、自调制等机制，输出的孤子脉冲具备不同的状态。多孤子态激光器作为一种应用面广泛的种子源，可以被应用于光谱检测、光频梳和激光通信等多个领域。而传统的单向腔型激光器一台只能产生一种孤子激光脉冲，灵活性低，器件利用效率低，难以实现多种孤子态在一腔内输出，无法满足多用途的应用需求。

2、双向锁模光纤激光器具有高稳定性、结构紧凑、高稳定性等优点，近年来国内外许多学者在双向锁模光纤激光器多孤子态现象方面的研究取得了突破，然而能在同一腔体内实现的多孤子态，且做到多个孤子态按需灵活切换应用等技术还是十分局限，限制了其被广泛应用。综上所述，现有的锁模光纤激光器存在灵活性不强、功能单一、适用面较窄等问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上改进需求，本发明提供了一种能够实现多孤子态输出的双向锁模光纤激光器，其目的在于，实现锁模光纤激光器的双向运转，并分别实现脉动孤子、传统孤子、束缚态孤子多孤子态，其孤子态之间可自由切换，分别单独操作，以此可作为解决锁模激光器单向传输以及不能一腔内输出多孤子态的技术问题与双向激光器中难以协调多孤子态之间切换的难题的一种技术手段。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种实现多孤子态输出的双向锁模光纤激光器，包括：泵浦驱动模块、第一偏振控制器、第二偏振控制器、可饱和吸收体和脉冲输出模块；其中，

4、所述泵浦驱动模块用于实现978nm波段泵浦光能量的导入，并实现对所述泵浦光能量的受激辐射放大形成波段在1.5μm的激光；

5、所述脉冲输出模块用于分离顺时针和逆时针的孤子脉冲，对分离后孤子脉冲进行稳态与偏振态调节并分别输出顺时针和逆时针的孤子脉冲。

6、优选地，所述泵浦驱动模块包括：激光二极管泵浦源、波分复用器、增益光纤；

7、优选地，所述脉冲输出模块包括：光耦合器、第一偏振无关隔离器、第三偏振控制器、第二偏振无关隔离器、第四偏振控制器；

8、所述激光二极管泵浦源与所述波分复用器的第一端口连接；所述波分复用器的第三端口与所述增益光纤连接;所述增益光纤与所述第一偏振控制器连接；所述第一偏振控制器与所述光耦合器的第一端口连接，所述光耦合器的第二端口与所述第二偏振控制器连接，所述第二偏振控制器与所述可饱和吸收体连接；所述可饱和吸收体与所述波分复用器的第二端口连接；

9、优选地，所述增益光纤为高掺杂掺铒光纤；

10、优选地，所述可饱和吸收体为单壁碳纳米管；

11、所述第一偏振控制器与第二偏振控制器用于调节光纤双折射效应与腔内光束偏振态，使腔内色散、非线性效应、自调制效应达到平衡，产生初始锁模脉冲信号和实现不同锁模状态的切换。

12、所述光耦合器的第三端口与所述第一偏振无关隔离器连接；所述第一偏振无关隔离器与所述第三偏振控制器连接；所述光耦合器的第四端口与所述第二偏振无关隔离器连接；所述第二偏振无关隔离器与所述第四偏振控制器连接；

13、所述第一偏振无关隔离器与所述第二偏振无关隔离器隔离后向反射光，避免后向反射光影响腔体的稳定工作；

14、所述第三偏振控制器与所述第四偏振控制器用于调节输出的孤子脉冲的偏振态与输出能量；

15、优选地，所述第一偏振控制器、第二偏振控制器、第三偏振控制器、第四偏振控制器均为三环光纤偏振控制器，三环分别等效为λ/4、λ/2和λ/4波片，分别控制光的偏振方向、偏振角度和偏振强度，可以通过细微调节来实现精确的偏振控制与输出能量大小控制。

16、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

17、1、本发明的激光器通过由泵浦驱动模块、第一偏振控制器、光耦合器、第二偏振控制器、可饱和吸收体构成的谐振腔，采用可饱和吸收体引入被动锁模的机制，利用增益光线与单模光纤提供正色散与负色散，在顺时针与逆时针两个空间方向上分别实现锁模脉冲运转，在孤子类型上又实现了同一激光系统中产生脉动孤子、传统孤子与束缚态孤子的多孤子态脉冲。

18、2、通过偏振控制器改变谐振腔光路的光偏振状态，第一偏振控制器与第二偏振控制器分别置于光耦合器左右两端，实现对光偏振状态与锁模状态的精确控制，进而实现多孤子态之间的自由切换。

19、3、通过由光耦合器、第一偏振无关隔离器、第三偏振控制器、第二偏振无关隔离器、第四偏振控制器构成的两个输出支路，采用偏振无关隔离器隔离后向反射光，保证腔体运行时更高的稳定性；采用三环光纤偏振控制器，通过细微调节来实现精确的偏振控制与能量调节。

20、4、全光纤结构，无需任何外部器件，具有光束质量好，抗电磁干扰能力强、转化效率高、结构紧凑、成本低廉等多种特点，适用于多种场合。

21、5、双向传输，灵活多用，多孤子态输出的双向锁模光纤激光器作为多功能复用激光器在光纤通信和传感等领域有许多潜在应用，具有丰富的科研意义与工程应用价值。

技术特征：

1.一种实现多孤子态输出的双向锁模光纤激光器，其特征在于，包括：泵浦驱动模块、第一偏振控制器（4）、第二偏振控制器（6）、可饱和吸收体（7）和脉冲输出模块，其中，

2.根据权利要求1所述的一种实现多孤子态输出的双向锁模光纤激光器，其特征在于，所述泵浦驱动模块包括：激光二极管泵浦源（1）、波分复用器（2）、增益光线（3）；

3.根据权利要求2所述的一种实现多孤子态输出的双向锁模光纤激光器，其特征在于，所述增益光线为高掺杂掺铒光纤。

4.根据权利要求3所述的一种实现多孤子态输出的双向锁模光纤激光器，其特征在于，所述脉冲输出模块包括：光耦合器（5）、第一偏振无关隔离器（8）、第三偏振控制器（9）、第二偏振无关隔离器（10）、第四偏振控制器（11）；

5.根据权利要求4所述的一种实现多孤子态输出的双向锁模光纤激光器，其特征在于，所述第一偏振控制器（4）、第二偏振控制器（6）、第三偏振控制器（9）、第四偏振控制器（11）均为三环光纤偏振控制器。

6.根据权利要求5所述的一种实现多孤子态输出的双向锁模光纤激光器，其特征在于，所述第一偏振无关隔离器（8）与所述第二偏振无关隔离器（10）具有单向传输性，反向光无法通过。

技术总结
本发明涉及一种实现多孤子态输出的双向锁模光纤激光器。该系统包括泵浦驱动模块、第一偏振控制器、第二偏振控制器、可饱和吸收体和脉冲输出模块；所述泵浦驱动模块用于实现泵浦光能量的导入，并实现对所述泵浦光能量的受激辐射放大形成激光；所述脉冲输出模块用于分离顺时针和逆时针的孤子脉冲，对分离后孤子脉冲进行稳态与偏振态调节并分别输出顺时针和逆时针的孤子脉冲。本发明提供了一种能够实现多孤子态输出的双向锁模光纤激光器，其目的在于，实现锁模光纤激光器的双向运转，并分别实现输出脉动孤子、传统孤子、束缚态孤子；本发明采用全光纤结构，无需外部信号进行调制，具有流程步骤简单和操作方便的特点。

技术研发人员：王悦悦,黎兆轩,戴朝卿
受保护的技术使用者：浙江农林大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16