一种基于SESAM的全光纤亚百飞秒激光器

本技术属于光纤激光器设备，具体是一种基于sesam的全光纤亚百飞秒激光器。

背景技术：

1、高能量、高平均功率的飞秒激光由于在阿秒高次谐波产生、精密加工制造、生物医疗及国防等领域的广泛应用需求，是近十多年来超快超强激光技术研究的前沿热点内容。若要得到大能量和高功率飞秒激光，种子源作为放大器的前端器件，其稳定可靠的运行至关重要。特别是光纤激光，由于稳定可靠的运行特性、皮实紧凑的结构、优良的光束质量、较低的成本等优势，倍受人们的重视。运转在脉冲模式的光纤激光器，根据其脉冲宽度可分为短脉冲和超短脉冲光纤激光器。短脉冲光纤激光的脉宽一般在纳秒左右，通常通过调q技术和增益开关技术获得。超短脉冲光纤激光器的脉宽在皮秒或飞秒量级，锁模技术是最为常用的获得手段。相比q调制和增益调制，锁模技术得到的脉冲具有脉冲窄、稳定性高、峰值功率大(>kw)、脉冲重复速率高(>10mhz)等特点，展现了其广泛的应用价值。获得锁模脉冲的手段分别为主动锁模和被动锁模。主动锁模方式需采用外部控制的相位调制器，其稳定性较差且易受到环境因素干扰、由于调制器有限的带宽难以产生飞秒量级的脉冲，而且有源外调制器件使得难以集成实现全光纤化。被动锁模方式拥有结构简单、易于全光纤集成、脉宽窄、稳定性高等优点，然而不足之处在于重复频率与谐振腔长度是紧密相关。实现光纤激光器的被动锁模方式有几类，分别为非线性光纤放大环形镜锁模、非线性偏振旋转锁模和可饱和吸收体锁模等。然而，许多锁模方法具有固有的环境不稳定性。非线性光纤放大环形镜依赖非线性相移积累，自启动锁模困难。非线性偏振旋转方法虽然实现了飞秒量级的全光纤锁模激光脉冲，但由于脉冲形成和输出需要调整偏振控制器才能自启动运行。而偏振态对环境的极度敏感性造成了非线性偏振旋转环境不稳定性，大大限制了其商用化生产。

2、半导体可饱和吸收镜(semiconductor saturable absorber mirror)，简称sesam，是基于半导体对光可饱和吸收特性的锁模器件。目前，工作在1μm、1.5μm、2μm和3μm等波段的sesam已经商用化，通常为反射式结构，两个表面分别镀有增透和增反膜。sesam作为独立的锁模器件，结构紧凑、散热性好、抗损伤能力强。另外，整个器件对光的偏振态不敏感，对光纤长度也无严格限制，因此具有很好的环境稳定性和脉冲重复速率的可调节性。主要有自由空间和尾纤两种连结方式，自由空间式的可以自由调节入射的光斑大小，尾纤式的通过熔接实现全光纤化。目前所提出的基于可饱和吸收体锁模方式大多在激光系统中采用额外的准直器和透镜，通过将光纤中的光聚焦到半导体可饱和吸收镜(sesam)上，这不可避免地引入了一些空间结构。激光腔内使用的自由空间光学元件削弱了光纤激光器的优势，使sesam锁模光纤激光器更容易受到外界环境的影响，不利于光纤激光器的集成化和商业化。采用尾纤式的sesam通过熔接实现全光纤化，但由于锁模过程中的光纤非线性积累以及激光器中的腔内色散、功率密度等影响，使得锁模光谱带宽大多小于15nm，限制其压缩脉冲宽度无法达到亚百飞秒。无法满足基于光纤啁啾脉冲放大激光器的最佳种子源脉冲的最佳光谱带宽应该大于15nm的条件，此外，获得的光谱带有尖峰，脉冲宽度带有非线性啁啾，导致脉冲在非线性光纤放大器中被展宽和增强时的脉冲失真。锁模种子源作为放大系统的前端器件，其不稳定结构和光谱带宽受限极易降低放大系统的性能，严重危害系统的稳定性。

技术实现思路

1、为了克服光纤激光器存在的容易受到外界环境的影响的不足，本实用新型提出了一种基于sesam的全光纤亚百飞秒激光器。

2、本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：

3、一种基于sesam的全光纤亚百飞秒激光器，包括sesam、波分复用器、泵浦源、增益光纤、啁啾光纤布拉格光栅、隔离器、反射镜、压缩单元、自相关仪。

4、所述sesam、所述波分复用器、所述增益光纤、所述啁啾光纤布拉格光栅、所述隔离器依次排列、光纤熔接连通，并设置在同一线性光路上，sesam位于线性腔的端部。

5、所述波分复用器的尾纤为3条单模光纤，每条单模光纤为一个端口，所述波分复用器的端口分别与sesam、增益光纤光纤熔接连通。

6、所述啁啾光纤布拉格光栅的尾纤为2条单模光纤，每条单模光纤为一个端口，啁啾光纤布拉格光栅的端口分别与增益光纤、隔离器连通，隔离器输出激光。

7、所述泵浦源的尾纤为单模光纤，泵浦源的尾纤与泵浦保护器尾纤连通。

8、所述sesam、波分复用器、增益光纤、啁啾光纤布拉格光栅、隔离器(8)成线性排列。

9、所述sesam、波分复用器、泵浦源、增益光纤、啁啾光纤布拉格光栅构成激光器的谐振腔。

10、所述反射镜包括反射镜ⅰ、反射镜ⅱ、反射镜ⅳ。

11、所述隔离器输出的激光，依次经过反射镜ⅰ、反射镜ⅱ、压缩单元、反射镜ⅳ，进入自相关仪。

12、所述压缩单元包括光栅对ⅰ、光栅对ⅱ、提升镜、反射镜ⅲ，所述反射镜ⅱ的光依次经过光栅对ⅰ、光栅对ⅱ、提升镜、光栅对ⅱ、光栅对ⅰ、反射镜ⅲ，至反射镜ⅳ。

13、所述光栅对ⅰ、所述光栅对ⅱ为透射式衍射光栅对。

14、上述的基于sesam的全光纤亚百飞秒激光器，还包括泵浦保护器；泵浦源的尾纤与泵浦保护器尾纤连通；所述sesam、波分复用器、泵浦源、泵浦保护器、增益光纤、啁啾光纤布拉格光栅构成激光器的谐振腔。

15、上述的基于sesam的全光纤亚百飞秒激光器，所述光栅对ⅰ、光栅对ⅱ的槽密度均为1000line/mm。

16、上述的基于sesam的全光纤亚百飞秒激光器，所述压缩单元还可以采用体光栅。

17、上述的基于sesam的全光纤亚百飞秒激光器，所述压缩单元还可以采用啁啾光纤布拉格光栅。

18、上述的基于sesam的全光纤亚百飞秒激光器，所述泵浦源为光纤耦合半导体泵浦源，泵浦保护器为单模泵浦保护器。所述泵浦源尾纤、泵浦保护器尾纤均为非保偏光纤。

19、泵浦源的输出功率为365mw，中心波长为976nm。

20、上述的基于sesam的全光纤亚百飞秒激光器，所述波分复用器为保偏波分复用器，所述隔离器为保偏单模隔离器。所述波分复用器、所述啁啾光纤布拉格光栅、所述隔离器的尾纤均为保偏单模光纤，其尾纤的芯径为6μm、包层为250μm，为掺镱pm980光纤。

21、上述的基于sesam的全光纤亚百飞秒激光器，所述增益光纤为保偏掺镱增益光纤，长度为0.45m～0.6m。所述谐振腔腔长为129cm～148.5cm。

22、上述的基于sesam的全光纤亚百飞秒激光器，所述啁啾光纤布拉格光栅色散量为0.115ps/nm。

23、上述的基于sesam的全光纤亚百飞秒激光器，所述sesam的工作波长为1020～1050nm，调制深度为30％，弛豫时间为500fs。sesam粘贴在单模跳线表面，成尾纤式sesam，与波分复用器的单模光纤尾纤熔接。

24、本实用新型的有益效果是：

25、一种基于sesam的全光纤亚百飞秒激光器，采用色散量为0.115ps/nm的啁啾光纤布拉格光栅，补偿腔内正色散，实现了光谱宽度23nm的锁模脉冲，进一步，采用一对透射式衍射光栅对压缩至88fs，实现了光谱宽度23nm的锁模脉冲，在近零腔内色散0.00087ps2下，获得了最大光谱宽度27nm。满足基于光纤啁啾脉冲放大激光器的最佳种子源脉冲的最佳光谱带宽应该大于15nm的条件，另外脉冲宽度近变换带宽极限，减少放大器的压缩脉冲失真。此外，种子脉冲的光谱平滑，避免了脉冲在非线性光纤放大器中被展宽和增强时的脉冲失真。

26、一种基于sesam的全光纤亚百飞秒激光器，采用简单的线性腔，将sesam粘贴到单模光纤跳线表面用于启动锁模，实现了系统的全光纤结构，通过测量超过120h的功率稳定性，产生了0.32％的相对均方根噪声，验证其稳定可靠的运行特性及鲁棒紧凑的结构，适用于工业化集成应用。