一种输入输出模式实时控制和分解的时空锁模激光器

本发明涉及锁模脉冲光纤激光器的，尤其是涉及一种输入输出模式实时控制和分解的时空锁模激光器。

背景技术：

1、锁模光纤激光器现已广泛应用于非线性光学、精密光谱测量、强场物理和生物医学等领域。与基于单模光纤的传统锁模光纤激光器相比，时空锁模光纤激光器中的多模光纤对应更大的模场面积和额外的空间自由度，可有效降低腔中的光功率密度和由此引起的非线性效应并能同时实现高效的激光增益提取；多模光纤中强空间滤波和光谱滤波效应使得模式色散和时间色散相互抵消，从而将多个时间域纵模和空间域横模同时锁定并获得各种空间模式分布的三维时空锁模孤子脉冲，极大地提高了超快激光输出功率和单脉冲能量。此外，时空锁模光纤激光器中增加的额外空间自由度也为模拟各种复杂时空非线性动力学现象提供了理想平台。因此，开展基于多模光纤的时空锁模光纤激光器研究对于进一步提升超快光纤激光器输出脉冲能量、峰值功率、深入理解时空耦合作用下的复杂高维非线性动力学现象具有重要意义和价值。

2、时空锁模光纤激光器输出光束的空间模式还未实现有效的实时分解和控制，目前大都采用不同芯径光纤之间的错位熔接或者自由空间到光纤纤芯的耦合来激发高阶模式，并利用主流的两种方式进行模式分解：第一种是光子灯笼和多通道单元等实现模式解复用，但是其解复用的空间模式和数量不可灵活变换；第二种是利用迭代的智能优化算法对空间模式进行分解，耗时较长(通常在几十毫秒以上)，且无法直接与腔内的模式激发对应联调。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种输入输出模式实时控制和分解的时空锁模激光器，提供一种波长扫描的模式复用模块，实现模式可定制的时空锁模光纤激光器，在模式色散、时间色散、空间滤波、光谱滤波、可饱和吸收、增益饱和等多效应相互平衡下时空锁模孤子输出，不仅可以产生稳定的高能量脉冲，而且能够直接从物理上直接实现不同波长的模式加载和输出模式分解，可以实时分析输出模式组成，及不同模式模式间的相互作用和激光动力学

2、为实现上述目的，本发明提供了一种输入输出模式实时控制和分解的时空锁模激光器包括泵浦源，所述泵浦源按照光路顺序连接有第五准直镜和二向分色镜，所述二向分色镜的分别连接有第一光路和第二光路，所述第一光路和第二光路的另一端均与波长扫描的模式复用模块连接，在所述第二光路的中连接有输出光路；

3、优选的，所述泵浦源设置为半导体激光器，所述泵浦源的输出波段为976nm，所述泵浦源的输出功率范围为0-60w。

4、优选的，所述第一光路包括与所述二向分色镜顺序连接的多模掺镱增益光纤和空间滤波器、第二准直镜。

5、优选的，所述第二光路包括与所述二向分色镜顺序连接的第三准直镜、分光棱镜、半波片、四分一波片、偏振相关隔离器、第二四分一波片、第二全反镜、第四准直镜、单模光纤、第一全反镜、第一准直镜。

6、优选的，所述波长扫描的模式复用模块包括折叠镜，所述折叠镜依照光路依次设置有二维衍射光栅和反射式数字微镜阵列，所述反射式数字微镜阵列反射的光束经折叠镜传输到第二准直镜，耦合到所述多模掺镱增益光纤。

7、优选的，所述输出光路包括衍射光栅，所述衍射光栅与第二光路中的所述分光棱镜连接，所述衍射光栅的输出端顺序连接有光电探测器阵列、射频线和高速示波器。

8、因此，本发明采用上述的一种输入输出模式实时控制和分解的时空锁模激光器，具有以下好处：

9、(1)在本发明中，借助第一准直镜和第二准直镜、二维衍射光栅、反射式数字微镜阵列构成波长扫描的空间模式复用模块，二维衍射光栅对脉冲激光束实现空间色散，不同波段的光入射到反射式数字微镜阵列不同位置，对反射式数字微镜阵列不同位置加载对应的光纤本征模式全息图，从而实现不同波长对应不同模式的实时加载，相比于现有的通过不同光纤之间的错位熔接或者空间耦合条件实现模式激发，具有实时可编程的特点，可重构性较好。

10、(2)在本发明中，高色散特性的衍射光栅将不同波长对应的空间模式在空间分散开，可以由光电探测器阵列及高速示波器组成的高速数字系统实时检测空间模式演化规律，也可以用校准好灰度等级的ccd相机替代此高速数字系统，实时监测输出光束的空间模式组成，分析模式之间的相互作用和激光动力学，相比其它模式分解技术具有物理直接实现的简易高效特点，实时性更优。

11、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种输入输出模式实时控制和分解的时空锁模激光器，其特征在于：包括泵浦源，所述泵浦源按照光路顺序连接有第五准直镜和二向分色镜，所述二向分色镜的分别连接有第一光路和第二光路，所述第一光路和第二光路的另一端均与波长扫描的模式复用模块连接，在所述第二光路的中连接有输出光路。

2.根据权利要求1所述的一种输入输出模式实时控制和分解的时空锁模激光器，其特征在于：所述泵浦源设置为半导体激光器，所述泵浦源的输出波段为976nm，所述泵浦源的输出功率范围为0-60w。

3.根据权利要求1所述的一种输入输出模式实时控制和分解的时空锁模激光器，其特征在于：所述第一光路包括与所述二向分色镜顺序连接的多模掺镱增益光纤和空间滤波器、第二准直镜。

4.根据权利要求3所述的一种输入输出模式实时控制和分解的时空锁模激光器，其特征在于：所述第二光路包括与所述二向分色镜顺序连接的第三准直镜、分光棱镜、半波片、四分一波片、偏振相关隔离器、第二四分一波片、第二全反镜、第四准直镜、单模光纤、第一全反镜、第一准直镜。

5.根据权利要求4所述的一种输入输出模式实时控制和分解的时空锁模激光器，其特征在于：所述波长扫描的模式复用模块包括折叠镜，所述折叠镜依照光路依次设置有二维衍射光栅和反射式数字微镜阵列，所述反射式数字微镜阵列反射的光束经折叠镜传输到第二准直镜，耦合到所述多模掺镱增益光纤。

6.根据权利要求5所述的一种输入输出模式实时控制和分解的时空锁模激光器，其特征在于：所述输出光路包括衍射光栅，所述衍射光栅与第二光路中的所述分光棱镜连接，所述衍射光栅的输出端顺序连接有光电探测器阵列、射频线和高速示波器。

技术总结
本发明公开了一种输入输出模式实时控制和分解的时空锁模激光器，属于锁模脉冲光纤激光器的技术领域，包括泵浦源，所述泵浦源按照光路顺序连接有第五准直镜和二向分色镜，所述二向分色镜分别连接有第一光路和第二光路，所述第一光路和第二光路的另一端均与波长扫描的模式复用模块连接，在第二光路的中连接有输出光路；本发明采用上述结构，直接通过光路设备的组合，从物理上直接实现不同波长的模式加载和输出模式分解，可以实时分析输出模式组成，及不同模式间的相互作用和激光动力学，并相应提供了波长扫描的空间模式复用和解复用的时空锁模光纤激光器结构，为实现时空模式可定制的高能量亚百飞秒光纤激光器提供了一种解决方案和思路。

技术研发人员：张春香,麻向坤,卢海洋,廖美华,潘文慧,陈海龙,邹征宇,尚梦辰,尹思源,陆晓钢,骆世珍
受保护的技术使用者：深圳技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/8/13