一种全光纤时空锁模双光梳激光器和系统

(一)本发明涉及激光，尤其是涉及一种全光纤时空锁模双光梳激光器和系统。

背景技术：

0、(二)背景技术

1、光频梳是一种特殊的激光光源，在频域上表现为一系列等频率间隔的谱线，而在时域上则表现为等时间间隔的光脉冲。双光梳系统由具有不同重复频率的两台光频梳组成，两台光频梳的输出具有高度相干性的同时具有重复频率差，因此拍频后所产生的信号从高频率的光频域转化为低频率的射频域。因此，双光梳系统可以将光频域和射频域连接，将从光频域探测获得的信息快速反映在射频域上。当前光频域的光谱探测要比射频域更加困难、成本更高，使用双光梳可以从射频域解算光频信息，在精密测量、光通信、光谱分析等领域都具有显著优势。

2、光频梳通常可以通过锁模激光器获得。一般的激光器中，各纵模振荡互不相关，其相位之间没有确定的关系，受频率牵引和频率互斥作用的影响，相邻纵模的频率间隔并不严格相等。而锁模激光器输出的各振荡模式间频率间隔保持一定，并具有确定的相位关系，输出频域上为一系列等频率间隔的谱线，经过适当的稳定处理后可以用作光频梳。在双光梳系统中，需要使双光梳系统的两台光频梳能够长时间相干平均以提升干涉信号的信噪比，因此需要提升两台光频梳的互相干性。

3、为利用较低的成本生成具有较高互相干性的两套光频梳，单腔双光梳的概念被提出。单腔双光梳使用一台激光器生成两套光梳，基于其形成机制可主要分类为波长复用、方向复用、偏振复用等。这两套光梳在具有重频差的同时由于产生自同一激光器而拥有天然的互相干性，使得单腔双光梳成为双光梳的重要产生方式。

4、双光梳脉冲的输出目前仅在单模激光器中被广泛研究。多模光纤内具有多个横模模式，模式之间在传输过程中会产生相互影响。研究利用此种特性而产生的多模激光器中的多种复杂现象也具有极大的意义。进一步，将多模光纤与双光梳异步锁模脉冲的输出结合在一起，也能够为双光梳的实现提供新的思路。在多模光纤激光器内，激光纵模和横模同时锁定的情况被称为时空锁模。时空锁模的特性与双光梳的概念相匹配，当时空锁模中不同模式被锁定为具有微小重频差的两组时，即产生了模分复用的双光梳。全光纤时空锁模双光梳激光器和系统的发明为双光梳的实现提供了新的思路。

技术实现思路

0、(三)
技术实现要素：

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种全光纤时空锁模双光梳激光器和系统。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种全光纤时空锁模双光梳激光器，其特征在于，该系统包括由多模光纤依次连接的波分复用器、输出耦合器、时空锁模器件、偏振控制器、隔离器、增益光纤，用于产生时空锁模双光梳激光；其中，所述波分复用器用于将泵浦光耦合到该时空锁模双光梳激光器内；所述输出耦合器用于输出时空锁模双光梳激光。所述时空锁模器件用于调制时空锁模双光梳激光；所述偏振控制器用于调整优化该时空锁模双光梳激光器内的偏振态；所述隔离器用于保证激光在该时空锁模双光梳激光器内运转的单向性；所述增益光纤用于吸收泵浦光并将泵浦光的能量用于放大并维持时空锁模双光梳激光，其中，根据激光波段的需求，可以采用的增益光纤包括掺铒光纤、掺镱光纤、掺铥光纤、铒镱共掺光纤、铥钬共掺光纤、掺铥氟化物光纤、zblan光纤；所述输出耦合器、时空锁模器件、偏振控制器以及隔离器尾纤均为多模光纤。

3、结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述锁模器件包括其中，所述主动锁模器件为电光调制器件或声光调制器件；所述等效可饱和吸收体为非线性偏振旋转器件、非线性光纤环形镜或非线性放大环形镜；所述自然可饱和吸收体为染料、半导体可饱和吸收镜、石墨烯、碳纳米管、拓扑绝缘体、过渡金属硫族化物、黑磷、金属及其氧化物纳米材料、过渡金属碳/氮/碳氮化物、超表面材料或由上述自然可饱和吸收体材料复合而成的复合材料。

4、第二方面，本发明实施例提供了一种全光纤时空锁模双光梳系统，其中，所述全光纤时空锁模双光梳系统包括依次连接的外设泵浦光源和第一方面所述的全光纤时空锁模双光梳激光器。

5、结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述外设泵浦光源为单模或多模的激光二极管、连续光激光器或脉冲激光器，其中，外设泵浦光源可直接或通过模场匹配器与所述波分复用器连接；所述模场匹配器用于将外设泵浦光源尾纤中的模场进行拓宽并与波分复用器尾纤中的模场相匹配。

技术特征：

1.一种全光纤时空锁模双光梳激光器，其特征在于，该系统包括由多模光纤依次连接的波分复用器、输出耦合器、时空锁模器件、偏振控制器、隔离器、增益光纤，用于产生时空锁模双光梳激光；

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述时空锁模器件包括主动锁模器件、等效可饱和吸收体或自然可饱和吸收体；

3.一种全光纤可调谐时空锁模系统，其特征在于，包括依次连接的外设泵浦光源和权利要求1和2中任一项所述的一种全光纤时空锁模双光梳激光器。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述外设泵浦光源为单模或多模的激光二极管、连续光激光器或脉冲激光器，其中，外设泵浦光源可直接或通过模场匹配器与所述波分复用器连接；所述模场匹配器用于将外设泵浦光源尾纤中的模场进行拓宽并与波分复用器尾纤中的模场相匹配。

技术总结
本发明提供一种全光纤时空锁模双光梳激光器和系统，该激光器包括由多模光纤依次连接的波分复用器、输出耦合器、时空锁模器件、偏振控制器、隔离器、增益光纤，用于产生时空锁模双光梳激光；其中，输出耦合器用于输出激光，时空锁模器件用于调制激光，偏振控制器用于调整优化偏振态；隔离器用于保证激光运转的单向性；所述增益光纤用于生成与维持时空锁模双光梳激光；外设光源可直接或通过模场匹配器与波分复用器连接，构成全光纤时空锁模双光梳系统。本发明可产生基于模式复用的时空锁模双光梳，结构简单，输出功率较大，适用于精密测量、光通信、光谱分析等领域。

技术研发人员：付博,徐立军,张淙彧,张和,丛林郁,孙峙宏
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2025/1/16