[发明专利]高重频锁模光纤激光器

说明书

技术领域

本发明属于激光超短脉冲，特别是一种高重频锁模光纤激光器。

背景技术

高重复频率(简称为高重频)超短脉冲激光器是高速光采样、精确距离测量、精密激光雷达等科研、工业、国防军事应用的关键技术，是激光技术发展的前沿方向之一，也是近来激光器研究领域的一大热点问题。更高的重复频率意味着更大的纵模间隔。GHz以上量级锁模脉冲序列频域上的各阶纵模将能被现有的滤波元件区分，易于实现对单纵模进行强度、相位调制，获得所需要的波形，从而应用在高速光通信系统、激光与物质相互作用、量子动力学控制等领域。

锁模光纤激光器是实现超短脉冲最有效的方式之一。目前的现有高重频锁模光纤器有主动锁模、被动谐波锁模和超短腔锁模三种方式。

主动锁模【参见Feng，H.，et al.，Generation of 10-GHz ultra-short pulseswith low time jitter in an actively mode-locked fiber laser.Laser Physics，2011.21(2)】增加了有源调制器破坏了全光纤结构，更进一步的为了获得高重频和稳定的脉冲序列，需要复杂的高频电路及反馈电路作为支持，加以控制，这将直接导致系统的复杂和昂贵，而且由于电学带宽的限制，脉冲最短只能达到皮秒量级；

采用被动谐波锁模虽可以获得飞秒级脉冲【参见Sobon，G.，et al.，10GHzpassive harmonic mode-locking in Er-Yb double-clad fiber laser.OpticsCommunications，2011.284(18)】，但是通常需要很高的泵浦功率来达到高次谐波的目的，又因为不是工作于基频状态，其脉冲的均匀性和稳定性存在一定问题，光纤激光器的结构也通常较为复杂。

基于短腔结构的高重复频率被动锁模技术不需任何外界的有源调制器件，而且由于腔长较短，基本不用考虑色散问题，激光器结构简单，脉冲质量较稳定，但是其稳态锁模脉冲重复频率取决于腔体长度。

磷酸盐玻璃对稀土离子具有极高的溶解度，而且可忽略团簇效应，随着多组分氧化物玻璃光纤制备技术的发展，国内外均制备出了增益系数达到5dB/cm的铒镱共掺磷酸盐玻璃光纤，在短腔单频光纤激光器中已得到良好的应用。掺稀土磷酸盐玻璃光纤的增益系数比石英光纤高两个数量级，使其成为研究高重频被动锁模光纤激光器的理想增益介质。

超短腔锁模光纤激光器基本采用磷酸盐光纤作为增益介质，其锁模器件大多采用半导体饱和吸收镜(简称为SESAMs)【参见Byun，H.，et al.，Compact，stable1GHz femtosecond Er-doped fiber lasers.Appl.Opt.，2010.49(29)】，然而SESAMs可调谐范围很窄，而且需要很复杂的生产和包装过程，其散热问题也需特别注意。一种简单而经济的替代方案是采用单壁碳纳米管(简称为SWCNTs)【Yamashita，S.，et al.，5-GHz pulsed fiber Fabry-Perot laser mode-locked using carbonnanotubes.Photonics Technology Letters，IEEE，2005.17(4)】，其工作波长取决于SWCNTs的直径，可调谐范围较窄；如果要获得较大的可调节范围必须采用多种直径的SWCNTs，这将导致非饱和损耗的增大和损伤阈值的减小，从而影响其可饱和吸收作用。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高重频锁模激光器，该锁模光纤激光器，具有体积小，系统简单，转化效率高，使用波长范围大，损伤阈值高，产生的超短脉冲输出性能稳定的特点。

本发明的的技术解决方案如下：

一种高重频锁模光纤激光器，包括泵浦激光器和激光谐振腔，其特点在于，所述的激光谐振腔是FP腔结构，增益介质和锁模元件位于两个光纤连接件的端面之间，该光纤连接件的端面镀有双色膜，所述的增益光纤为掺稀土离子的磷酸盐光纤，所述的锁模元件为石墨烯，所述的激光谐振腔的一端经激光隔离器直接输出，该激光谐振腔的另一端接波分复用器的一个输出端，该波分复用器的一个输入端接所述的泵浦激光器，该波分复用器的另一个输出端接激光隔离器输出激光，所述的激光谐振腔的温度由温度控制系统控制。

所述的增益光纤为掺稀土离子的磷酸盐光纤，其长度的取值范围为1-5cm。