[发明专利]波长大范围动态可调谐锁模脉冲掺铋光纤激光器

说明书

技术领域：

本发明涉及应用于通信、医学、光学测量等领域的光纤激光器，具体是一种波长大范围动态可调谐的锁模脉冲掺铋光纤激光器。

背景技术：

目前作为光纤激光器的高效率增益介质主要有三种稀土离子（Yb³⁺、Er³⁺、Tm³⁺）的掺杂光纤，它们的激射波长范围分别在1030-1120nm（Yb³⁺）、1530-1600nm（Er³⁺）和1750-2100nm（Tm³⁺）。由此可以看出，光纤激光器的激射波长在1000-2000nm范围内还有较大波长间隙（1150-1500nm）没有相对应的高效率增益光纤，而恰恰这些不能激射的波长范围在通信系统、医学及航天等领域有着重要的应用。特别地，这些不能激射波长范围包括了在1300nm附近的具有低光纤色散的光纤通信第二窗口。虽然在1300nm波长附近可以通过掺Pr³⁺光纤或者光纤拉曼效应来实现增益和激射，但是它们自身固有的缺点，例如掺Pr³⁺光纤与普通光纤的熔接困难，光纤拉曼效应系统的低效率及复杂性，使它们的应用受到了限制。因此，要在1150-1500nm范围内获得高效率的增益和光纤激光输出，必然要寻找具有更大带宽、更高效率的新型增益介质，这对光纤激光技术的发展无疑具有非常重要的意义。

近几年来一种新的增益介质——掺铋光纤的出现，使得上述问题有望得以解决。掺铋光纤最显著的特点就是具有超宽带增益波长范围（1100-1600nm），覆盖了普通单模光纤的低损耗和低色散波长窗口，打破了目前在1150-1500nm的激射波长范围没有相对应高效率增益光纤的限制，这就使得超宽带光放大器和波长大范围动态可调谐脉冲光纤激光器的研制和开发成为了可能。因此，掺铋光纤无论作为光纤放大器还是光纤激光器的增益材料，都有着极大的吸引力，受到了各国科学家的竞相研究。其中波长连续可调谐锁模脉冲掺铋光纤激光器在生物医学研究、光谱分析、光学测量、通信等领域的应用尤为重要。

目前，对波长可调谐锁模脉冲掺铋光纤激光器的研究已有报道。在先技术之一，芬兰研究人员等人(《Tunable modelocked bismuth-doped soliton fibre laser》Electron.Lett.44(25)pp:1456-14572008)通过在腔内加空间光栅对进行色散补偿，利用可饱和吸收镜，获得了中心波长在1160nm附近、脉冲宽度为0.9ps的可调谐脉冲输出，通过移动聚焦物镜实现其波长从1153nm至1170nm可调谐，范围仅为17nm。但是其可调谐范围受制于物镜的角度，因此即使掺铋光纤有巨大的增益带宽，其激光器的调谐范围也有限；另外，该激光器并非全光纤结构，使得该技术缺乏灵活可调的操作以及难以集成。在先技术之二，俄罗斯研究人员A.V. Shubin等人（《Evolution and stability of pulse regimes in SESAM-mode-locked femtosecond fiber lasers》Opt.Lett.37(13)pp:2589-25912012）通过在激光器腔中接入不同峰值波长的光栅对来获得在1389nm、1480nm、1500nm、1538nm波长处可选择输出。采用该技术实现激射波长切换输出，必须每次在激光器腔内接入不同峰值波长的光栅对，因此不能灵活实现波长的动态调谐。

为了使锁模脉冲掺铋光纤激光器适应不同领域的应用，提高掺铋光纤激光器的实用性和灵活性，充分利用掺铋光纤的增益带宽，有必要研制波长大范围灵活可调谐的、结构简单的锁模脉冲掺铋光纤激光器。到目前为止，还没有出现过输出波长大范围动态灵活可调谐且是全光纤结构的锁模脉冲掺铋光纤激光器的报道。

发明内容：

本发明的目的是为了克服现有技术的不足之处，提供一种结构简单、成本低廉、波长大范围动态可调谐、全光纤结构的锁模脉冲掺铋光纤激光器，旨在解决现有掺铋光纤激光器的锁模脉冲波长调谐范围受限，无法连续可调谐的问题。