[发明专利]一种基于耦合器的锁模光纤激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种锁模光纤激光器，属于超短脉冲激光领域。

背景技术

超短脉冲激光在物理学、化学、材料科学、环境监测、光电对抗等前沿科学研究、国民经济、国防安全领域中有着重要的应用。在实际的应用需求中，尤其是在精密测量、微纳加工、质谱分析等应用领域，需要超短脉冲激光具有很好的环境稳定性。锁模光纤激光器以其结构紧凑、稳定性高、抗干扰性好、光束质量高等优势成为近几年的研究热点。目前利用碳纳米管、可饱和吸收镜和非线性偏振旋转效应等多种锁模方法都实现了稳定的超短脉冲输出。但是这些锁模机制都存在一个共同的局限性和缺点，激光腔内锁模元件都为空间分立元件，无法与光纤进行熔接，不仅引入了额外的插入损耗、增加了对准难度，也大大降低了光纤激光器的环境稳定性。

本发明利用高比例耦合输出的耦合器作为锁模启动和稳定元件。在低功率下，从耦合器入射端入射的功率经线性耦合作用，会从耦合输出端输出；在高功率下，由于非线性作用改变了纤芯的折射率，激光入射纤芯和耦合纤芯之间存在折射率差，线性耦合作用减弱，从入射端入射的功率会被直接输出。因此耦合器具有饱和传输的作用。激光器运转初始阶段，耦合器可以有效的从噪声信号中提取出具有较高峰值功率的噪声信号，起到启动锁模的作用。锁模启动后，激光脉冲两沿强度较低，会被耦合输出，而脉冲中心部分强度较高，会被限制在入射纤芯中传输，耦合器起到稳定锁模的作用。

为了避免现有锁模激光器引入空间分立元件，对比文献“Nonlinear mode-coupling for passive mode-locking:application of waveguide arrays,dual-core fibers,and/or fiber arrays”Optics Express,13(22):8933-8950,2005，它提出利用波导阵列、双芯光纤或光纤阵列作为锁模启动元件。通过波导或纤芯之间的非线性耦合特性来启动和稳定锁模运转。但是这种方法必须严格控制波导或光纤的长度等于耦合长度，而且增益光纤无论与波导阵列、双芯光纤或是光纤阵列之间都存在包层尺寸失配问题，熔接困难，熔接损耗较大。因此该方案目前仍然处于理论模拟阶段，实验上具有较大的实现难度。对比专利《基于掺杂光纤阵列的锁模激光器》CN102437501B，它提出利用掺杂光纤阵列同时作为增益和锁模元件，虽然有效避免了光纤直接熔接困难的问题，但是这种掺杂光纤阵列将增益、色散、锁模等所有功能都集中在一根光纤上，而无论是增益、色散还是锁模启动都对激光器的性能有很大的影响，因此这种方案对光纤的设计和拉制都具有极大的挑战，现有的光纤拉制工艺很难实现。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于耦合器的全光纤锁模激光器。

本发明通过下述技术方案加以实现的：

一种基于耦合器的锁模激光器，激光器为环形腔结构，其包括波分复用器2、增益光纤3、隔离器5和分别作为锁模启动元件的耦合器Ⅰ4和作为输出的耦合器Ⅱ6。激光腔内所有元件尾纤均为标准单模光纤，以保证相互之间模场匹配，从而实现低损耗熔接。泵浦光1经波分复用器2耦合入增益光纤3，产生激光并在增益光纤3的环形腔内形成振荡。所述耦合器Ⅰ4的直接输出端和耦合输出端的分光比小于10:90，且输入端与增益光纤3输出端熔接，直接输出端与隔离器5的输入端熔接，耦合输出端为标准FC/APC接头，作为损耗不接入激光腔内，用于损耗功率较低的脉冲基底和两沿，实现启动和稳定锁模。所述耦合器Ⅱ6的直接输出端和耦合输出端的分光比大于70:30，并小于95:5，且输入端与隔离器5的输出端熔接，直接输出端与波分复用器2的另一个输入端熔接，耦合输出端为标准FC/APC接头，用于腔内激光输出。所述隔离器5的隔离度大于30dB。

进一步所述的泵浦光1中心波长为976nm或915nm。波分复用器2透射端口透射中心波长与泵浦光中心波长一致，带宽为10nm，反射端口反射波长在1000nm～1100nm波段。增益光纤3掺杂稀土离子镱。隔离器5工作中心波长为1064nm，带宽为40nm。耦合器Ⅰ4和耦合器Ⅱ6工作波长在1000nm～1100nm波段。

进一步所述泵浦光中心波长为800nm、976nm或1480nm。波分复用器2透射端口透射中心波长与泵浦光中心波长一致，带宽为10nm；反射端口反射波长在1520nm～1570nm波段。增益光纤3掺杂稀土离子铒。隔离器5工作中心波长为1550nm，带宽为40nm。耦合器Ⅰ4和耦合器Ⅱ6工作波长在1520nm～1570nm波段。