[发明专利]一种基于光栅滤波全正色散掺铒光纤激光器及其调节方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤激光器，具体涉及一种利用光栅作为激光器腔内滤波器的方法达到锁模目的的全正色散掺铒光纤激光器其控制方法。

背景技术

单模光纤激光器诞生于80年代中期，真正稳定的超短脉冲光纤激光器（20ps）出现在1989年。近年来随着固体飞秒激光器的发展,飞秒量级的光纤激光器也已出现,并成为飞秒固体激光器强有力的竞争对手。它的最大优点是小型化、高效率、省能源、稳定性好。

光纤激光器内脉冲形成机制，经历了从孤子型、展宽-压缩型、自相似型到全正色散或放大自相似等几个阶段，人们对光纤激光器的锁模和脉冲形成机制的认识也不断提高。光纤激光器包括利用负色散与自相位调制平衡的孤子型光纤激光器，以及腔内引入色散平衡元件的展宽脉冲型光纤激光器。然而孤子型光纤激光器中，孤子面积最终限制了光纤激光器所能获得的最高能量；而展宽脉冲型光纤激光器中，展宽脉冲锁模对应的非线性相移为π左右始终使脉冲的能量在一定程度上受到了限制。也就是说，如果使谐振腔内的自振幅调制起到更大的脉冲成型的作用，从而不依赖于孤子机制也能稳定激光脉冲，光纤激光器的脉冲能量可以得到进一步的提高。

同时，随着超短脉冲激光器的发展，对脉冲的能量要求也因为应用需要而越来越高。近年来，在没有应用任何色散补偿元件的光纤激光器中实现了稳定的锁模运转。对于掺镱光纤激光器而言，由于其增益光纤及单模光纤在1μm波段均产生正色散，所以也更容易实现。这种全正色散光纤激光器是由康奈尔大学的Wise研究组第一次提出的，在谐振腔中附加提供了自振幅调制的频谱滤波元件，产生的脉冲能量达到了20nJ。但是单模光纤在1.5μm波段产生负色散，所以比较难实现全正色散光纤激光器。现阶段全正色散光纤激光器主要是通过腔内插入双折射滤波器的掺镱光纤激光器，目前已报道的全正色散掺铒光纤激光器也是通过腔内插入双折射滤波器的锁模机制。

发明内容

针对以上现有技术中的全正色散掺铒光纤激光器采用双折射滤波的办法具有光谱以及光谱宽度难以调节等缺点，本发明提出了利用光栅作为腔内滤波器的全正色散掺铒光纤激光器的方案，实现了输出脉冲光谱的中心波长和光谱宽度同时可调的全正色散光纤激光器。

本发明的一个目的在于提供一种基于光栅滤波的全正色散掺铒光纤激光器。

本发明的全正色散掺铒光纤激光器包括：偏振分光棱镜、隔离器、第一1/4波片、光栅、第一准直器、增益光纤、第二准直器、第二1/4波片和1/2波片，构成环形谐振腔；泵浦源经耦合器耦合至增益光纤中，耦合器经光纤连接至第二准直器；连续光和脉冲经过隔离器后变成线偏光；再经过第一1/4波片后变成椭圆偏振光，入射到光栅上衍射；调整光栅的角度，使得衍射光的强度最大；调节第一准直器的位置，一定光谱宽度的衍射光进入第一准直器；脉冲和连续光经过光纤后偏振方向发生不同程度的旋转；通过第二准直器进入第二1/4波片后，脉冲和连续光分别变成偏振方向不同的线偏光，通过调节1/2波片，使得脉冲的偏振方向与隔离器的偏振方向一致，从而脉冲经过隔离器在环形谐振腔内形成振荡；脉冲的P偏振分量透过偏振分光棱镜，脉冲的S偏振分量经偏振分光棱镜反射提供稳定的输出。

光栅采用闪耀光栅。耦合器采用波分复用器。连接耦合器和第二准直器的光纤采用色散补偿光纤。增益光纤采用掺饵增益光纤。