[发明专利]一种基于混合型8字腔锁模的掺铒光纤飞秒激光器

说明书

本发明提供了一种基于混合型8字腔锁模的掺铒光纤飞秒激光器，干涉环路的输出通过四端口分束器进入光纤准直器一，光纤准直器一的出射光线依次经由偏振控制模块一、电光调制晶体、空间光隔离器和偏振控制模块二，入射光纤准直器二；激光反射镜在压电陶瓷驱动器的驱动下调整位置，电光调制晶体出射的激光由激光反射镜反射后入射空间光隔离器，或偏振控制模块一出射的激光由激光反射镜反射后再次经过偏振控制模块一入射空间光隔离器。本发明能够实现高重复频率、色散管理机制的锁模激光脉冲输出，降低掺铒光纤飞秒激光器系统噪声的同时，使其具有自动启锁功能，并且提高了飞秒激光器的环境适应性和纵模间隔。

技术领域

本发明属于超快光纤激光技术领域，涉及一种飞秒激光器。

背景技术

上世纪90年代末，光学频率梳的出现成为最具革命性的科学研究进展之一，其高分辨率、高精确度的梳齿频率和高稳定度的频率传递特性为光频测量、光学频率传递、精密光谱研究等相关研究领域带来了重大变革。飞秒激光器是光学频率梳的核心组成器件，其时域输出是具有一定时间间隔的超窄激光脉冲序列，其频域上是具有一定频率间隔的频率梳齿。飞秒激光器的性能与光学频率梳的性能指标、可靠性直接相关：一方面，飞秒激光器的强度和相位噪声水平决定了光学频率梳的系统稳定度；另一方面，光学频率梳的可靠性(环境适应性)主要受限于飞秒激光器的环境敏感度。针对光学频率梳在精密物理测量及相关领域的应用研究需求，增大飞秒激光器的纵模间隔、降低飞秒激光器的系统噪声水平以及提高飞秒激光器的系统可靠性是研究人员所关注的重要研究内容。

光学频率梳最初主要是基于钛宝石固态飞秒激光器的系统，钛宝石飞秒激光器具有噪声低和能够产生高重复频率梳齿等优点，但是其系统庞大、维护费用高，并且系统环境适应能力差，不能满足各种应用领域的需求。近年来，随着光纤激光技术的进步，光纤激光器的研究取得了飞速发展，基于超短脉冲光纤激光器构建的光学频率梳系统由于具有紧凑化结构、较高的转化效率以及长期稳定运转等特性，已广泛应用于众多应用研究领域，其中以掺铒光纤飞秒激光器的应用研究最为典型。

掺铒光纤飞秒激光器中使用较多的锁模技术包括可饱和吸收体锁模、非线性偏振旋转锁模和非线性光纤放大环形镜锁模等，这些锁模技术对输出锁模脉冲特性和激光器系统参数具有极大的影响。在基于可饱和吸收体锁模的飞秒激光器中，可饱和吸收体有半导体饱和吸收镜(SESAM)、石墨烯和碳纳米管等几种不同的材料。由于上述这些可饱和吸收体都具有慢饱和吸收特性，使这类激光器的输出脉冲往往在皮秒量级，并且基于可饱和吸收体锁模机制的激光器噪声水平较高。另外，过高的泵浦功率会击穿并损坏可饱和吸收体材料，限制了这类激光器的输出功率和脉冲能量。基于非线性偏振旋转锁模机制的飞秒激光器是通过在光纤中产生与光强度相关的非线性相移，并通过偏振态的选择实现锁模，通过对光学腔进行色散管理，可以实现几十飞秒量级的脉冲输出，该类激光器一般系统噪声低噪声。但是，由于该类激光器的锁模状态与激光偏振态密切，环境温度改变、振动和光纤弯曲改变等都会造成锁模状态的变化甚至失锁。另外，该类激光器需要通过偏振器件的调节，寻找锁模状态，没有自启锁功能。基于非线性放大环形镜锁模的飞秒激光器一般采用全保偏光纤设计，具有可靠性高，小型化和易实用化的优点。并且通过在光学腔内加入相位调制器，使得该类激光器具有自启锁功能，但由于腔内色散管理的困难，使得系统的噪声水平较高。另外，由于该类激光器本身结构的特点，难以获得高重复频率的飞秒激光器。

因此，针对光学频率梳在精密物理测量及相关领域的应用需求，增大飞秒激光器的纵模间隔、降低飞秒激光器的系统噪声水平以及提高飞秒激光器系统可靠性是研究人员所关注的重要研究内容。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于混合型“8”字腔锁模的掺铒光纤飞秒激光器装置，适用于飞秒频率梳的激光源。本发明所设计的掺铒光纤飞秒激光器，使用光纤和空间耦合式锁模结构，联合利用非线性偏振旋转和非线性光纤放大环形镜两种锁模机制，可以实现高重复频率、色散管理机制的锁模激光脉冲输出，降低掺铒光纤飞秒激光器系统噪声的同时，使其具有自动启锁功能，并且提高了飞秒激光器的环境适应性和纵模间隔。