[发明专利]基于群速度匹配光子晶体光纤的主动锁模光纤激光器

说明书

本发明公开了一种基于群速度匹配光子晶体光纤的主动锁模光纤激光器，用于产生2μm波段激光，通过主动锁模的方式产生了2μm波段高重复频率和可调谐脉冲，由于群速度匹配光子晶体光纤是一种可以实现群速度匹配且具有高非线性的碲酸盐光子晶体光纤，因此泵浦光与信号光可以通过光子晶体光纤发生交叉相位调制，即通过强度调制实现主动锁模。本发明的光纤激光器可以通过调节泵浦光以及腔内不同参数的特性来实现重复频率、脉冲宽度以及峰值功率的可调性，有效的实现高重频率脉冲的产生。

技术领域

本发明涉及光子学领域，具体涉及一种基于群速度匹配光子晶体光纤的主动锁模光纤激光器。

背景技术

近年来，由于在光谱学、激光雷达、材料加工等领域的广泛应用，2μm激光器受到了广泛的关注。由于掺铥光纤可以作为增益媒介人们已经在这个领域对诸如高功率、锁模、Q开关、波长可调谐、超连续等各种2μm光纤激光器进行了全面的研究。更具体地说，由于掺铥光纤具有较大的增益范围，在未来高数据速率和高容量光纤光通信方面，2μm波段也具有很大的潜力。具有高重复率的脉冲激光源是传统和未来光纤通信系统的关键模块之一，如奈奎斯特光时分复用，因此，可以预见的是，未来对于2μm的高重复频率激光源将会有很大的需求。

一般来说，锁模激光器分为被动型和主动型两种。被动锁模激光器利用光纤中的色散和非线性效应辅以可饱和吸收体使激光腔内的各个纵模之间的相位锁定，从而形成脉冲输出。然而，绝大部分被动锁模激光器工作在基频输出模式，其输出脉冲的重复频率受限于腔长，难以达到几十GHz的水平。尽管采用其他技术，例如被动谐波锁模可以进一步提高输出脉冲的重复频率，但是需要对腔内注入较大的泵浦功率，增加了可饱和吸收体被损伤的危险并且降低了激光器的工作稳定性。另一方面，被动锁模激光器的运行机制取决于腔内色散、非线性等参数的相互作用，而这些参数在激光器设计时就已经基本固定，在激光器运行中往往不易调整，因此被动锁模激光器输出脉冲的重复频率、脉冲宽度等参数很难根据实际需要而进行调控。

为了实现具有高重复率的激光输出以及可调谐性能，可以与外部源同步的主动锁模激光器是潜在的选择。对于主动锁模光纤激光器，电光调制器可用于周期性地操纵腔内的损耗并实现锁模。然而，2μm电光调制器的成本高，调制速度有限。为了解决这些问题，在光纤中具有～fs响应时间的全光调制是一种可采用的方法。需要指出的是，要构建全光调制的主动锁模激光器，首先需要光脉冲作为泵浦源。幸运的是，在光纤通信技术的推动下，1.55μm波长的高重复频率脉冲源已经获得充分发展，成为可以利用的宝贵资源。因此，通过使用1.55μm泵浦激光器对2μm光纤激光器进行锁模可以是一种替代方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对上述的现有技术中还没有1.55μm泵浦激光器对2μm光纤激光器进行锁模方案的技术缺陷，提供了一种基于群速度匹配光子晶体光纤的主动锁模光纤激光器。

根据本发明的其中一方面，本发明为解决其技术问题，提供了一种基于群速度匹配光子晶体光纤的主动锁模光纤激光器，用于产生2μm波段激光，包含：

掺饵光纤放大器，用于产生1.55μm波长的泵浦光脉冲；

非线性光纤环形镜，包含依次连接成环形的第一波分复用器、用于实现群速度匹配的非线性的碲酸盐光子晶体光纤、第二波分复用器以及中间耦合器；以及，

依次连接成环形的所述中间耦合器、用于接入种子光的第三波分复用器、掺铥光纤、第四波分复用器、光隔离器、用于输出2μm波段激光的输出耦合器、单模光纤；

其中，所述基于群速度匹配光子晶体光纤的主动锁模光纤激光器的各部分的连接关系还被下述信号的流向所限定：

所述1.55μm波长的泵浦光脉冲的信号流向顺次为：掺饵光纤放大器、第一波分复用器、碲酸盐光子晶体光纤、第二波分复用器，然后流出；

种子光的流向顺次为：第三波分复用器、掺铥光纤、第四波分复用器，然后流出；其中种子光在经过掺铥光纤时产生2.025μm波长的光；