[发明专利]一种基于相位偏置的全保偏光纤锁模激光器

说明书

本发明公开了一种基于相位偏置的全保偏光纤锁模激光器。本发明的全保偏光纤锁模激光器中第一保偏光纤准直器、波分复用器、保偏增益光纤、第二保偏光纤准直器、第一偏振分光棱镜、法拉第旋转器、双折射晶体、第二偏振分光棱镜构成非线性放大环形镜，非线性放大环形镜在锁模光纤激光器中起到快可饱和吸收体作用；在环形镜中偏振分光棱镜将脉冲分成两束光，分别逆时针旋转和顺时针旋转，法拉第旋转和双折射晶体构成相移单元，第一束光与第二束光产生一定的相位差，两束光合束后发生干涉实现非线性相移锁模，这大大降低了锁模启动的阈值，同时提高了整体的稳定性和可靠性，简化了激光器系统，提高了耦合功率以及效率。

技术领域

本发明涉及光纤激光技术，尤其涉及一种基于相位偏置的全保偏光纤锁模激光器。

背景技术

锁模光纤激光器凭借着成本低，稳定性高，结构紧凑，峰值功率高，脉冲超短的优势，在科学研究和工业加工中发挥着不可替代的作用。但是对比普通的激光器，锁模激光器难于自启动、易受外界干扰，价格高，妨碍了其应用。近年来，超快激光的需求愈发扩大。尤其是近些年迅猛增长的工业高端微加工市场对高端皮秒和飞秒激光器的需求持续增长。然而以工业为代表的这些领域对超快激光器在不同环境下，运转的稳定性提出了更高的要求，而工业级超快激光器尤其是种子源的稳定性和可靠性始终没有得到很好的解决。利用光纤技术取代固体的种子源技术本身就有诸多的优点，在光纤技术中利用全保偏光纤的激光器更是被认为是能够抵抗环境变换的有效方法。

非线性环路反射镜、可饱和吸收体、非线性偏振旋转是锁模光纤激光器中三种主要的锁模机制。非线性环路反射镜构成的8字型锁模光纤激光器因为是非保偏光纤结构，锁模启动困难，常需要外部推动；可饱和吸收体中半导体可饱和吸收体有寿命，容易损坏；其他碳基可饱和吸收体，例如碳纳米管、石墨烯等，在自然环境下很容易劣化、失去锁模启动功能。非线性偏振旋转可以提供稳定可靠的锁模启动机制，提供非常高的平均功率，而且可利用几乎所有的脉冲形成机制，获得高重复频率或低重复频率、皮秒或飞秒脉冲列。但这种锁模机制决定了腔内只能采用非保偏光纤，多以其对环境非常敏感，一旦丢失锁模后，锁模状态不容易恢复。

非线性环路反射镜曾经是最早的锁模器件，用其制成的双环路光纤激光器（8字型光纤激光器）可以提供锁模脉冲。但是其基本上不是自启动的。原因在于其环路是零偏置。而在零偏置情况下，环路反射镜对非线性相移的敏感度很小。因此需要一个相位偏置。所谓相位偏置，是指同一光路中相对传播的光经历不同的相移。

Jungwon Kim（金正元）等人在Optics Letters上发表的论文《Subfemtosecondsynchronization of microwave oscillators with mode-locked Er-fiber lasers 》中的光波-微波鉴相器，利用了非对称相移器，并用其作为光纤环中的相位偏置器。

Menlo Systems公司的专利申请《Laser with non-linear optical loopmirror》。(US201500711322) 利用了Jungwon Kim等的相移器和相位偏置法，构成了一种锁模激光器。

Honzatko等人于2013年在Optics Letters 上发表的《A mode-locked thulium-doped fiber laser based on a nonlinear loop mirror》论文，以及Huang等人于2015年在Optics Letters 上发表的《Direct generation of 2W average-power and 232nJpicosecond pulses from an ultra-simple Yb-doped double-clad fiber laser》论文，均无相位偏置光学元件，因此锁模阈值高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：