[发明专利]一种基于稀土掺杂光纤的新型Q调制双波长光纤激光器

说明书

一种基于稀土掺杂光纤的新型Q调制双波长光纤激光器，属于光纤激光器技术领域。该发明通过搭建光路，采用新型稀土掺杂光纤和铥钬共掺光纤作为新型锁模器，利用其在激光器中发挥高非线性作用，产生双波长Q调制脉冲激光并输出。该发明充分利用稀土掺杂光纤的高非线性和具备超稳定性的综合性能与优势，实现了性能优秀的Q调制单波长和Q调制双波长脉冲输出；该激光器相比传统的多波长激光器，实现了更多波长的输出，输出功率也得到了保证，没有明显降低；作为高功率多波长激光器的种子源，可用于通信、传感等诸多领域。

技术领域

本发明属于光纤激光器技术领域，具体涉及一种基于稀土掺杂光纤的新型Q调制双波长光纤激光器。

背景技术

光纤激光器的核心就是增益介质，通常使用掺杂稀元素的光纤，光纤激光器通过导入泵浦光进入增益光纤的纤芯形成高功率密度，形成粒子数反转，当形成谐振腔时，就能形成激光。自从20世纪60年代第一台光纤激光器问世以来，光纤激光器得到了长足的进步与发展，各种类型的光纤激光器也相继问世。在1963年，光纤激光器和光线放大器的构思第一次被提出，随后锁模光纤激光器就很快得到了全世界广大研究学者的关注。光纤激光器是由能够产生光子的增益介质使光子得到反馈并在增益介质中进行谐振放大的光学谐振腔和激励光跃迁的泵浦源三部分组成。激光输出既可以是连续的，也可以使脉冲形式的，依赖于激光工作介质。对于连续光输出，激光能级上的自发发射寿命必须长于激光下能级来获得较高的粒子数反转。通常当激光下能级的寿命超过上能级时，就会获得脉冲输出。光纤激光器有两种激发状态，一种是三能级激发，另一种是四能级激发。两者区别在于较低能级所处的位置。在三能级系统下，激光下的能级即为基态，或者是极靠近基态的能级，而在四能级系统中，激光下能级和基态能级之间仍然存在一个跃迁，通常为无辐射跃迁。电子从基态提升到高于激光上能级的一个或者多个泵浦带，电子一般通过非辐射跃迁到达激光上能级。泵浦带上的电子造成电子书多余激光下能级，即形成粒子数反转。电子以辐射光子的形式放出能量回到基态。这种自发发射的光子被光学谐振腔反馈回增益介质中诱发受激辐射，产生与诱发这一过程的光子性质完全相同的光子。当光子在谐振腔中所获得的增益大于其在腔内的损耗时，就会产生激光输出。

激光介质本身就是导波介质，藕合效率高；光纤芯很细，纤内易形成高功率密度；可方便地与目前的光纤传输系统高效连接。由于光纤具有很高的“表面积/体积”比，散热效果好，因此这种光纤激光器具有很高的转换效率，很低的激光阔值，能在不加强制冷却的情况下连续工作。又由于光纤具有极好的柔绕性，激光器可以设计得相当小巧灵活，有利于在光纤通信和医学上的应用；同时，可借助光纤方向祸合器构成各种柔性谐振腔，使激光器的结构更加紧凑、稳定。光纤还具有相当多的可调参数和选择性，能获得相当宽的调谐范围和相当好的单色性和稳定性。这些特点决定了光纤激光器比半导体激光器和大型激光器拥有更多的优势。从效果上看，光纤激光器是一种高效的波长转换器，即由泵浦激光波长转换为所掺稀土离子的激射波长。正因为光纤激光器的激射波长是由基质材料的稀土掺杂剂所决定，不受泵浦波长的控制，所以可以利用与稀土离子吸收光谱相对应的廉价短波长、高功率半导体激光器泵浦，获得光纤通信低损耗窗口的1.3um和1.5um以及2-3um中红外波长的激光输出，泵浦效率很高。光纤激光器凭借其结构简单、制造成本低廉、易小型化等诸多优势在光通信、工业生产、生物医学等领域具有越来越重要的应用与地位。而作为光纤激光器中的重要分支，多波长光纤激光器是长距离大容量通信的光纤系统理想光源。多波长光纤激光器在波分复用、光学检测、光学传感等诸多领域具有越发重要的地位与应用。

在诸多实现锁模条件的材料中，稀土掺杂光纤研究成为了愈发热门的研究课题。稀土掺杂光纤在非线性方面具有核心优势，仅需一小段性能优秀的稀土掺杂光纤就能提供非常优秀的非线性系数。相比传统实现多波长锁模的方法和使用二维材料等方法实现多波长锁模光纤激光器，使用稀土掺杂光纤作为锁模器件，激光器的稳定性是最优秀的。稀土掺杂光纤提供的稳定性不仅包括了超长的时间稳定性，而且在光谱和脉冲整形方面也具备相当大的优势。