[发明专利]一种产生孤子爆发模式的脉冲光源系统及方法

说明书

本发明公开了一种产生孤子爆发模式的脉冲光源系统及方法，为解决现有光纤激光器难以直接输出爆发模式脉冲的问题；本系统包括脉冲光纤激光器、偏振控制器、环形器、耦合器、相位调制器、微波源、光纤放大器和普通单模光纤；脉冲光纤激光器输出的锁模脉冲依次经偏振控制器、环形器后输入耦合器；微波源与相位调制器连接，微波源的输出信号频率连续可调；耦合器将锁模脉冲分为两部分光脉冲；两部分光脉冲在耦合器、相位调制器、普通单模光纤以及光纤放大器依次连接形成的闭环中沿相反方向传输获得不同的相移量；最后在耦合器中相干叠加引起自幅度调制效应，产生爆发模式的激光脉冲；本发明实现了爆发模式的激光脉冲内部亚脉冲的重复频率连续可调。

技术领域

本发明属于激光技术领域，具体涉及一种产生孤子爆发模式的脉冲光源系统及方法的设计。

背景技术

脉冲光纤激光器因其输出脉冲具有极窄脉宽、高峰值功率和高能量等特点，在基础科学研究、高速光通信、微机械加工、超快激光光谱和精密计量等领域具有广泛应用。

在材料加工方面，研究人员提出利用以孤子爆发模式(soliton burst mode)运转的激光脉冲来降低材料的散热速度，从而提升烧蚀效率。爆发模式是指重复频率在MHz量级的孤子脉冲簇，其内部亚脉冲的重复频率在GHz量级。由于爆发模式脉冲具有较高的峰值功率和较低的平均功率，其烧蚀特性与传统的高重复频率激光脉冲相比更优越，为高精度微加工应用提供了一种替代方案。

通常利用声光调制器和电光调制器等对种子光源输出的脉冲信号进行时域调制，从而产生爆发模式脉冲。然而，这类方案需要对脉冲进行多级放大、色散补偿与脉冲压缩等操作，使得系统十分庞杂，且能量利用率较低。近年来，在基于非线性偏振旋转的光纤激光器中通过精确调控腔内增益、双折射和色散等参数，也能够实现孤子爆发模式脉冲输出，但这种方法调试难度大，且系统稳定性极易受到外界环境干扰，限制了其实际应用范围。

因此，需要开发新技术来产生孤子爆发模式脉冲，满足众多应用领域的实际需要。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有光纤激光器中难以直接输出爆发模式脉冲的技术问题，提出了一种产生孤子爆发模式的脉冲光源系统及方法。

本发明的技术方案为：一种产生孤子爆发模式的脉冲光源系统，包括脉冲光纤激光器、偏振控制器、环形器、耦合器、相位调制器、微波源、光纤放大器和普通单模光纤；所述脉冲光纤激光器、偏振控制器、环形器和耦合器依次连接；所述耦合器、相位调制器、普通单模光纤以及光纤放大器依次连接形成闭环；所述微波源与相位调制器连接。

优选的，所述微波源的输出信号频率连续可调。

优选的，微波源的输出信号频率范围满足：1GHz≤f_RF≤40GHz。

优选的，所述普通单模光纤的长度为100m，非线性系数为3/W/km。

优选的，所述耦合器为光纤定向耦合器，其耦合比率为50/50。

本发明还提出了一种产生孤子爆发模式的方法，包括以下步骤：

S1、脉冲光纤激光器输出稳定的锁模脉冲，其时域形状为矩形，并通过调节偏振控制器控制输出光信号的偏振态；

S2、经偏振控制器输出的锁模脉冲通过环形器后入射至耦合器中；耦合器将入射锁模脉冲分成两部分光脉冲，分别记为第一光脉冲、第二光脉冲；

S3、利用微波源输出微波信号，并将其加载到相位调制器的驱动电极上；

S4、第一光脉冲依次经加载了微波信号的相位调制器、普通单模光纤、光纤放大器获得第一相移量后进入耦合器；第二光脉冲依次经光纤放大器、普通单模光纤、加载了微波信号的相位调制器获得第二相移量后进入耦合器；所述第一相移量不等于第二相移量；