[实用新型]高重复频率被动锁模光纤激光器

说明书

一种基于全光纤法布里‑珀罗内腔和可饱和吸收体的高重复频率被动锁模光纤激光器，包括全光纤法布里‑珀罗内腔、有源光纤、隔离器、可饱和吸收体、泵浦耦合器、输出耦合器以及泵浦源。本实用新型将全光纤法布里‑珀罗内腔作为间隔透射峰滤波器与被动锁模结合，在保持了被动锁模光纤激光器简单紧凑、易于制作、稳定性高等优点的同时大大提高了输出锁模超短脉冲的重复频率，具有很大的发展前途和很高的应用价值。

技术领域

本实用新型涉及光纤激光器，特别是一种基于腔内全光纤法布里-珀罗腔和可饱和吸收体的高重复频率被动锁模光纤激光器。

背景技术

锁模光纤激光器凭其超窄的脉冲宽度、超高的峰值功率在强场物理、精密测量、光学传感、测距及精密加工等领域有着重要应用。通常激光器获得锁模脉冲输出的方式有以下两种：

一、主动锁模。在激光器谐振腔腔内加入强度或相位调制器，当调制器的相邻调制时间间隔与激光在谐振腔内单次振荡的时间相匹配时可在腔中选出一个脉冲并对其不断放大和窄化，最终得到窄脉宽的锁模脉冲输出。此方法的缺点是由于调制器的调制速率限制了最终的脉冲宽度，且调制器的存在会使激光器的整体结构变得复杂。{参见Haus HA.Mode-locking of lasers[J].IEEE Journal of Selected Topics in QuantumElectronics,2000,6(6):1173-1185.}

二、被动锁模。向腔内加入可饱和吸收体利用其光强越小吸收越大，光强越大吸收越小的特点对腔内激光光强进行调制，选出光强最大的部分通过受激辐射进行放大并不断削去其前后沿，压窄脉宽，最终能得到超短脉宽、超高峰值功率的锁模脉冲输出。{参见Ippen E P.Principles of passive mode locking[J].Applied Physics B,1994,58(3):159-170.}

高重复频率锁模光纤激光器在超精密光谱学、高速光学通信、材料加工、非线性光学、显微技术和天文研究等方面有巨大的潜在应用价值。通常获得高重频锁模激光输出的方式有以下几种：

一、利用普通锁模光纤激光器只有一个脉冲在激光器谐振腔内振荡且振荡一次输出一次的特点，通过减小谐振腔长度的方式缩短脉冲在谐振腔内单次振荡的时间从而减小相邻输出的脉冲的时间间隔以增大输出锁模脉冲的重复频率。此种方法的输出锁模脉冲重复频率受到现有增益光纤长度和可饱和吸收体长度的限制很难获得10GHz以上的重复频率从而影响其在实际中的应用。{参见Yamashita S,Inoue Y,Hsu K,et al.A 2cm-longfiber Fabry-Perot mode-locked laser incorporating carbon nanotubes[C]//Conference on Lasers and Electro-Optics.Optical Society of America,2004:CTuD7.}

二、利用谐波锁模的方式。普通锁模光纤激光器的输出脉冲重复频率即一阶重复频率由其谐振腔内折射率和谐振腔长度决定：其中υ为输出脉冲重复频率，c为光速，n为腔内介质折射率，L为谐振腔长度。而在普通锁模光纤激光器中通过调节腔内偏振控制器或者泵浦功率可获得重复频率为一阶重复频率正整数倍的谐波脉冲输出。其原理为在脉冲偏振态发生变化或者能量增大时，单个脉冲将无法保持稳定，会出现脉冲分裂，变成数个脉冲聚集在一起的脉冲簇的情况并进而演化成多个脉冲等时间间隔分布的高次谐波锁模脉冲输出的情况，从而增大输出脉冲重复频率。然而这种方法其谐波出现的情况极不稳定，谐波阶数不好控制且需要演化时间，很难自启动获得高阶谐波高重频脉冲输出，从而很难在实际中应用。{参见Kuang Q,Zhan L,Wang Z,et al.Up to the 1552nd OrderPassively Harmonic Mode-Locked Raman Fiber Laser[J].2015.}