[实用新型]一种全光纤结构超低重复频率被动锁模激光器

说明书

本实用新型公开一种全光纤结构超低重复频率被动锁模激光器，属于激光技术与非线性光学领域。包括：泵浦源、光纤波分复用器或光纤合束器、增益光纤、1x2光纤耦合器、光纤环形器、可饱和吸收体、大模场无源光纤、光纤带通滤波器、光纤隔离器；采用最成熟的可饱和吸收体被动锁模技术，并特别采用大模场无源光纤作为腔内延长光纤，将该光纤置于谐振腔内能量最小的位置，最大程度降低非线性积累。相较于传统的可饱和吸收体锁模重复频率大于20MHz，采用大模场无源光纤可实现稳定的超低重复频率（小于100 kHz）的单脉冲锁模输出。本实用新型与脉冲选频等技术相比，无需额外引入调制器件，谐振腔全光纤化，大大简化了系统结构，有效降低了成本，同时兼顾稳定性高、环境适应性强的特点。

技术领域

本实用新型属于激光技术与非线性光学领域，尤其涉及一种全光纤结构超低重复频率被动锁模激光器。

背景技术

近年来，光纤激光器由于其设计紧凑、散热优良、光束质量好、免校准、损耗低等优点得到广泛研究。其中超短脉冲光纤激光器由于结构简单、平均功率高、峰值功率高、环境稳定性好、电光效率高等优点，在精密加工、波导刻蚀、激光传感、阿秒科学等领域具有重要应用。

在超短脉冲激光器的研究中，通过锁模技术可以产生脉冲宽度皮秒到飞秒量级的稳定脉冲，通过半导体增益开关技术也能实现皮秒量级的脉冲输出。通常来说，主动锁模技术需要加入声光调制或电光调制器件，半导体增益开关技术需要精密的电路设计，这两种方法的结构较复杂，成本高。相对于以上两种技术，被动锁模技术因其结构简单紧凑成本低廉而得到广泛的关注和研究，作为获得超短脉冲输出的重要手段，在过去几十年里得到了飞速发展。一般的锁模光纤激光器利用半导体激光器作为泵浦源，利用掺杂稀土离子的有源光纤作为增益介质，利用单模光纤作为腔内连接的基础元件，再利用可饱和吸收体作为腔内被动调制器件以实现脉冲输出，这种结构的激光器产生的单脉冲序列的重复频率一般大于20 MHz。通常来讲，可以通过增加腔长的办法来降低输出脉冲的重复频率，以此来提高单脉冲能量。 在实际激光振荡器中，由于需要振荡器中非线性与色散达到平衡才能实现锁模，单纯依赖增加腔长来降低重复频率会破会这种平衡，导致脉冲分裂的产生，尤其是当腔长特别长时（几百米或几千米），脉冲分裂特别容易发生，很难实现单脉冲运转。

目前在光纤激光器中，获得超低重复频率的方法大体有两种：一种是将高重复频率锁模激光器与电光或声光脉冲选频技术结合，将高重复频率的脉冲降为低重复频率脉冲，这种方式脉冲能量损耗大，需要多级光纤预放大器补偿损失的能量；另外，这种脉冲选频技术的调制对比度较低，通常伴有微弱的噪声，影响后续的放大；此外，调制器的引入会破坏全光纤化的结构，不利于长期稳定工作；第二种是采用基于非线性光学环形镜的锁模脉冲激光器，这种方式的通常需要2x2耦合器的四个端口连接呈“8”字或“9”字腔型，耦合器对温度较为敏感，温度改变可能造成激光器失锁，难以长时间温度工作；此外，该方法需要额外的相移器以启动锁模，引入了额外的损耗，且结构复杂，成本较高。

实用新型内容

为解决传统被动锁模激光器难以在低重复频率下实现单脉冲锁模的问题；高重复频率锁模激光器与电光或声光脉冲选频技术结合存在的能量损耗大、调制对比度低和负责性问题；基于非线性光学环形镜的锁模脉冲激光器对温度较为敏感，难以长时间温度工作的问题，本实用新型提供一种全光纤结构超低重复频率被动锁模激光器，通过将大模场无源光纤引入振荡器中能量最小的位置，降低非线性积累，以实现稳定的超低重频单脉冲锁模输出，无需采用脉冲选频技术和非线性光学环形镜锁模技术，利用最成熟的半导体可饱和吸收体锁模技术实现超低重频单脉冲输出，具有结构简单、设计紧凑、稳定性高的特点。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种全光纤结构超低重复频率被动锁模激光器，包括：泵浦源、光纤波分复用器或光纤合束器、增益光纤、1x2光纤耦合器、光纤环形器、可饱和吸收体、大模场无源光纤、光纤带通滤波器、光纤隔离器；