[发明专利]基于相位偏置的线型腔锁模光纤激光器及控制方法

说明书

本发明公开一种基于相位偏置的线型腔锁模光纤激光器及控制方法。其中，激光器包括：泵浦源、与泵浦源连接的波分复用器、与波分复用器的公共端相连的保偏增益光纤以及与波分复用器的透射端连接的准直器；双折射晶体；法拉第旋转器；二分之一波片；与保偏增益光纤相连的法拉第旋光镜；偏振分光棱镜，用于将经双折射晶体返回的正交脉冲光产生干涉实现锁模后分成两路；高反射镜，用于将偏振分光棱镜输出的一路透射光反射回线型腔内。本发明在偏振分光棱镜处产生干涉实现锁模，大大降低了锁模启动的阈值，提高了重频，同时提高了整体的稳定性和可靠性。

技术领域

本发明涉及光线激光器领域，尤其是涉及一种基于相位偏置的线型腔锁模光纤激光器及控制方法。

背景技术

本部分提供的仅仅是与本申请相关的背景信息以方便本领域的技术人员能够更透彻、准确的理解本申请，其并不必然是现有技术。

超快脉冲锁模光纤激光器相对于固体激光器具有价格低廉、结构紧凑、转化效率高、光束质量好等优势，被广泛应用于医疗手术，激光通信，光学频率梳，材料微加工等领域，这些领域对超快激光器在不同环境下的运转稳定性提出了较高的要求，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。

目前常用的技术是利用可饱和吸收体锁模技术来制作全保偏光纤激光器。然而诸如半导体可饱和吸收体(SESAM)，碳纳米管可饱和吸收体，石墨烯可饱和吸收体等可饱和吸收元件都存在低损伤阈值，且随着时间衰减的缺点。所以这些弱点限制了其走出实验室，走向更广阔的工业市场。传统的非线性偏振旋转(NPR)的光纤激光技术无法完全利用全保偏的系统。没有了保偏光纤的应用，NPR光纤激光技术很容易受到环境干扰。为了得到更高稳定性的NPR激光器，人们尝试将激光腔内的非保偏光纤替换成保偏的光纤，提高其稳定性。

在全保偏光纤中实现NPR锁模需要解决的关键问题是要补偿两个正交偏振分量之间的群速度失配(GVM)。GVM导致的正交偏振分量时域分离会造成脉冲质量变差。为了解决这一问题，所属领域的技术人员不断进行探索，提出了各自不同的解决途径：Nielsen等人在2007年提出使用法拉第旋光镜作为激光腔的端面镜，提出了一种基于非线性偏振旋转锁模的线性腔保偏光纤激光器，该激光器可以产生5.96 MHz重复频率的脉冲，脉冲宽度为5.6ps；Jiaqi Zhou等人在2008年提出一种基于非线性偏振旋转锁模的全保偏光纤激光器，使用法拉第旋光镜补偿激光器内的群速度失配和线性相移，该激光器可以产生耗散孤子，实现了2.9nJ的单脉冲能量和5.9ps的脉冲宽度；Szczepanek等人在2017年提出将三段保偏光纤以特殊的角度熔接，作为实现NPR锁模的人造可饱和吸收体，研制的全保偏光纤激光器可以实现150 fs脉宽的超短脉冲输出； Wenchao Zhang等人在2018年提出在环形腔激光器中将一些熔接点熔接一定的角度以实现NPR锁模，从而将该类激光器的重复频率提高到了111MHz。但是，这些方案都还没有彻底解决常规锁模光纤激光器不稳定、NPR锁模技术难以在保偏光纤中实现、激光器重复频率难提高等技术问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于相位偏置的线型腔锁模光纤激光器及控制方法，降低了锁模阈值并提高了重频。

本发明提出一种基于相位偏置的线型腔锁模光纤激光器，包括泵浦源、与泵浦源连接的波分复用器、与波分复用器的公共端相连的保偏增益光纤以及与波分复用器的透射端连接的准直器；该激光器还包括：

双折射晶体，用于将激光器振荡随机形成的小脉冲光投影到双折射晶体的快轴和慢轴上进行相位偏置，使小脉冲光转换成包括正交的第一偏振光和第二偏振光的正交脉冲光；

法拉第旋转器，用于正交脉冲光的偏振方向顺时针旋转45°；

二分之一波片，用于对正交脉冲光进行偏振态调节，以将第一偏振光和第二偏振光分别投射到准直器的快轴和慢轴上；