[发明专利]一种基于混合调制锁模的全保偏飞秒光纤激光器

说明书

本发明公开了一种基于混合调制锁模的全保偏光纤飞秒激光器，属于激光技术领域。包括非线性放大环镜、线性臂、第一半导体激光器、第一波分复用器和可饱和吸收体反射镜；非线性放大环镜包括保偏无源光纤、第一保偏增益光纤和耦合器；保偏无源光纤和第一保偏增益光纤通过耦合器连接在一起，耦合器的第一输出端连接线性臂的一端，线性臂的另一端与可饱和吸收体反射镜相连；可饱和吸收体反射镜用于激光器的自启动锁模，并作为反射镜与环状激光传输结构构成谐振腔实现激光脉冲的往复振荡。本发明采用可饱和吸收体反射镜，实现激光器锁模自启动，非线性放大环镜及线形臂采用全保偏光纤结构，提高了系统的稳定性。

技术领域

本发明属于激光技术领域，更具体地，涉及一种基于混合调制锁模的全保偏光纤飞秒激光器。

背景技术

飞秒激光因其时间尺度极短、峰值功率极高等优点，被广泛应用在材料加工、生物医学成像、显微光谱、通信等领域，飞秒激光技术的持续创新发展与应用开拓，是当前国际激光技术乃至现代科学技术中一个非常重要的研究领域。另一方面由于光纤的表面积对体积的比很大，散热效果好，无需安装循环水冷却的装置，使得光纤激光器可以极大程度地小型化，另外光纤激光器可以采用全保偏光纤结构，大大提高了系统的稳定性。因此，结合两者的优点，高稳定性、小型化的全保偏飞秒光纤激光器在科学研究以及工业生产中有着非常大的应用前景。

目前，飞秒脉冲的产生主要依赖于被动锁模技术。在光纤激光器中，被动锁模的实现方案主要有可饱和吸收体锁模、基于加成脉冲锁模技术的非线性偏振旋转锁模和非线性光学环镜锁模三种。可饱和吸收体一般为半导体或石墨烯、碳纳米管等具有精细结构的材料，具有较低的损伤阈值和较短的使用寿命，限制了激光器输出功率和工作条件。而非线性偏振旋转锁模依赖于光的偏振态在光谐振腔中的演化，可以忍受较高的功率输出，但非保偏光纤结构使得其稳定性受温度、震动等外界环境的影响较大，当激光器因外界影响脱离锁模状态后，没有一种可遵循的操作方式能够使其恢复之前的锁模状态，因而可重复度较低。在非线性光学环镜锁模激光器中，环形腔中相向传输的光因经过增益光纤的顺序不同而积累不同大小的非线性相移，并在耦合器处发生干涉相长或相消，从而导致透射光强在一定非线性相移区域内与入射光强成正比，当非线性相移差取值合理时便可实现锁模。非线性光学环镜锁模与非线性偏振旋转锁模都是基于光学快速克尔效应的加成脉冲锁模机制，响应速度较快，具有极高的信噪比。而且非线性光学环镜锁模可采用全保偏光纤结构，无空间元件，成本较低，可承受较高的功率，系统具有极高的稳定性。

目前，大多数利用非线性光学环镜锁模机制的激光器均采用“8字形”结构，但是由于这种激光器为全闭环结构，腔长不可调节，腔内的物理量及其对锁模过程的影响关系也难以测量，限制了其性能的提高和实际应用。为了解决这一问题可以将激光器结构中的激光环形腔打开变成线性臂，线性臂一端装上位置可调节的端镜，从而使整个谐振腔的长度可调。在这样只包含非线性光学环镜和线性臂的激光器结构中，为了实现自启动锁模，在环形镜内插入了非互异性空间元件，使脉冲附加的相位与传播方向相关，通过改变该元件中波片的角度来得到最优的自启动锁模效果。但是，空间元件的引入，在一定程度上降低了系统的稳定性，也不利于激光器的小型化和集成化。同时，由于腔内的锁模机制还没有被完全理解，波片的最优旋转角度也是通过试探得到的，增加了系统的不确定度。