[发明专利]一种非互易光学可调相位偏置调制器

说明书

本发明公开了一种非互易光学可调相位偏置调制器，包括：第一保偏光纤、第一准直透镜、第一法拉第旋转器、线性电光调制晶体、第二法拉第旋光器、第二准直透镜、第二保偏光纤、DC输入端和RF输入端。本发明利用电光晶体的电光调制特性，实现光学非互易相位偏置的自由调谐，同时还可根据应用需求实现相位调制功能。

技术领域

本发明属于光纤激光技术领域，尤其涉及一种非互易光学可调相位偏置调制器。

背景技术

自上世纪90年代以来，超快激光技术受到了各个国家的重点关注，超快光纤激光器成为超快领域的研究热点。随着技术的迅猛发展，飞秒光纤激光器已广泛应用于精确计量、眼科、医疗成像、微加工等领域，成为了各类光学系统优先选用的种子光源。

在实际应用中，研究全保偏飞秒光纤激光器，并进一步提升其性能，具有十分重要的意义。传统的被动锁模方式包括可饱和吸收体(SA)、非线性偏振旋转锁模(NPR)和非线性放大环形镜(NALM)。其中NALM光纤锁模激光器有“8”字形和“9”字形两种腔结构，具有可实现全保偏结构的优势，但锁模的实现需要在谐振腔内相向传输的两路光积累一定的非线性相移差。受制于有限的腔长，两种激光器一般都存在自启动难和重复频率较低的应用瓶颈，然而非互易移相器的出现和应用解决了这一难题。

光学非互易性表征的是光沿两个方向传输呈现不同性质的特性。法拉第旋光器利用磁光效应，辅以不同波片组合，使得通过波片的激光脉冲在具有法拉第效应的磁场中获得附加旋转后具备了非互易性，是一种最常见的具有光学非互易性质的器件。

在传统NALM锁模激光器的透射率与腔内积累非线性相移的关系曲线中，“8”字形腔的脉冲形成初始状态对应在曲线的零偏置、零斜率处，自启动存在困难；“9”字形腔初始状态则位于曲线零斜率处，同时相移差在(0，π)区间，所对应的透射率呈单调递减，不仅自启动存在问题，而且无法达到稳定锁模的状态。因此在光腔中加入非互易相移，为环路中相向传输的两路光引入初始相移差，使初始状态下的透射曲线数值和斜率均不为零，且相移差在(0，π/2)区间单调递增，将更容易实现稳定锁模。同时，非互易移相器引入的初始相移差使得锁模不完全依赖谐振腔内循环传输所积累的非线性相移差，从而提高了激光器重复频率的设计上限。

已报道的非互易移相器大多选用波片引入π/2的固定初始相移差，以促进激光器锁模自启动。不同于依赖厚度精准控制的波片晶体，电光调制晶体利用电光效应，即某些晶体或液体在外加电场的作用下，其折射率会发生变化，实现对光波的相位、频率、强度和偏振态等的控制。

除应用于NALM锁模激光器，非互易相移结构还可应用于微波-光学鉴相器。Jungwon Kim等人在Optics Letter上发表的论文《Subfemtosecond synchronization ofmicrowave oscillators with mode-locked Er-fiber lasers》中使用基于光纤Sagnac环结构的微波-光学鉴相器，通过非互易移相器引用了四分之一波长偏置，将光脉冲序列锁定在微波信号的过零点。德国的Menlo Systems公司同样利用Jungwon Kim等在文章中提出的非互易移相器和相位偏置法，构成了一种锁模激光器，并取得了专利申请《Laser withnon-linear optical loop mirror》(US201500711322)。国内方面，张志刚等的专利申请《一种相位偏置器及应用相位偏置器的光纤激光器》(专利号：CN 204992240 U)，以及《集成化反射式相位偏置器及光纤激光器和光波-微波鉴相器》(专利号CN 1049797470 A)均采用非互易移相器实现相位偏置，并将其应用于光纤激光器或微波-光学鉴相器。上述相移结构均为法拉第旋光器配合双折射晶体波片，为双向传输光引入特定初始相移差大小取决于波片的材料、组合和厚度，因此移相器只能提供固定且离散的相位偏置值，而无法实现连续精密调节，提供调谐裕度，这对非互易移相器在各应用场景的深入研究和创新优化具有一定的限制性。

发明内容