一種全正色散、全保偏光纖雷射器的製造方法
2023-04-24 11:47:21
一種全正色散、全保偏光纖雷射器的製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種全正色散、全保偏光纖雷射器，它包括第一光纖耦合法拉第偏振旋轉鏡、摻鐿光纖、波分復用器、泵浦光隔離器、半導體雷射器LD、保偏光纖耦合偏振分束器、保偏光纖耦合全反鏡、保偏光纖耦合器、保偏單模光纖、第二光纖耦合法拉第偏振旋轉鏡及窄線寬帶通濾波器，本實用新型通過腔結構設計，使得雷射脈衝在光纖雷射器腔內單次往返時，經歷多次放大，增大了脈衝增益，使輸出光脈衝單脈衝能量更高；通過駐波腔兩端放置法拉第偏振旋轉鏡，使得整個光纖雷射腔對環境引起的線性噪聲和擾動得以補償，不受外界影響。本實用新型結構簡單，易於調試，受環境幹擾小，在工業領域有廣闊應用前景。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及超快雷射【技術領域】，特別是涉及一種採用駐波腔結構及全保偏光 纖的全正色散、全保偏光纖雷射器。 一種全正色散、全保偏光纖雷射器
【背景技術】
[0002] 相比傳統固體雷射器，光纖雷射器具有結構緊湊、免調節、易維護、低損耗、光束質 量好等優點，被廣泛應用於材料精細加工、超快光學、時頻域雷射精密控制、光通信等重要 領域。近些年，光纖鎖模技術的長足發展，通過光纖雷射器腔內色散管理和腔內非線性效應 的合理應用平衡下，使光纖雷射器在單脈衝能量、脈衝寬度和長期穩定性輸出方面得到較 好的改善。
[0003] 在色散管理的光纖雷射器中，一般通過光柵對、稜鏡等光學器件引入負色散對光 纖雷射器腔內色散進行補償。在引入這些色散塊件的同時，破壞了光纖雷射器的全光纖性， 從而增加了光纖雷射器鎖模調節難度。而且，此類光纖雷射器受環境噪聲和溫度變化的影 響將直接導致光纖雷射器鎖模狀態的不穩定。全保偏、全正色散光纖雷射器的研發使全光 纖結構光纖雷射器得以實現。在光纖鎖模雷射器中，全正色散光纖雷射器在不需要色散補 償的情況下，由於不受孤子效應對光纖雷射器單脈衝能量的限制，光纖雷射器輸出的單脈 衝能量往往可以達到nj甚至更高量級。又由於不需要負色散塊件的引入，使用全保偏光纖 雷射器得以實現不受環境噪聲和溫度變化的影響。
[0004] 在全正色散、全保偏光纖雷射器中，光脈衝在腔內循環過程中，在增益介質中的放 大增益應儘可能的大，從而使得光纖雷射器輸出脈衝帶有較大的線性啁啾，而這個線性啁 啾脈衝可以通過在腔外啁啾補償，使脈衝寬度得以壓縮。在已實現全正色散、全保偏光纖激 光器中，脈衝在腔內往返增益受增益介質、泵浦功率和脈衝放大次數等等現實因素限制。 實用新型內容
[0005] 本實用新型的目的是提供一種脈衝在腔內循環過程中，得到多次放大增益，增加 泵浦效率，輸出更高單脈衝能量的全正色散、全保偏光纖雷射器，該雷射器具有精細全光纖 雷射器腔結構，其單脈衝輸出能量高、消光比優、結構簡單、長期穩定性好。
[0006] 實現本實用新型目的的具體技術方案是：
[0007] -種全正色散、全保偏光纖雷射器，特點是：該雷射器包括第一光纖耦合法拉第偏 振旋轉鏡、摻鐿光纖、波分復用器、泵浦光隔離器、半導體雷射器LD、保偏光纖稱合偏振分束 器、保偏光纖耦合全反鏡、保偏光纖耦合器、保偏單模光纖、第二光纖耦合法拉第偏振旋轉 鏡及窄線寬帶通濾波器，所述第一光纖耦合法拉第偏振旋轉鏡、摻鐿光纖、波分復用器、保 偏光纖稱合偏振分束器、窄線寬帶通濾波器、保偏光纖稱合器、保偏單模光纖、第二光纖奉禹 合法拉第偏振旋轉鏡依次連接，半導體雷射器LD、泵浦光隔離器依次連接波分復用器，保偏 光纖耦合全反鏡連接保偏光纖耦合偏振分束器，保偏光纖耦合器與保偏單模光纖之間為熔 接；
[0008] 所述半導體雷射器LD為抽運泵浦，摻鐿光纖為保偏增益光纖；保偏光纖耦合器、 保偏單模光纖、第二光纖耦合法拉第偏振旋轉鏡、窄線寬帶通濾波器、保偏光纖耦合偏振分 束器、波分復用器、摻鐿光纖、第一光纖稱合法拉第偏振旋轉鏡及保偏光纖稱合全反鏡構成 駐波腔；其中，保偏光纖耦合器、保偏單模光纖及第二光纖耦合法拉第偏振旋轉鏡組成鎖模 機制。
[0009] 本實用新型採用駐波腔結構設計，使得雷射脈衝在光纖雷射器腔內單次往返時， 經歷多次放大，增大了脈衝增益，使輸出光脈衝單脈衝能量更高。通過放置駐波腔兩端鏡為 法拉第偏振旋轉鏡，使得整個光纖雷射腔對環境引起的線性噪聲和擾動得以補償，不受外 界影響。形成一個長期穩定的，高單脈衝能量輸出的全光纖雷射器。
[0010] 與現有技術相比，本實用新型具有以下優點：
[0011] 1、本實用新型光學腔內使用了保偏光纖、相關保偏器件和保偏光纖耦合偏振分束 器，有效地控制了光脈衝在腔內振蕩的偏振狀態，得到高消光比的光脈衝輸出。
[0012] 2、本實用新型在駐波腔注入泵浦光初期，腔內由於受激布裡淵效應，產生100kHz 以下納秒自調Q現象。
[0013] 3、本實用新型駐波器內，當來自保偏光纖耦合器的反射光的增益大於調Q脈衝光 增益時，調Q現象被抑制，從而腔內轉變成鎖模脈衝振蕩。
[0014] 4、本實用新型可以實現自啟動鎖模，由自調Q現象演變為穩定鎖模現象。
[0015] 5、本實用新型使光脈衝在腔內往返中，多次得到增益，增大了腔內增益效果。
[0016] 6、本實用新型使光纖雷射器的輸出脈衝穩定性提高，調節腔內參數可以實現納 秒、皮秒和飛秒脈衝雷射的輸出。
[0017] 7、本實用新型採用保偏器件及腔內偏振控制，使得光纖雷射器抗環境幹擾能力增 強，長期穩定能力加強。
[0018] 8、本實用新型為全保偏光纖結構，具有尺寸小，重量輕，集成度高，易於維護和搭 建等特點。
[0019] 9、本實用新型工作波段可以為1000 nm附近或者1500 nm附近，也可以是其它波 段，根據不同摻雜稀土元素(鐿、鉺、銩、欽、鐠等）而定。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020] 圖1本實用新型結構示意圖；
[0021] 圖2本實用新型多次增益過程示意圖；
[0022] 圖3本實用新型實施例示意圖。
【具體實施方式】
[0023] 下面結合附圖和實施例，對本實用新型的【具體實施方式】作進一步詳細描述，以便 同類技術人員更好理解本實用新型。
[0024] 參閱圖1，本實用新型利用非線性偏振旋轉實現雷射器鎖模並增多光脈衝在腔內 單次往返通過增益的目的，其包括第一光纖耦合法拉第偏振旋轉鏡1、摻鐿光纖2、波分復 用器3、泵浦光隔離器4、半導體雷射器LD 5、保偏光纖稱合偏振分束器6、保偏光纖稱合全 反鏡7、保偏光纖稱合器8、保偏單模光纖10、第二光纖稱合法拉第偏振旋轉鏡11及窄線寬 帶通濾波器12,所述半導體雷射器LD 5出射泵浦光經過泵浦光隔離器4通過波分復用器 3耦合進駐波腔內；光脈衝在腔內單次的往返振蕩循環過程中，經光纖耦合法拉第偏振旋 轉鏡1、保偏光纖耦合偏振分束器6和保偏光纖耦合全反鏡7,兩次經歷增益光纖2使得增 益變大。其半導體雷射器LD 5出射泵浦光在注入駐波腔初期，腔內受激布裡淵效應，產生 100kHz以下納秒自調Q現象。保偏光纖耦合器8工作在慢軸，光脈衝經過保偏單模光纖10 並經第二光纖耦合法拉第偏振旋轉鏡11反射後，偏振狀態旋轉90°，外界環境對引入的線 性偏振擾動得到補償，線性偏振的脈衝光將全部由保偏光纖耦合器8損耗，只有部分經過 非線性偏振旋轉光得以透射光纖耦合器8。當來自保偏光纖耦合器8的透射光的增益大於 調Q脈衝光增益時，調Q現象被抑制，腔內轉變成鎖模脈衝振蕩。鎖模後的部分脈衝從保偏 光纖f禹合器8 f禹合輸出。
[0025] 保偏狀態的光脈衝光從偏振分束器6出射進入波分復用器3,取該偏振狀態為垂 直偏振狀態，在增益光纖2中得到一次放大，經法拉第偏振旋轉鏡1反射後，變為水平偏振 入射至偏振分束器6,全反射至全反鏡7,並重新反射再次經過增益光纖，使光脈衝再次被 增益放大，再經法拉第偏振旋轉鏡1反射後，變回垂直偏振狀態入射至偏振分束器6,實現 脈衝在腔內循環多次增益的效果。由保偏光纖耦合器8、熔接9、保偏單模光纖10及第二光 纖耦合法拉第偏振旋轉鏡11組成非線性偏振旋轉鎖模機制；駐波腔兩端的法拉第偏振旋 轉鏡1、11補償環境線性噪聲和擾動，易於工作在長期穩定的狀態。窄線寬帶通濾波器12 起減少脈衝線性啁啾和脈衝寬度的功能。
[0026] 參閱圖2,本實用新型光脈衝在腔內偏振態變化及多次放大過程及原理：由圖中a 可以看出，光脈衝以水平偏振態入射至偏振分束片6,直接透射至法拉第偏振旋轉鏡1，在 圖中b，經法拉第偏振鏡反射，光脈衝偏振態旋轉90度為垂直方向反射回到偏振分束片6， 並被反射至全反鏡7,經全反鏡7和偏振分束片6反射至法拉第偏振反射鏡1，在圖中c，光 脈衝偏振再次旋轉90度為水平反射至偏振分束片6,並透射而出。由此可見，光偏振分束片 6和法拉第偏振鏡之間設置增益介質時，光脈衝在腔內一次往返時，將四次通過增益介質， 分別為兩次經過兩個正交偏振方向的增益，使得增益效率大大提高。 實施例
[0027] 參閱圖3,本實施例由976nm半導體雷射器LD 5即抽運泵浦、976nm高功率光隔離 器4、單模增益光纖2即高摻雜增益介質、兩個法拉第偏振旋轉全反鏡1、11、偏振分束器6 和光纖光柵13、波分復用器3、光纖雷射器稱合輸出器8、兩保偏光纖軸間角為30°的烙接狀 態9,保偏單模光纖10構成。法拉第偏振旋轉鏡1和11為駐波腔的腔鏡。兩腔鏡使得整個 光纖雷射腔對環境引起的線性噪聲和擾動得以補償，不受外界影響，使本實用新型能夠長 期穩定工作。水平偏振的脈衝光從偏振分束器6出射進入波分復用器3,在增益光纖2中得 到一次放大，經法拉第偏振旋轉鏡1反射後，變為垂直偏振入射至偏振分束器6,全反射至 光纖光柵13,等效於光纖全反鏡7,並重新反射再次經過增益光纖2,使光脈衝再次被增益 放大，再經法拉第偏振旋轉鏡1反射後，變回垂直偏振狀態入射至偏振分束器6,實現脈衝 光在腔內往返一次多次增益的效果，使泵浦效率得到提高。由光纖雷射器耦合輸出器8、熔 接狀態9、保偏單模光纖10及法拉第偏振旋轉鏡11組成的非線性偏振旋轉鎖模器件，可以 使低功率脈衝成分得以損耗，而功率較高的脈衝中心得以反射透過，形成鎖模機制，使本實 用新型達成鎖模狀態。光纖光柵13起減少脈衝線性啁啾和脈衝寬度的功能。光纖光柵13 的作用除了充當高反鏡外，由於它的窄帶帶通濾波效果，同時也起著濾波器的作用。使用光 纖光柵也有助於光纖雷射器調Q效應和光纖雷射器鎖模狀態的初始化。光纖光柵13取代 了圖1中窄線寬帶通濾波器12,具有等效功能。
[0028] 以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對於本【技術領域】的普通技 術人員來說，在不脫離本實用新型技術原理的前提下，還可做出若干改進和腔結構變化，這 些改進和變化也應視為本實用新型的保護範圍。
【權利要求】
1. 一種全正色散、全保偏光纖雷射器，其特徵在於：該雷射器包括第一光纖耦合法拉 第偏振旋轉鏡（1)、摻鐿光纖（2)、波分復用器（3)、泵浦光隔離器（4)、半導體雷射器LD(5)、 保偏光纖稱合偏振分束器（6 )、保偏光纖稱合全反鏡（7 )、保偏光纖稱合器（8 )、保偏單模光 纖（10)、第二光纖耦合法拉第偏振旋轉鏡（11)及窄線寬帶通濾波器（12)，所述第一光纖耦 合法拉第偏振旋轉鏡（1)、摻鐿光纖（2 )、波分復用器（3 )、保偏光纖稱合偏振分束器（6 )、窄 線寬帶通濾波器（12)、保偏光纖耦合器（8)、保偏單模光纖（10)、第二光纖耦合法拉第偏振 旋轉鏡（11)依次連接，半導體雷射器LD (5)、泵浦光隔離器（4)依次連接波分復用器（3)， 保偏光纖稱合全反鏡（7)連接保偏光纖稱合偏振分束器（6)，保偏光纖稱合器（8)與保偏單 模光纖（10)之間為熔接（9); 所述半導體雷射器LD (5)為抽運泵浦，摻鐿光纖（2)為保偏增益光纖；保偏光纖耦合器 (8)、保偏單模光纖（10)、第二光纖耦合法拉第偏振旋轉鏡（11)、窄線寬帶通濾波器（12)、 保偏光纖稱合偏振分束器（6 )、波分復用器（3 )、摻鐿光纖（2 )、第一光纖稱合法拉第偏振旋 轉鏡（1)及保偏光纖耦合全反鏡（7)構成駐波腔；其中，保偏光纖耦合器（8)、保偏單模光纖 (10)及第二光纖耦合法拉第偏振旋轉鏡（11)組成鎖模機制。
【文檔編號】H01S3/0933GK203883306SQ201420227903
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年5月6日 優先權日:2014年5月6日
【發明者】曾和平, 沈旭玲 申請人:上海朗研光電科技有限公司