基于可飽和吸收光纖的全光纖多波長(zhǎng)被動(dòng)調(diào)q激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種全光纖多波長(zhǎng)被動(dòng)調(diào)Q激光器，尤其涉及一種基于可飽和吸收光 纖的新型全光纖多波長(zhǎng)被動(dòng)調(diào)Q激光器。
【背景技術(shù)】
[0002] 多波長(zhǎng)脈沖光纖激光器在密集波分復(fù)用光通信、光學(xué)傳感、光譜學(xué)以及光信息處 理等領(lǐng)域都有十分重要的應(yīng)用。
[0003] 要獲得多波長(zhǎng)輸出，就需要在激光器系統(tǒng)內(nèi)加入波長(zhǎng)選擇裝置。最常用的就是 利用光纖光柵來(lái)對(duì)波長(zhǎng)進(jìn)行選擇。中國(guó)發(fā)明專利"一種多波長(zhǎng)輸出光纖激光器"（專利號(hào) ZL01133233)中給出了一中利用陣列波導(dǎo)光柵實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)輸出的方法和裝置。其原理是 利用陣列波導(dǎo)光柵的波長(zhǎng)選擇性實(shí)現(xiàn)對(duì)摻雜光纖激光器的波長(zhǎng)選擇，從而獲得不同波長(zhǎng) 的激光輸出。中國(guó)發(fā)明專利"單纖多波長(zhǎng)光纖激光器"（專利號(hào)ZL201110086194.8)中 則提出了一種利用有源相移光纖光柵獲得多波長(zhǎng)激光輸出的方法和裝置。2014年，墨西 哥研宄人員通過(guò)在環(huán)形腔摻鉺光纖激光器中插入一段刻有長(zhǎng)周期光纖光柵的拉錐光纖， 獲得了穩(wěn)定的多波長(zhǎng)輸出（G.Anzueto-SanchezandA.Martinez-Rios，Short-waveleng thmultilineerbium-dopedfiberringlaserbyabroadbandlong-periodfiber gratinginscribedinatapertransition,LaserPhys.，2014, 24, 01510L) 〇 但是，這 些方法都相對(duì)比較復(fù)雜，主要是其所使用的陣列波導(dǎo)光柵、有源相移光纖光柵以及拉錐長(zhǎng) 周期光纖光柵等對(duì)制作工藝要求較高。
[0004] 基于可飽和吸收光纖的全光纖被動(dòng)調(diào)Q是一種較新的調(diào)Q技術(shù)，與半導(dǎo)體可飽和 吸收鏡等可飽和吸收元件相比，可飽和光纖的使用可以使光纖激光器實(shí)現(xiàn)更加嚴(yán)格意義上 的全光纖結(jié)構(gòu)；而且，可飽和吸收光纖可直接用于高能量脈沖的產(chǎn)生，這對(duì)新型光纖激光的 高平均功率輸出和應(yīng)用具有重要價(jià)值。2010年，臺(tái)灣成功大學(xué)T.Tsai(T.Tsai，Y.Fang，and S.Huang,PassivelyQ-switchederbiumall-fiberlasersbyuseofthulium-doped saturable-absorberfibers,Opt.Express, 2010, 18, 10049-10054.)和俄羅斯科學(xué)院 A.S.Kurkov^A(A.S.Kurkov,Y.E.Sadovnikova,A.V.Marakulin,andE.M.Sholokhov,All fiberEr_TmQ-switchedlaser,LaserPhys.Lett. ,2010, 7, 795-797.)利用慘鎊光纖作為 可飽和吸收體分別實(shí)現(xiàn)了對(duì)單包層摻鉺光纖激光器和雙包層摻鉺光纖激光器的被動(dòng)調(diào)Q， 其輸出激光皆為單波長(zhǎng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)需外加輔助設(shè)備的全光纖結(jié)構(gòu) 的多波長(zhǎng)被動(dòng)調(diào)Q激光器。
[0006] 本發(fā)明的基本思路是在通過(guò)利用可飽和吸收光纖同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖激光器的波長(zhǎng) 選擇和被動(dòng)調(diào)Q，獲得多波長(zhǎng)脈沖輸出。激光器中增益光纖為單模光纖，可飽和吸收光纖在 激光器輸出光譜范圍內(nèi)為多模光纖，而且在增益光纖的發(fā)射譜范圍內(nèi)存在較強(qiáng)的吸收。將 可飽和吸收光纖熔接到激光腔內(nèi)，就形成了一個(gè)"單模-多模-單模"結(jié)構(gòu)的空間模式拍頻 濾波器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器的多波長(zhǎng)選擇。同時(shí)，激光信號(hào)被可飽和吸收光纖吸收，實(shí)現(xiàn)對(duì) 激光信號(hào)的被動(dòng)調(diào)Q，這樣就獲得了多波長(zhǎng)脈沖輸出。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0008] 基于可飽和吸收光纖的全光纖多波長(zhǎng)被動(dòng)調(diào)Q激光器，包括泵浦源、波分復(fù)用器、 增益光纖、隔離器、可飽和吸收光纖和輸出耦合器；波分復(fù)用器、增益光纖、隔離器、可飽和 吸收光纖和輸出耦合器構(gòu)成成光纖環(huán)路；泵浦源通過(guò)波分復(fù)用器為調(diào)Q激光器提供泵浦 光，調(diào)Q激光通過(guò)輸出親合器輸出，在激光輸出波段范圍內(nèi)增益光纖為單模光纖，而可飽和 吸收光纖為多模光纖，且可飽和吸收光纖的吸收譜段包含激光輸出波段。
[0009] 上述基于可飽和吸收光纖的全光纖多波長(zhǎng)被動(dòng)調(diào)Q激光器中，增益光纖和可飽和 吸收光纖的纖芯直徑比為1:1~1:1. 2。
[0010] 上述基于可飽和吸收光纖的全光纖多波長(zhǎng)被動(dòng)調(diào)Q激光器中，增益光纖和可飽和 吸收光纖的纖芯直徑均為9微米。
[0011] 上述基于可飽和吸收光纖的全光纖多波長(zhǎng)被動(dòng)調(diào)Q激光器中，輸出耦合器的輸出 端設(shè)置有增益補(bǔ)償光纖。
[0012] 本發(fā)明的有益技術(shù)效果如下：
[0013] 1、本發(fā)明利用可飽和吸收光纖同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)光纖激光器的多波長(zhǎng)選擇和被動(dòng)調(diào) Q;其多波長(zhǎng)間隔可由可飽和吸收光纖的長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，其輸出重頻可由泵浦源功率的調(diào)節(jié) 而改變，可控性好。
[0014] 2、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了嚴(yán)格意義上的全光纖結(jié)構(gòu)，具有體積緊湊、性能可靠、輸出參數(shù)穩(wěn) 定以及環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
[0015] 3、本發(fā)明不僅適用于增益光纖為摻鉺光纖、可飽和吸收光纖為摻銩光纖或銩鈥共 摻光纖的系統(tǒng)，同樣也可用于其他波長(zhǎng)的激光產(chǎn)生。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1是本發(fā)明基于可飽和吸收光纖的全光纖多波長(zhǎng)被動(dòng)調(diào)Q裝置的結(jié)構(gòu)原理示意 圖；
[0017]圖2是1550nm波段激光信號(hào)經(jīng)"單模-多模-單模"結(jié)構(gòu)的空間模式拍頻濾波器 后典型的強(qiáng)度函數(shù)；
[0018] 圖3是作為增益光纖的普通單模摻鉺光纖在1550nm波段的發(fā)射譜；
[0019] 圖4是作為可飽和吸收光纖的銩鈥共摻光纖在1550nm波段的吸收譜；
[0020] 圖5為激光器在1550nm波段多波長(zhǎng)輸出的理論模擬結(jié)果；
[0021] 圖6是該激光器在1550nm波段被動(dòng)調(diào)Q脈沖輸出的理論模擬結(jié)果。
[0022] 圖中1一泵浦源；2-波分復(fù)用器；3-增益光纖；4 一隔離器；5-可飽和吸收光纖； 6-輸出耦合器；7-第一熔接點(diǎn)；8-第二熔接點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 如圖1所示，本發(fā)明基于可飽和吸收光纖的全光纖多波長(zhǎng)被動(dòng)調(diào)Q激光器，包括泵 浦源1、波分復(fù)用器2、增益光纖3、隔離器4、可飽和吸收光纖5和輸出耦合器6;所述的波 分復(fù)用器2、增益光纖3、隔離器4、可飽和吸收光纖5和輸出耦合器6構(gòu)成成光纖環(huán)路；泵 浦源1通過(guò)波分復(fù)用器2為調(diào)Q激光器提供泵浦光，調(diào)Q激光通過(guò)輸出耦合器6輸出，在激 光輸出波段范圍內(nèi)增益光纖3為單模光纖，而可飽和吸收光纖5為多模光纖，且可飽和吸收 光纖5的吸收譜段包含激光輸出波段。
[0024] 本發(fā)明的基本思路是在通過(guò)利用可飽和吸收光纖5同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖激光器的波 長(zhǎng)選擇和被動(dòng)調(diào)Q，獲得多波長(zhǎng)脈沖輸出。激光器中增益光纖3為單模光纖，可飽和吸收光 纖5在激光器輸出光譜范圍內(nèi)為多模光纖，而且在增益光纖的發(fā)射譜范圍內(nèi)存在較強(qiáng)的吸 收。將可飽和吸收光纖5熔接到激光腔內(nèi)，就形成了一個(gè)"單模-多模-單模"結(jié)構(gòu)的空間 模式拍頻濾波器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器的多波長(zhǎng)選擇。同時(shí)，激光信號(hào)被可飽和吸收光纖吸 收，實(shí)現(xiàn)對(duì)激光信號(hào)的被動(dòng)調(diào)Q，這樣就獲得了多波長(zhǎng)脈沖輸出。
[0025] 空間模式拍頻濾波器的原理如下：在泵浦源的泵浦下，單模增益光纖內(nèi)產(chǎn)生 單模激光信號(hào)。由于可飽和吸收光纖在激光信號(hào)波長(zhǎng)處為多模光纖，單模激光信號(hào)在 增益光纖和可飽和吸收光纖的第一個(gè)熔接點(diǎn)處由單模變?yōu)槎嗄！：?jiǎn)便起見(jiàn)，這里假設(shè) 只存在兩個(gè)激光模式UV和LPn。這兩個(gè)激光模式在可飽和吸收光纖內(nèi)部傳播，設(shè)其 相位分別為
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于可飽和吸收光纖的全光纖多波長(zhǎng)被動(dòng)調(diào)Q激光器，其特征在于：包括泵浦源 (1)、波分復(fù)用器（2)、增益光纖（3)、隔離器（4)、可飽和吸收光纖（5)和輸出耦合器（6);所 述的波分復(fù)用器（2)、增益光纖（3)、隔離器（4)、可飽和吸收光纖（5)和輸出耦合器（6)構(gòu) 成光纖環(huán)路；所述的泵浦源（1)通過(guò)波分復(fù)用器（2)為調(diào)Q激光器提供泵浦光，所述的調(diào)Q 激光通過(guò)輸出耦合器（6)輸出，其特征在于：在激光輸出波段范圍內(nèi)增益光纖（3)為單模光 纖，而可飽和吸收光纖（5)為多模光纖，且可飽和吸收光纖（5)的吸收譜段包含激光輸出波 段。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可飽和吸收光纖的全光纖多波長(zhǎng)被動(dòng)調(diào)Q激光器，其特 征在于：所述的增益光纖（3)和可飽和吸收光纖（5)的纖芯直徑比為1:1~1:1. 2。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可飽和吸收光纖的全光纖多波長(zhǎng)被動(dòng)調(diào)Q激光器，其特 征在于：所述的增益光纖（3)和可飽和吸收光纖（5)的纖芯直徑均為9微米。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可飽和吸收光纖的全光纖多波長(zhǎng)被動(dòng)調(diào)Q激光器，其特 征在于：所述的輸出耦合器(6)的輸出端設(shè)置有增益補(bǔ)償光纖。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于可飽和吸收光纖的全光纖多波長(zhǎng)被動(dòng)調(diào)Q激光器，包括泵浦源、波分復(fù)用器、增益光纖、隔離器、可飽和吸收光纖和輸出耦合器等光纖器件；所述的波分復(fù)用器、增益光纖、隔離器、可飽和吸收光纖和輸出耦合器通過(guò)光纖熔接機(jī)依次熔接，形成光纖環(huán)路；所述的泵浦源通過(guò)波分復(fù)用器熔接在光纖環(huán)路上。本發(fā)明利用可飽和吸收光纖同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)光纖激光器的多波長(zhǎng)選擇和被動(dòng)調(diào)Q；其多波長(zhǎng)間隔可由可飽和吸收光纖的長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，其輸出重頻可由泵浦源進(jìn)行調(diào)節(jié)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了嚴(yán)格意義上的全光纖結(jié)構(gòu)，具有體積緊湊、輸出參數(shù)穩(wěn)定以及環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】H01S3-102, H01S3-11, H01S3-067
【公開(kāi)號(hào)】CN104733993
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510180745
【發(fā)明人】陶蒙蒙, 陳紹武, 馮國(guó)斌, 閆燕, 王振寶, 沈炎龍, 葉錫生
【申請(qǐng)人】西北核技術(shù)研究所
【公開(kāi)日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年4月16日