自启动Figure-9被动锁模光纤激光器的脉冲能量提升方法技术

本发明专利技术公开了一种自启动Figure‑9被动锁模光纤激光器的脉冲能量提升方法，是应用于由等效NALM环形腔、线性臂、旋转电机和泵浦源构成的Figure‑9光纤激光器中；并包括如下步骤：1获取非互易相移器的线性相移量；2获取等效NALM环形腔的分光比；3设置泵浦源输出功率和非互易相移器参数，并进行循环，直至完成Figure‑9光纤激光器(1)的输出脉冲能量的提升。本发明专利技术能实现具有自启动功能的Figure‑9光纤激光器单脉冲锁模运转时更大的非线性相移容忍度，从而大幅提升输出单脉冲能量，由此获得自启动的可长期稳定运转的低噪声大能量飞秒光纤激光器，使得激光器在飞秒激光脉冲领域具有更加广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
自启动Figure-9被动锁模光纤激光器的脉冲能量提升方法
本专利技术涉及激光精密加工、激光精密测量等领域，尤其涉及一种提升自启动Figure-9光纤激光器脉冲能量的方法。
技术介绍
飞秒激光脉冲在强场物理、阿秒科学、精密测量以及非线性光学等领域具有重要应用。采用钛宝石固体激光技术，已可产生高达PW峰值功率、脉宽窄至15fs以下的脉冲。近年快速发展的锁模光纤激光器则呈现出更加丰富多彩的超短脉冲现象，通过色散非线性调控，能产生不同制式的飞秒脉冲，如孤子、色散管理孤子、自相似脉冲和耗散孤子等。随着飞秒脉冲光纤放大和相干合成技术的不断突破，采用光纤激光技术已可产生GW峰值功率、10fs以下脉宽的大能量飞秒脉冲。发展和完善锁模机制，设计出可自启动的低噪声大能量飞秒光纤振荡器，依然是当前飞秒光纤激光器的主要问题之一。基于微纳材料的天然可饱和吸收体具有优良的自启动功能，但尚待克服响应时间过长、光热损伤阈不足等问题，以获取更短脉宽和长期运转。Mamyshev振荡器能产生能量高达μJ级的～40fs的飞秒脉冲，但其自启动问题依然有待解决。NPE锁模机制调制深度大、响应时间短，能产生优良低噪声飞秒脉冲，但NPE锁模光纤激光器需采用非保偏光纤，对环境扰动非常敏感，导致难以长期保持自启动功能。尽管采用保偏光纤也构建出了NPE锁模机制，但调制深度不高，难以产生高质量飞秒脉冲。基于非线性放大环镜(NALM)的锁模机制可以构建全保偏型Figure-8和Figure-9光纤激光器，抗环境扰动能力强，但Figure-8激光器存在着重复率低、脉宽宽和自启动需精确调控等不足。而Figure-9光纤激光器不仅自启动功能强、长期稳定性好，且可产生高重复率、窄脉宽和低噪声的飞秒脉冲，并开始应用于极端环境下精密测量，展现了广阔的应用前景。但是，Figure-9光纤激光器产生的飞秒脉冲能量低、且难以提高。原因是，Figure-9激光器通过在腔内插入线性相移器，并引入非对称性，使腔内正反时针传输光场容易由连续光的功率起伏积累出非线性相移差(ΔφNL)，再将ΔφNL调控在可饱和吸收体(SA)透过率曲线的特定区域，实现激光器的锁模自启动和单脉冲锁模运转。但是，这种非对称腔结构造成腔内正反向光场各自经历的非线性相移(NPS)随泵浦功率增大的趋势或斜率不同，增加泵浦功率很容易突破SA透过率曲线规定的单脉冲运转允许的ΔφNL，制约着输出脉冲能量的提高。且这种受限于自启动要求的非对称腔结构，同样限制了运用腔内色散非线性调控对脉冲能量的提升。而若降低腔非对称性，理论上，可在极强泵浦下允许ΔφNL不突破单脉冲运转范围的同时，腔内正反向光场均可积累出足够大的NPS，进而提升脉冲能量，但是，锁模自启动源于连续光的功率起伏，而强泵浦下连续光的功率极高，腔内增益光纤处于深度饱和状态，而这种深度饱和却对连续光微弱功率起伏具有“自愈”效应，不利于放大这种微弱功率起伏，导致低非对称性腔Figure-9光纤激光器难以实现锁模的自启动。尽管通过选用大模场光纤减小腔内NPS累积和引入微纳材料SA的混合锁模帮助自启动，已在一定程度上提高了自启动锁模Figure-9光纤激光器的脉冲能量，但却未能在原理上解决这种激光器因引入线性相移和非对称腔确保自启动功能而带来的对输出脉冲能量的限制。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种Figure-9结构光纤激光器的脉冲能量提升方法，以期能实现Figure-9光纤激光器在确保自启动功能和单脉冲锁模运转下允许更大的非线性相移差，从而大幅提升输出单脉冲能量，由此获得自启动的可长期稳定运转的低噪声大能量飞秒光纤激光器，使得Figure-9光纤激光器在飞秒激光脉冲领域具有更加广泛的应用前景。本专利技术为达到上述专利技术目的，采用如下技术方案：本专利技术一种自启动Figure-9被动锁模光纤激光器的脉冲能量提升方法的特点是应用于由等效NALM环形腔、线性臂、旋转电机和泵浦源构成的Figure-9光纤激光器中；所述等效NALM环形腔包括：第一保偏光纤准直器、保偏光纤波分复用器、保偏掺铒光纤和第二保偏光纤准直器；所述保偏光纤波分复用器的信号端与所述保偏光纤准直器连接，所述保偏光纤波分复用器的泵浦端与所述泵浦源的输出端连接，所述保偏光纤波分复用器的公共端为保偏掺铒光纤，且所述保偏掺铒光纤与第二保偏光纤准直器连接；在所述线形臂中沿着同一个中心轴依次设置有：第一偏振分光棱镜、非互易相移器、第二偏振分光棱镜和全反射镜；设置所述第一偏振分光棱镜的中心点分别与所述保偏光纤准直器和第二保偏光纤准直器的输出端对准；所述非互易相移器依次包括：波片、45°法拉第旋转器和波片；且所述波片和波片分别安装在两个旋转电机上；所述脉冲能量提升方法是按如下步骤进行：步骤1、利用式(1)得到非互易相移器的线性相移量φL：式(1)中，θ1和θ2分别为波片和波片的快轴与水平轴的夹角；步骤2、利用式(2)得到等效NALM环形腔的分光比ρ：步骤3、定义当前循环变量为n，定义最大循环变量为Nmax；定义波片和波片之间的旋转延迟时间为t；定义每次循环之间的时间间隔为T；定义波片和波片的快轴与水平轴的初始夹角分别为θ10和θ20；定义波片的步进角为Δθ1；定义波片的步进角为Δθ2；定义并初始化第n次循环下的泵浦源的输出功率增加ΔPn；定义计时器为time；并初始化time＝0；步骤4、保持等效NALM环形腔的分光比为ρ时；步骤5、调节波片和波片的快轴与水平轴的夹角θ1和θ2设置，使得所述非互易相移器的线性相移量φL为1.5π，从而获得与所述线性相移量φL相对应的Figure-9光纤激光器的可饱和吸收透过率曲线curve1；步骤6、计时器time开始计时，令所述泵浦源的输出功率为P1；使得等效NALM环形腔的连续光功率起伏在可饱和吸收体作用下积累非线性相移差并实现锁模自启动；步骤7、当time＝T1时，令所述泵浦源的输出功率为P*，使得Figure-9光纤激光器输出单脉冲序列；步骤8、初始化n＝1，令第n次循环下的泵浦源的输出功率Pn＝P*；步骤9、当time＝T1时，令第n次循环下的波片的夹角θ1以步进角Δθ1进行步进；步骤10、当time＝T1+n×t时，令第n次循环下的波片的夹角θ2以步进角Δθ2进行步进，从而利用式(1)得到第n次循环下所述非互易相移器的线性相移量并使得到Figure-9光纤激光器中的等效可饱和吸收体透过率曲线右移；步骤11、当time＝T1+n×T/2时，令第n次循环下的泵浦源的输出功率Pn增加ΔPn后，得到第n+1次循环下的泵浦源输出功率Pn+1；进而使得Figure-9光纤激光器中的非线性相移量ΔφNL在单脉冲锁模运转所允许的非线性相移差ΔφNL的区间内；步骤12、判断Figure-9光纤激光器的输出脉冲是否为单脉冲，若是，则表示等效NALM环形腔中积累的非线性相移差ΔφN本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自启动Figure-9被动锁模光纤激光器的脉冲能量提升方法，其特征是应用于由等效NALM环形腔(4)、线性臂(5)、旋转电机(10)和泵浦源(11)构成的Figure-9光纤激光器(1)中；/n所述等效NALM环形腔(4)包括：第一保偏光纤准直器(12)、保偏光纤波分复用器(13)、保偏掺铒光纤(14)和第二保偏光纤准直器(15)；/n所述保偏光纤波分复用器(13)的信号端与所述保偏光纤准直器(12)连接，所述保偏光纤波分复用器(13)的泵浦端与所述泵浦源(11)的输出端连接，所述保偏光纤波分复用器(13)的公共端为保偏掺铒光纤(14)，且所述保偏掺铒光纤(14)与第二保偏光纤准直器(15)连接；/n在所述线形臂(5)中沿着同一个中心轴依次设置有：第一偏振分光棱镜(16)、非互易相移器(2)、第二偏振分光棱镜(17)和全反射镜(18)；/n设置所述第一偏振分光棱镜(16)的中心点分别与所述保偏光纤准直器(12)和第二保偏光纤准直器(15)的输出端对准；/n所述非互易相移器(2)依次包括：

【技术特征摘要】
1.一种自启动Figure-9被动锁模光纤激光器的脉冲能量提升方法，其特征是应用于由等效NALM环形腔(4)、线性臂(5)、旋转电机(10)和泵浦源(11)构成的Figure-9光纤激光器(1)中；
所述等效NALM环形腔(4)包括：第一保偏光纤准直器(12)、保偏光纤波分复用器(13)、保偏掺铒光纤(14)和第二保偏光纤准直器(15)；
所述保偏光纤波分复用器(13)的信号端与所述保偏光纤准直器(12)连接，所述保偏光纤波分复用器(13)的泵浦端与所述泵浦源(11)的输出端连接，所述保偏光纤波分复用器(13)的公共端为保偏掺铒光纤(14)，且所述保偏掺铒光纤(14)与第二保偏光纤准直器(15)连接；
在所述线形臂(5)中沿着同一个中心轴依次设置有：第一偏振分光棱镜(16)、非互易相移器(2)、第二偏振分光棱镜(17)和全反射镜(18)；
设置所述第一偏振分光棱镜(16)的中心点分别与所述保偏光纤准直器(12)和第二保偏光纤准直器(15)的输出端对准；
所述非互易相移器(2)依次包括：波片(6)、45°法拉第旋转器(7)和波片(8)；且所述波片(6)和波片(8)分别安装在两个旋转电机(10)上；
所述脉冲能量提升方法是按如下步骤进行：
步骤1、利用式(1)得到非互易相移器(2)的线性相移量φL：



式(1)中，θ1和θ2分别为波片(6)和波片(8)的快轴与水平轴的夹角；
步骤2、利用式(2)得到等效NALM环形腔(4)的分光比ρ：



步骤3、定义当前循环变量为n，定义最大循环变量为Nmax；
定义波片(6)和波片(8)之间的旋转延迟时间为t；定义每次循环之间的时间间隔为T；
定义波片(6)和波片(8)的快轴与水平轴的初始夹角分别为θ10和θ20；
定义波片(6)的步进角为Δθ1；定义波片(8)的步进角为Δθ2；
定义并初始化第n次循环下的泵浦源(11)的输出功率增加ΔPn；
定义计时器为time；并初始化time＝0；
步骤4、保持等效NALM环形腔(4)的分光比为ρ时；
步骤5、调节波片(6)和...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛庆和，段典，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34