一种被动锁模脉冲激光器制造技术

本发明专利技术提供了一种同时输出两个或两个以上不同波长光脉冲的被动锁模脉冲激光器。本发明专利技术所述激光器在光谐振腔内不包含在增益介质的增益谱范围内具有两个或两个以上透过峰的光滤波器的情况下，通过合理控制光谐振腔内的损耗来使增益介质的两个或两个以上的增益峰同时具有最大增益且相等，进而同时输出两个或两个以上不同中心波长的光脉冲。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光被动锁模
，具体涉及同时输出两个或两个以上不同波长的光脉冲的被动锁模脉冲激光器。
技术介绍
多波长脉冲激光器可以同时输出两个波长的光脉冲，因此可以用于光纤传感、波分复用系统、光器件测量和光信号处理等。到目前为止，国际上所报道的多波长锁模激光器无论是主动锁模还是被动锁模，均是通过在光谐振腔内加入具有多个透过峰的滤波功能器件来实现多脉冲输出的。南洋理工大学的姚建平等人通过在光谐振腔内加入采样光纤布拉格光栅的方法实现了主动锁模的多波长光纤激光器。清华大学的娄采云等利用分布式色散光纤腔中的非线性双折射效应，产生梳状滤波器的方法，在四个等间距的波长处同时实现了主动锁模。香港中文大学的许正德等人采用两个光纤布拉格光栅级联的方法实现双波长的主动锁模激光器。台湾国立交通大学的潘犀灵等人通过在腔内加入光栅和用来滤波的v形双波段反射镜的方法，实现了两个波长的主动锁模激光器。华南师范大学的罗爱平等人利用腔内的非线性偏振旋转效应实现了被动锁模激光器，同时利用腔内的双折射所形成的梳状滤波器，实现了多波长脉冲同时锁模。南洋理工大学的唐鼎元等人在半导体饱和吸收镜作为锁模器件的被动锁模激光器中，利用腔内器件的双折射和偏振相关特性，产生梳状滤波效果，实现了双波长和三波长的孤子脉冲输出。上面所列举的多波长主被动锁模激光器是都是利用光谐振腔内的多个通带滤波器，或者是利用双折射效应形成的多个通带滤波器，实现多波长锁模的。迄今为止，本专利技术所提出的利用光谐振腔内损耗调谐来实现多波长被动锁模脉冲激光器的方法还未见报道。
技术实现思路
本专利技术提供了一种同时输出两个或两个以上不同波长光脉冲的被动锁模脉冲激光器。本专利技术所述激光器在光谐振腔内不包含在增益介质的增益谱范围内具有两个或两个以上透过峰的光滤波器或光滤波器组的情况下，通过合理控制腔内的损耗来使增益介质的两个或两个以上的增益峰同时具有最大增益且相等，进而同时输出两个或两个以上不同波长的光脉冲。光滤波器或光滤波器组可以是一个或多个光纤布拉格光栅等常见的滤波器，或者具有相似滤波效应的光器件或器件组，如由于光腔内的双折射效应所形成的梳状滤波器。本专利技术所述的激光器由泵浦源、光谐振腔和位于光谐振腔内的增益介质、被动锁模器件、耦合输出器件和可调谐光衰减器件组成。-->本专利技术所述的泵浦源由泵浦光源和泵浦光耦合器件构成，其作用是为光谐振腔提供泵浦光，并耦合进光谐振腔内。泵浦光源可以是半导体光源、染料光源、固体光源和气体光源等。泵浦光耦合器件主要包括二相色镜，或具有二相色镜特性的薄膜，以及光纤中的波分复用器件等。本专利技术所述的增益介质也称激光工作物质，包括具有与泵浦光源发射谱相匹配的能级结构的半导体、晶体、稀土材料掺杂玻璃和稀土材料掺杂光纤，这些材料能够被泵浦光源激发产生受激辐射。比较常用的增益介质有红宝石晶体，钕玻璃，掺铒光纤，掺镱光纤及铒镱共掺光纤等。本专利技术所述的增益介质的特点是具有两个或两个以上增益峰。本专利技术所述的被动锁模器件是光谐振腔内的主要器件，其作用是不需要光谐振腔外调制，利用被动锁模器件本身的非线性特性实现光谐振腔内各个纵模相位锁定。本专利技术所述的被动锁模器件包括具有饱和吸收特性的半导体器件、光子晶体器件、具有非线性偏振旋转效应的光纤和偏振相关元件构成的器件、碳纳米管材料和非线性光纤环镜。其中偏振相关元件包括偏振分束器件或偏振相关隔离器件等。碳纳米管材料可以是纯碳纳米管材料，也可以是碳纳米管和高分子聚合物形成的复合材料，碳纳米管能够均匀分散在所述高分子材料里，比较常见的高分子材料有聚碳酸酯，聚酰亚胺，聚乙烯，聚乙烯醇，聚甲基丙烯酸甲酯和聚二甲基硅氧烷等。本专利技术所述的耦合输出器件的作用是将光谐振腔内固定比例的一部分光输出光谐振腔外，剩余部分光返回光谐振腔内。耦合输出器件可以是具有一定透过率的输出镜、分束镜和光纤耦合器等。耦合输出器件需要根据光谐振腔内的增益和损耗等条件选择合适的透过率或者分光比。本专利技术所述的可调谐光衰减器件，其作用是提供大小可调谐的光衰减值，改变腔内损耗，进而改变各波长增益的相对大小。本专利技术所述的光谐振腔可以是由光纤和隔离器组成的单向光纤腔或者由各本专利技术提出的被动锁模脉冲激光器可以同时或分别实现两个及两个以上不同波长脉冲输出，该激光器具有以下优点：1.本专利技术所提供的激光器在腔内无在增益介质的增益谱范围内具有两个或两个以上透过峰的光滤波器的情况下，通过控制光谐振腔内的损耗可同时实现两个及两个以上不同波长输出的脉冲；通过改变光谐振腔内损耗量的大小也能实现各个波长脉冲单独输出，以及完成不同波长脉冲输出的切换。2.本专利技术所提出的激光器的结构简单，相比单波长被动锁模激光器结构，本专利技术仅仅在光谐振腔中加入了可调衰减器件，一方面避免了造价昂贵、结构复杂的滤波器件，使得整体成本低廉；另一方面衰减器的加入基本不改变激光谐振腔中的偏振和色散等条件，有利于保持光谐振腔的稳定性。3.本专利技术所提出的激光器操作简单，容易实现，稳定性高，可重复性好。在光谐振腔完成锁模，输出稳定脉冲之后，只须改变腔内损耗就能完成输出脉冲由单一波长到多个波长，多个波长到单一波长，以及各个单一波长间的相互切换，在重复性好的同时又避免了-->复杂调节过程中对腔内锁模状态的破坏。附图说明图1是被动锁模脉冲激光器结构示意图。其中1为泵浦源，2为增益介质，3为被动锁模器件，4为可调谐衰减器件，5为耦合输出器件，6为光谐振腔，在光谐振腔内的各器件位置可以调换，但是泵浦源要与增益介质相邻，保证其所产生的泵浦光不经过其它器件，直接耦合进入增益介质。图2是双波长被动锁模脉冲激光器的结构图。其中1为980nm半导体激光器，2为980nm/1550nm波分复用器，3为掺铒光纤，4为光隔离器，5为偏振控制器，6为普通单模光纤，7为碳纳米管/聚酰亚胺复合材料薄膜，8为光纤耦合器，9为可调谐光衰减器。图3是锁模激光器锁模的中心波长为1558nm时的输出光谱图。图4是锁模激光器锁模的中心波长为1532nm时的输出光谱图。图5是锁模激光器在中心波长1532nm和1557nm同时实现锁模时的输出光谱图。图6是双波长同时锁模输出时，输出光在光纤腔外经过滤波后的1532nm的时域波形图和自相关曲线。其中a代表时域波形图，b代表自相关曲线。图7是双波长同时锁模输出时，输出光在光纤腔外经过滤波后的1557nm的时域波形图和自相关曲线。其中a代表时域波形图，b代表自相关曲线。具体实施方式本实施方式中，泵浦源包括作为泵浦光源的980nm半导体激光器和作为泵浦光耦合器件的980nm/1550nm波分复用器，光谐振腔是由光纤和光纤隔离器构成的单向环形腔，光谐振腔中的器件包括作为增益介质的掺铒光纤，作为被动锁模器件的碳纳米管/聚酰亚胺复合材料薄膜，作为耦合输出器件的光纤耦合器，可调谐光衰减器和偏振控制器。掺铒光纤在1530nm处的吸收系数为6.1dB/m，在1550nm处的群速度色散为-6.5ps/km/nm，长度为4.5m。单壁碳纳米管/聚酰亚胺复合材料薄膜具有饱和吸收特性，其中碳纳米管与聚酰亚胺材料的混合比例为1∶100，聚合物薄膜厚度为0.045mm，其在1550nm处的损耗约2.3dB。光纤耦合器的分光比是1∶9，即有10％的光输出到光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种被动锁模脉冲激光器，由泵浦源、光谐振腔和位于光谐振腔内的增益介质、被动锁模器件、耦合输出器件和可调谐光衰减器件组成，光谐振腔内不包含在增益介质的增益谱范围内具有两个或两个以上透过峰的光滤波器或光滤波器组，增益介质具有两个或两个以上增益峰，通过调节可调谐光衰减器件的衰减量，使得上述各个增益峰的幅度均相等，同时输出两个或两个以上不同波长的光脉冲。

【技术特征摘要】
1.一种被动锁模脉冲激光器，由泵浦源、光谐振腔和位于光谐振腔内的增益介质、被动锁模器件、耦合输出器件和可调谐光衰减器件组成，光谐振腔内不包含在增益介质的增益谱范围内具有两个或两个以上透过峰的光滤波器或光滤波器组，增益介质具有两个或两个以上增益峰，通过调节可调谐光衰减器件的衰减量，使得上述各个增益峰的幅度均相等，同时输出两个或两个以上不同波长的光脉冲。2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，泵浦源由泵浦光源和泵浦光耦合器件构成，作用是为光谐振腔提供泵浦光，并将泵浦光耦合进光谐振腔内。3.根据权利要求2所述的泵浦源，其特征在于，泵浦光源包括半导体光源、染料光源、固体光源和气体光源。4.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，增益介质包括具有与泵浦光源发...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘磊，郑铮，赵欣，刘娅，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11