一种产生高能量脉冲的新型光纤激光系统技术方案

本发明专利技术提供的产生高能量脉冲的新型光纤激光系统包括依次通过光路连接的波分复用器2、输出耦合器4、第一偏振控制器5、偏振相关隔离器6以及第二偏振控制器7；所述波分复用器的输入端设置有泵浦光源1，波分复用器的输出端与输出耦合器的输入端之间设置有掺铒(Er)光纤3；掺铒光纤的长度为5-30m。本发明专利技术可以解决现有光纤激光器存在的光波分裂效应所致输出能量受限的技术问题。该光纤系统所用器件为普通光纤激光器中常用普通器件，其结构十分简单，成本也较为低廉；与传统的固体激光器相比，该激光器采用全光纤结构，具有转换效率高，光束质量好，散热方便，易与其他光纤器件耦合等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光纤激光系统，具体涉及一种产生高能量脉冲的新型光纤激光 系统。
技术介绍
光纤激光器由于其结构简单、成本低廉且调节简便和稳定性良好等优点，得到 了广泛的研究和发展。根据光纤激光器的色散分布特性，光纤锁模激光器可分别激发产 生常规负色散孤子脉冲(conventional soliton)、展宽脉冲(stretched pulse)、自相似脉冲 (self-similar pulse)以及耗散型孤子脉冲(dissipative soliton)。在负色散孤子光纤激光器中，工作于其负色散区的被动锁模激光器，由于腔内 反常色散和光纤克尔非线性的平衡，这种激光器很容易实现稳定的孤子锁模输出，但传 统孤子脉冲的量子化效应限制了这类激光器可能输出的最大能量。由于受孤子面积理论 的限制，孤子脉冲的能量被限制在O.lnJ左右，光脉冲能量较高时，将导致光波分裂。虽 然展宽脉冲锁模激光器通过腔内插入色散延迟线，使锁模脉冲在腔内周期性的经历展宽 和压缩，降低了腔内脉冲的峰值功率，克服了孤子锁模激光器中非线性效应造成的波分 裂，输出的脉冲能量可比常规负色散孤子提高一个数量级，但是其脉冲能量仍无法达到 较高水平。自相似脉冲数学上是带有增益的非线性薛定谔方程(Nonlinear SchrodingerEquation)在光纤正色散区的自相似解。自相似脉冲在高功率传播时，脉冲形状不改变， 具有抵御光波分裂的能力。自相似脉冲光纤激光器需要负色散元件实现脉冲在腔内的自 洽演化，其腔内总色散值维持在微大于0的水平。展宽脉冲和自相似脉冲激光器的腔内 色散分布可简化如图1所示。如图Ia所示，展宽脉冲激光器腔内总色散近似为0 ； 而在自相似脉冲激光器中，如图Ib所示，腔内的略大于0。为获得更高能量的脉冲，还可以通过在腔内采用特殊器件，如光子晶体光纤 (PCF)等方法，其原理是通过利用光子晶体光纤的模场面积较大的特点，从而降低光脉 冲能量密度，防止脉冲分裂。此方法由于PCF纤芯直径远大于普通单模光纤，无法直接 与单模光纤器件耦合，需要用空间光学器件连接，导致腔型结构复杂、调节繁琐，成本 较高。为克服这些缺点，需要提出新的脉冲产生理论及方法。而随着研究的深入，光孤 子也能在由全部正色散(all-normal-dispersion)或净正色散(net-normal-dispersion)组成的 光纤激光器中形成。在正色散光纤激光器中产生的耗散型脉冲可以由Ginzburg-Landau方 程近似描述。由于在这类激光器中形成的光脉冲是激光器增益色散、增益饱和与正色散 效应、非线性损耗等共同作用的结果，所形成的光脉冲又被称为耗散型光脉冲或者耗散 型光孤子。耗散型脉冲激光器腔内色散分布如图Ic所示，通过进一步增大腔内的正色散 量，并且去除负色散器件，可以得到脉宽更宽、啁啾更大的脉冲输出，相应的，脉冲能 量也将能进一步得到提高。近期美国康乃尔大学一研究小组基于正色散掺镱(Yb)光纤激 光器产生耗散型脉冲的研究已取得了诸多成果。其输出脉冲光谱具有陡峭的边沿，并且3具有很大的正啁啾。此类脉冲可以积聚更多的能量输出，并且在经过压缩之后，峰值功 率可达kW甚至MW量级。目前该型激光器所产生的结果，在国际上尚未有成熟的理论 分析，实验成就也在日益提高和改善。但是此研究小组所做的工作主要局限于掺镱(Yb) 光纤激光器，而对应用于通信波段、发展前景广阔的掺铒(Er)光纤激光器较少研究。国 内对于高功率光纤激光器的研究，大部分也都局限于掺镱光纤激光器。
技术实现思路
为了解决现有光纤激光器中存在的光波分裂效应所致输出能量受限的技术问 题，本专利技术提供一种产生高能量脉冲的新型光纤激光系统。本专利技术的技术方案如下本专利技术提供的产生高能量脉冲的新型光纤激光系统，该系统包括依次通过光路 连接的波分复用器、输出耦合器、第一偏振控制器、偏振相关隔离器以及第二偏振控制 器；所述波分复用器的输入端设置有泵浦光源，其特征在于所述波分复用器的输出端 与输出耦合器的输入端之间设置有掺铒(Er)光纤；所述掺铒光纤的长度为5-30m。上述掺铒光纤的长度为20m。上述波分复用器的频分范围为980nm/1550nm。上述输出耦合器的输出比率为10%。上述泵浦光源输出功率为200_500mW。上述泵浦光源输出功率为500mW。上述泵浦光源为工作波长为980nm的单模半导体激光器。上述掺铒光纤所采用的型号为Nufem EDFC-980-HP。附图说明图1为展宽脉冲、自相似脉冲和耗散型脉冲激光器的腔内色散分布图；图2为本专利技术的结构示意图；图3为本专利技术耗散型脉冲在泵浦功率为500mW时光谱图；图4为本专利技术示波器测得耗散型脉冲序列图；图5本专利技术脉冲自相关曲线图。附标记说明1-泵浦光源；2-波分复用器；3-掺铒(Er)光纤；4_输出耦合器；5_第一偏振 控制器；6-偏振相关隔离器；7-第二偏振控制器。本专利技术的有益效果如下1.该光纤系统所用器件为普通光纤激光器中常用普通器件，其结构十分简单， 成本也较为低廉。2.与传统的固体激光器相比，该激光器采用全光纤结构，具有转换效率高，光 束质量好，散热方便，易与其他器件耦合等优点。3.该激光器易于调节，操作简便。4.该专利技术所制作的掺铒光纤激光器，因其波长恰好在通信窗口(1550nm)波段， 因此在光通讯、光学测距、光电传感领域、医疗等方面具有广泛的应用前景。并且所产生的高斯型脉冲，具有极大的光谱宽度和较高的脉冲能量。还可以作为宽带脉冲光源使 用。在经过负色散器件压缩脉宽之后，亦可以作为高能量飞秒脉冲源使用。5.高能量脉冲直接从腔内输出，无需再进行放大。并且由于受实验条件所限， 泵浦源功率水平较低，最大功率仅为500mW，导致脉冲能量尚未有进一步增加。如果加 大泵浦功率，将可以得到更高能量的脉冲。具体实施例方式参见图2，本专利技术提供的产生高能量脉冲的新型光纤激光系统包括依次通过光路 连接的泵浦光源1、波分复用器2、输出耦合器4、第一偏振控制器5、偏振相关隔离器6 以及第二偏振控制器7 ；波分复用器2与输出耦合器4之间设置有掺铒(Er)光纤3。掺 铒光纤3的长度为5-30m，其选用20m效果最佳。泵浦光源1选用工作波长为980nm的 单模半导体激光器，当输出功率为500mW时输出脉冲光谱包络覆盖了 1530nm_1660nm 范围。波分复用器2的频分范围为980nm/1550nm;输出耦合器4的输出比率为10%。 掺铒光纤3的型号为Nufem EDFC-980-HP。工作原理以及具体器件参数如下参见图2，本专利技术采用工作波长为980nm的单模半导体激光器作为泵浦光源， 其最大输出功率为500mW，再通过980nm/1550nm的波分复用器(WDM)对一段长度为 20m的掺铒光纤进行抽运，该掺铒光纤的型号为Nufem EDFC-980-HP，在1550nm处色 散参数D为-42ps/nm/km。通过偏振相关隔离器抑制后向反馈，以保证环形腔激光器单 向运转，并与第一偏振控制器与第二偏振控制器共同作用形成等效可饱和吸收体，从而 实现自启动锁模。其中输出耦合器为10%输出，90%留在腔内。该输出比率较为合理， 其他比率会导致泵浦功率阈值升高。器件尾纤等腔内其他光纤是总长度为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种产生高能量脉冲的新型光纤激光系统，该系统包括依次通过光路连接的波分复用器、输出耦合器、第一偏振控制器、偏振相关隔离器以及第二偏振控制器；所述波分复用器的输入端设置有泵浦光源，其特征在于：所述波分复用器的输出端与输出耦合器的输入端之间设置有掺铒（Ｅｒ）光纤；所述掺铒光纤的长度为５－３０ｍ。

【技术特征摘要】
1.一种产生高能量脉冲的新型光纤激光系统，该系统包括依次通过光路连接的波分 复用器、输出耦合器、第一偏振控制器、偏振相关隔离器以及第二偏振控制器；所述波 分复用器的输入端设置有泵浦光源，其特征在于所述波分复用器的输出端与输出耦合 器的输入端之间设置有掺铒(Er)光纤；所述掺铒光纤的长度为5-30m。2.根据权利要求1所述的产生高能量脉冲的新型光纤激光系统，其特征在于所述 掺铒光纤的长度为20m。3.根据权利要求1或2所述的产生高能量脉冲的新型光纤激光系统，其特征在于所 述波分复用器的型号为980nm/1550nm。4.根据权利要求3所述的产生...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘雪明，王擂然，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：87