[发明专利]一种基于单包层钕光纤及环形腔的飞秒激光器及制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤飞秒激光器技术领域，更具体涉及一种基于单包层钕光纤及环形腔的飞秒激光器及制作方法。

背景技术

光纤飞秒激光器是飞秒激光技术的典型之一。飞秒激光技术是近些年来在量子光学及非线性光学的基础上迅速发展起来的应用技术，其定义为脉宽从几个飞秒到几百飞秒之间的超快激光脉冲，其中1fs=10-15s。新型的双光子显微镜需要使用飞秒激光作为激发光源，才能够利用双光子效应激发生物荧光蛋白进而成像。在这一分支领域，传统的方法是使用钛宝石激光器作为光源，其优势在于可靠的稳定性和宽带可调谐性。然而，钛宝石激光器成本较高，系统庞大，便携性较差；最近使用蓝光泵浦的钛宝石激光器成本有较大幅度的降低，其输出功率偏低这一劣势并未得到改善。这无疑限制了双光子显微镜的研究发展。光纤飞秒激光器的使用对双光子显微镜的微型化也是十分必要的，由于激光可以在光纤形成的腔内振荡，不比像空间光路那样考虑很多准直、聚焦、耦合以及晶体相位匹配等问题，这样可以节省很多空间，便于集成。

锁模技术是光纤飞秒激光器的核心技术，其要点在于频域内实现增益带宽内的多个模式相位锁定，使得时域内产生超短脉冲。当前较为流行的光纤飞秒激光器的锁模技术分为两类，一类为主动锁模，但需要额外添加主动锁模元件，腔型结构复杂；另一类为被动锁模，腔型结构简单，可以充分利用增益介质的增益带宽。其中，在被动锁模光纤飞秒激光器领域，非线性偏振旋转锁模技术是当前较为流行的技术之一，它利用光在光纤中传播产生的非线性偏振旋转效应，以及在腔内空间部分使用偏振控制元件构成可饱和吸收体，从而实现光纤激光器在增益带宽内的模式锁定，产生飞秒量级的超短光脉冲。

目前锁模中心波长在900–950nm之间的光纤飞秒激光器，其制作方法主要有两大类，第一类线性腔输出900–950nm的超短脉冲，从当前国际上发表的论文来看，腔内必须增加色散元件来平衡色散，这样对单脉冲能量有一定的限制，难以超过0.5nJ；第二类是最新的研究采用W型双包层掺钕光纤作为环形腔内的增益光纤，其横截面折射率分布为W型，即纤芯>外包层>内包层，尽管这种结构的掺钕光纤在室温下即可有效抑制1064nm处的四能级辐射，从而提高900–950nm之间的三能级辐射，然而其与普通单模光纤或者其他双包层光纤的熔接损耗较大，导致光-光转换效率较低，不到1%。

总之，现有的900-950nm波段的光纤飞秒激光器存在成本高，结构复杂，光-光转换效率较低，飞秒脉冲能量低的技术缺陷。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何提高900-950nm波段光钎飞秒激光器的输出功率和光-光转换效率。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于单包层钕光纤及环形腔的飞秒激光器，所述飞秒激光器包括腔体部分和空间光路部分；所述腔体部分包括808nm单模半导体光泵浦1、808nm光纤式单模隔离器2、808/920nm波分复用器3、单包层掺钕增益光纤4、920nm光纤准直器5；所述空间光路部分包括低通二向色镜6、920nm1/4波片7、920nm偏振分束棱镜8、920nm法拉第旋光器9、920nm1/2波片10、双折射滤波片11；

所述808nm单模半导体光泵浦1、808nm光纤式单模隔离器2、808/920nm波分复用器3按顺序焊接在一起，在所述808nm光纤式单模隔离器2与808/920nm波分复用器3的焊接处，焊接所述920nm光纤准直器5，形成腔体单元；所述腔体部分包括两个腔体单元，分别为腔体一和腔体二；

所述单包层掺钕增益光纤4的一端焊接在所述腔体一的808/920nm波分复用器3上，其另一端焊接在所述腔体二的808/920nm波分复用器3上，形成环形腔体；所述腔体一的920nm光纤准直器5与所述腔体二的920nm光纤准直器5之间设置空间光路部分，所述空间光路部分依次为低通二向色镜6、920nm1/4波片7、920nm偏振分束棱镜8、920nm法拉第旋光器9、920nm1/2波片10、920nm偏振分束棱镜8、双折射滤波片11、920nm1/2波片10、920nm1/4波片7。

优选地，所述空间光路部分还包括色散补偿光栅对（12），位于所述腔体一的920nm光纤准直器（5）和所述空间光路部分的920nm1/4波片（7）之间，所述低通二向色镜（6）从所述空间光路部分去除。