[发明专利]多腔结构光纤激光器及提高光纤激光器重复频率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光技术领域，特别涉及一种利用多腔结构提高光纤激光器重复频率的多腔结构光纤激光器及提高光纤激光器重复频率的方法。

背景技术

高重复频率激光在激光测距、激光雷达、激光通信、光学频率梳等方面有着十分重要的应用。如高重复频率激光测距具有目标搜索时间短、定位精度高、回波点数多的特点，可极大推进卫星激光测距技术的发展。又如高分辨率的天文阶梯光栅的频率分辨间隔10-30GHz，常规的光学频率梳的重复频率只有100-500MHz，并不能直接用于天文光谱仪的定标和校准。因此，有必要将常规的脉冲激光器的重复频率提高一至几个数量级。

一般的，较短的激光器腔长对应于较高的重复频率。因此，要提高激光振荡器的重复频率就需要缩短激光器回路的几何长度。无论是主动锁模激光器还是被动锁模激光器，激光器回路中的增益光纤的长度、光纤器件的封装尺寸和器件的尾纤长度是限制光纤激光器重复频率进一步提高的主要因素。通常光纤激光器的重复频率为一般不大于500MHz。通过采用集成化的光纤器件，及尽量减少尾纤长度可获得750MHz的脉冲输出(Optics Letters,Vol.38,pp314,2013)。但是目前要进一步提高重复频率至超过1GHz，光路结构复杂，光纤熔接和处理难度越大，容错率越低。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种利用多腔结构，提高重复频率至超过1GHz的多腔结构光纤激光器及提高光纤激光器重复频率的方法。

本发明提供的多腔结构光纤激光器，其特征在于，包括：激光放大器，包含：激光放大输出端和激光放大输入端；光分束器，与激光放大器的激光放大输出端相连接；至少二个锁模元件，与光分束器相连接；至少二个延迟光纤，与锁模元件的数量相同，分别与锁模元件一一连接，构成至少二个分支光路；以及光合束器，一端与延迟光纤相连接，另一端与激光放大输入端相连，构成激光器回路。

本发明提供的多腔结构光纤激光器，还具有这样的特征：其中，激光放大器还包含：光隔离器、激光泵浦源、波分复用器和增益光纤，光隔离器，依次与激光泵浦源、波分复用器和增益光纤相连接，光隔离器的输入端作为激光放大输入端，增益光纤的输出端作为激光放大输出端。

本发明提供的多腔结构光纤激光器，还具有这样的特征：其中，锁模元件可以采用非线性偏振旋转器件、起偏光纤、半导体可饱和吸收体、石墨烯、碳纳米管等。

本发明提供的多腔结构光纤激光器，还具有这样的特征：其中，增益光纤掺杂有稀土离子，稀土离子可为：Yb³⁺、Er³⁺、Tm³⁺、Ho³⁺或Lu³⁺等中的一种或者组合。

本发明还提供的提高光纤激光器重复频率的方法，具有以下步骤：利用权利要求1至4多腔结构光纤激光器，当激光放大器和第一分支光路形成回路，其它分支回路为断路时，多腔结构光纤激光器的第一重复频率f₁等于激光腔内频谱的第一纵模间隔ν₁，当激光放大器和第二分支光路形成回路，其它分支回路为断路时，激光器的第二重复频率f₂等于激光腔内频谱的第二纵模间隔ν₂，当同时开启第一和第二分支光路时，满足ν_m＝q ν₁＝pν₂(q和p为整数)的频率才能在光路中实现振荡，当第一重复频率f₁和第二重复频率f₂无公约数，总重复频率为f_m＝f₁×f₂＝143MHz，当第一分支光路和第二分支光路与激光放大器共同形成回路时，且第一重复频率f₁和第二重复频率f₂有公约数n，总重复频率为f_m’＝f₁×f₂/n。

发明作用和效果

根据本发明所涉及多腔结构光纤激光器及提高光纤激光器重复频率的方法，利用光分路器、锁模元件和延迟光纤将光路分成至少两个分支光路，再通过光合路器将分支光路合路，从而形成1GHz以上重复频率的脉冲输出。因此，本发明的腔结构光纤激光器及提高光纤激光器重复频率的方法光路结构简单，在不增加技术难度的基础上，仅采用光路复制，即在一个环形腔的基础上，加上复制的分支光路部分，就可实现脉冲激光器重复频率的提高。

附图说明