[发明专利]一种多用途的双向被动锁模全光纤激光系统

说明书

本发明公开了一种多用途的双向被动锁模全光纤激光系统，旨在解决现有光纤激光器中难以同时输出两种类型的超短光脉冲的技术问题。所述系统包括泵浦源(1)、波分复用器(2)、掺铒增益光纤(3)、2×2输出耦合器(4)、第一3dB光学耦合器(5)、第二3dB光学耦合器(6)、第一偏振相关隔离器(7)、第一偏振控制器(8)、第二偏振相关隔离器(9)、第二偏振控制器(10)、色散补偿光纤(11)以及单模光纤(14)。所述2×2输出耦合器(4)输出双向锁模脉冲，其第一输出端(12)连接有位于腔外的单模光纤(14)，用于输出脉冲的腔外时域压缩，以获得高峰值功率超短脉冲，第二输出端(13)直接输出高能量耗散孤子共振脉冲。本发明具有成本低廉，适用范围广等优点，在应用上可作为高峰值功率飞秒脉冲光源和高能量皮秒以及纳秒脉冲光源使用，也可以作为高能量脉冲放大器的种子源。

技术领域

本发明属于激光技术领域，具体涉及一种多用途的双向被动锁模全光纤激光系统的设计。

背景技术

超短脉冲光纤激光器是世界范围内的热门研究课题之一。超短脉冲因其具有极窄脉宽、高峰值功率、高能量等特点，广泛应用于基础科学研究、高速光通信、光信号处理、微机械加工、超快激光光谱、量子相干控制、医疗和精密计量等领域。具体的，高峰值功率超短脉冲可以用于激光微加工、激光惯性约束核聚变等领域；高能量超短脉冲则可以用于光纤传感、超连续谱产生等领域。被动锁模技术由于具有结构简单紧凑、易于实现全光纤化等优势，是获得超短脉冲的主要方法之一。

研究表明，当激光器工作在净正色散或全正色散区时，在腔内增益、损耗、色散、非线性效应等共同作用下，可以获得一种与传统孤子不同的新型孤子脉冲。由于增益和损耗在脉冲形成过程中起主导作用，故称之为耗散孤子。典型的耗散孤子脉冲具有较大的脉宽，可达到几十皮秒，脉冲具有极大的频率啁啾。因此，为了获得高峰值功率，需要对脉冲进行去啁啾，实现脉冲的时域压缩。一般采用棱镜对、光栅对等器件对脉冲实施啁啾补偿。然而这些器件都不是光纤结构，其空间光路结构对光束入射角和振动敏感，不易调节。

尽管耗散孤子的单脉冲能量得到了显著提高，但是随着泵浦功率的增加，脉冲将积累很强的非线性相移，引起光波分裂，极大地限制了单脉冲能量。为了获得更高能量的脉冲，一种方法是在腔内使用大模场的光子晶体光纤，通过增大模场面积，减少腔内非线性系数，从而提高脉冲能量。然而大模场光纤无法与单模光纤直接耦合，使得激光器的构造更加复杂，成本更高，而且丧失了光纤激光器无需准直或者可弯曲的优点。

最近的研究发现，当激光器的腔体参数满足特定条件时，随着泵浦功率的升高，脉冲的峰值功率保持不变而其时域脉宽持续增加，可以有效地避免脉冲分裂，其输出脉冲能量理论上可以达到无限大，这种现象被称为耗散孤子共振。

目前的环形腔光纤激光器大部分采用的是单向锁模，这可以减少腔内的寄生反射，降低锁模阈值。然而这种腔结构一般只能输出一种类型的脉冲(高能量超短脉冲或高峰值功率超短脉冲)，限制了该类型激光器的实际适用范围，增加了应用成本。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有光纤激光器中难以同时输出两种类型的超短脉冲的问题，提出了一种多用途的双向被动锁模全光纤激光系统。