[发明专利]一种皮秒光纤种子激光源结构

说明书

本发明公开一种皮秒光纤种子激光源结构，包括激光线型的谐振腔，谐振腔内包含半导体饱和吸收镜、分光器、波分合成器、增益光纤、光纤光栅；波分合成器连接有通过波分合成器把泵浦激光耦合进谐振腔的泵浦激光二极管连接；分光器分别连接有光纤隔离器和保偏光纤隔离器，保偏光纤隔离器连接有作为种子源输出信号端口的前向输出端口，光纤隔离器连接有用于监控与系统内部处理信号输出的后向输出端口。该结构允许使用非保偏（SM）的激光二极管作为泵浦，锁模激光输出的脉冲是线偏振信号，降低生产成本；另外，光束在半导体可饱和吸收镜上的工作点是可以沿直线移动的，通过步进马达实现，使超短脉冲锁模光纤激光器的整体寿命比单点寿命提高20倍以上。

技术领域

本发明涉及超短脉冲光纤激光器的技术领域，尤其涉及一种工作波长在一微米区间、工作寿命能达到一万小时以上、激光信号为线偏振的皮秒光纤种子激光源结构。

背景技术

随着激光技术与激光器在工业制造、医疗、通信、国防、科学研究及娱乐等领域中的应用越来越普遍，对激光系统及相关器件的要求也在不断增长。不仅对激光系统及相关器件的数量需求日益增加，对它们的种类、性能、体积、成本等方面的要求也不断提高。

超短脉冲激光、尤其是光纤型超短脉冲激光是激光学科的新领域，近年来逐渐发展出较为成熟的产品。由于超短激光脉冲具有峰值功率极高、几乎无热效应等独特性能，所以超短脉冲激光器在医疗、美容、工业精密加工、生物技术、物理技术、光谱学以及光通讯等领域得到越来越广泛的应用。

早期的超短脉冲激光器多是固体型、自由空间光束传播式谐振腔结构。它们可以作为种子源，也可以组成放大器。但固体型超短脉冲激光器与放大器除了在工作波长范围和脉冲宽度方面方面受到可选择材料的限制外，它们最主要的缺点是在自由空间光学系统取得要求的稳定性和可靠性所面临的困难和复杂问题。近年来不断涌现出来的光纤型超短脉冲光纤型激光器，在光束质量、光传递特性、可靠性、稳定性、集成度、体积大小等方面都具有很大的优势。当然，光纤型超短脉冲激光器能取得的脉冲能量不如固体型激光器。目前，人们经常采用光纤与固体混合型的激光系统。在这类系统中，除了大功率放大器以外，从种子源到各级预放大器都采用光纤型结构。因此，光纤型超短脉冲激光器正显示出极佳的应用前景和市场前景。

取得超短脉冲种子信号的技术主要有：1）被动锁模技术；2）主动锁模技术；3）纳秒脉冲压缩技术。虽然各种技术的基础研究都在不断进展，利用半导体饱和吸收镜（SESAM，即Semiconductor Saturable Absorber Mirror)实现的被动锁模技术在产品中应用得最为广泛，也最为成熟。利用SESAM实现的被动锁模光纤激光器以光纤和SESAM的非线性效应作为锁模机制，锁模实现自主启动，激光器为全光纤构架，结构简单、集成度高、性能稳定、泵浦阈值小、响应时间短、插入损耗小，是当前最受欢迎的超短脉冲激光种子源。

但是采用半导体饱和吸收镜的锁模光纤种子激光器的最主要缺点是饱和吸收镜的单点工作寿命比较短（设计得好的种子源单点寿命可达一千小时左右）。为了达到大多数应用的要求，饱和吸收镜表面工作点位置切换是种子源激光器中的一个必要技术。此外，种子源中各器件参数的优化也是设计种子源中的一个重要环节。

发明内容

本发明的目的是提供一种1微米波段皮秒脉冲锁模光纤种子激光器的设计，具体为皮秒光纤种子激光源结构，其谐振腔为线型腔，实现皮秒量级脉冲锁模的关键器件包括：半导体饱和吸收镜（被动锁模调制器）、光纤光栅（高反镜和带通滤波器）、掺镱的增益光纤、波分合成器及分光器。谐振腔内的所有器件都具有保偏性能。泵浦二极管产生连接的976纳米泵浦激光通过波分合成器耦合到腔内，输出脉冲通过分光器实现。半导体饱和吸收镜通过步进马达驱动的机械一维移动结构实现了数十个点的精确换位，使振荡器的工作寿命达到一万小时以上。