[发明专利]一种双向级联泵浦掺钬保偏光纤飞秒激光器

说明书

一种双向级联泵浦掺钬保偏光纤飞秒激光器，它属于光纤激光器技术领域。解决现有非保偏掺钬光纤飞秒激光器的泵浦源昂贵以及环境稳定性差的问题。一种双向级联泵浦掺钬保偏光纤飞秒激光器，它包括半导体激光器、(1+1)×1泵浦合束器、第一增益光纤、包层功率剥离器、第二增益光纤、第三增益光纤、输出耦合器、色散补偿光纤、保偏双纤准直器、非互易相移器、偏振分束器和平面端镜。本发明用于双向级联泵浦掺钬保偏光纤飞秒激光器。

技术领域

本发明属于光纤激光器技术领域。

背景技术

掺钬光纤锁模激光器能够直接输出2.05～2.15μm波段的超快脉冲，位于重要的大气透明窗口和多种分子的特征指纹光谱区，在极端非线性光学、精密测量、材料加工、大气遥感以及中远红外产生等领域具有得天独厚的优势。掺铥光纤锁模激光器一般较难得到2.05～2.15μm波段的超快脉冲，掺钬光纤激光器在该波段是更优选择。稳定可靠的2.05μm或2.09μm的掺钬光纤飞秒振荡器是Ho:YLF或Ho:YAG啁啾脉冲放大器和中远红外超快激光器的理想种子源之一，通过固体激光介质高效地放大脉冲能量至mJ级，同时可以避免磷锗锌等非线性晶体的双光子吸收效应。

多方面的因素导致了掺钬光纤锁模激光器发展缓慢，且目前尚无可满足实际应用需求的廉价、长期稳定的掺钬光纤飞秒振荡器。其中一种重要原因是1150nm和1950nm的商业化半导体激光器功率水平太低无法满足泵浦要求，因而掺钬光纤锁模激光器主要采用成本更高的高功率1940nm或者1950nm掺铥光纤连续激光器进行带内泵浦，这一定程度上增加了掺钬光纤锁模激光器系统的成本和复杂性。另一方面，为了采用成熟的半导体激光器进行泵浦，还通常用铥、镱等敏化离子共掺方法来拓展掺钬光纤的吸收带及建立敏化离子与钬离子间的能量转移过程，比如铥钬共掺光纤，可以使用廉价的785～795nm波段的光纤耦合半导体激光器直接泵浦，较高的铥钬离子掺杂浓度比有助于提高铥离子的交叉弛豫效应及铥钬离子间能量传递效率来激发钬离子发射长波长激光。这一技术尽管能够利用铥离子的泵浦源廉价成熟的优势，且吸收带和增益带更丰富，仍然具有明显的缺陷：高掺杂浓度的铥钬共掺光纤的设计较难，铥钬离子掺杂浓度比范围有限，过高配比和低配比都不利于提高钬离子的发射效率，较强的激发态上转换效应和复杂的能量传递过程造成实际泵浦利用率低，通常需要用较长的增益光纤来实现长波长输出。

此外，最常用的三种光纤激光器被动锁模技术包括：新型可饱和吸收材料锁模、非线性偏振演化锁模和非线性环形镜锁模。其中，基于石墨烯和黑磷等的新型可饱和吸收材料锁模自启动性出色、兼容光纤结构，但抗损伤阈值普遍较低，材料理化性质随时间推移退化，寿命难以保证。非线性偏振演化锁模技术对环境依赖性强，环境微扰引起的偏振态变化易导致脉冲失锁，在户外环境中故障率高，对集成封装和主动控制提出更高要求。选择保偏化设计及合适的被动锁模技术可以提升锁模激光器的关键参数和环境适应性。近年来提出的保偏非线性偏振演化锁模与保偏光纤的兼容性稍差，在提升环境稳定性同时，牺牲了调节自由度，引入了群速度失配问题。对光纤长度和角度的控制精度要求高，低调制深度限制高质量的飞秒脉冲的产生。非线性环形镜锁模技术通常有8字腔和9字腔两种结构设计，8字腔锁模技术响应时间快、损伤阈值高和环境稳定性好，且不依赖偏振演化，但锁模阈值高，自启动困难。在较高泵浦条件下引起峰值功率钳制效应只能得到耗散孤子共振和类噪声脉冲锁模掺钬光纤激光器。而改进的保偏9字腔非线性放大环形镜锁模通过引入非互易相移器，实现了腔长缩短和锁模阈值降低，已在掺铒和掺镱光纤激光器中广泛验证可产生自启动的高重频、窄脉宽和低噪声的飞秒脉冲，可满足极端环境下的精密测量要求，在高端超快激光器领域具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明目的是为了解决现有非保偏掺钬光纤飞秒激光器的泵浦源昂贵以及环境稳定性差的问题，提供了一种双向级联泵浦掺钬保偏光纤飞秒激光器。

一种双向级联泵浦掺钬保偏光纤飞秒激光器，它包括半导体激光器、(1+1)×1泵浦合束器、第一增益光纤、包层功率剥离器、第二增益光纤、第三增益光纤、输出耦合器、色散补偿光纤、保偏双纤准直器、非互易相移器、偏振分束器和平面端镜；