[发明专利]掺镱光子晶体光纤非线性偏振旋转锁模激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种掺镱光子晶体光纤非线性偏振旋转锁模激光器，具体涉及到高平均功率脉冲激光系统，属于激光技术领域。

背景技术

高功率、大能量的脉冲光纤激光器以其诸多优点被认为是未来脉冲激光器的发展趋势，但是传统光纤纤芯模场面积较小，光纤激光器的功率提升受到非线性的严重限制。传统的被动锁模技术广泛被应用于脉冲激光器的设计中，如半导体可饱和吸收镜做为锁模器件，实现稳定锁模激光。但是在锁模激光器中由于使用的半导体饱和吸收体受自身材料的因素，有上限的损伤阈值，限制了锁模激光器功率的进一步提升，也是高功率被动锁模激光器实现的一个瓶颈。

鉴于以上的情况，本专利采用了非线性偏振旋转(Nonlinear Polarization Rotation)技术锁模，该技术首先是1991年M.Hofer等人最早于光纤激光器中实现的。其后MIT的K.Tamura等人利用NPR技术得到了脉宽453fs的稳定序列输出（参见Tamura K,Haus HA,Ippen EP.Self-starting additive pulse mode-locked erbium fiber ring laser.Electronics Letters 1992;28(24):2226-8）。之后又进行了一系列改进工作：通过于激光器中加入一段正色散补偿光纤，得到了脉宽为77fs、单脉冲能量90pJ、峰值功率大于1kW的脉冲序列；又通过加入石英片和起偏器件构成的空间滤波装置，对孤子激光器频谱中的边带进行了较好的抑制。

对基于非线性偏振旋转机理的激光器，研究学者对于不同色散条件作了许多研究。早期的光纤激光器的工作集中在负色散或近零色散条件下，从非线性薛定谔方程的理论角度看，为了获得稳定的孤子解，需要利用光纤中的反常色散与非线性效果相抵消。而其后人们认识到，即使是在正色散条件下，光纤激光器也能运转。Cornell大学Frank Wise小组对于全正色散激光器从理论和实验上进行了一系列研究，指出光纤激光器运行在全正色散的关键因素在于有限增益带宽，即在频域上由自相位调制所产生的频谱展宽仅有部分获得增益，剩下随着激光的运转逐渐损耗，为了激光器进一步稳定，往往会加入滤波装置。另一方面，时域上由群速度色散引起的脉冲展宽由非线性偏振旋转进行压缩，从而达到稳定。

同时，在该激光器的设计中增益介质引入了光子晶体光纤，它自身独有的结构，产生了优异的特性，如它具有大的表面-体积比，散热极好，大的模场面积并且基模运转可以实现超短脉冲激光的高功率和高光束质量输出。

综上，提出了一种利用光子晶体光纤作为增益介质的、结构简单的非线性高光束质量、高平均功率的锁模激光器有一定的科研意义和应有价值。

发明内容

本发明目的在于提出一种掺镱光子晶体光纤非线性偏振旋转锁模激光器，其具有高平均功率、结构简单、使用方便、稳定性好等特点。

为了解决现有光纤激光器的振荡器，脉冲激光输出的功率较低和脉冲能量较低等问题，本发明提出一种简便行而有效的激光系统。

本发明的技术方案如下:

掺镱光子晶体光纤非线性偏振旋转锁模激光器，其利用非线性偏振旋转技术实现激光器锁模的设计目的，包括有抽运泵浦和主要由增益介质、锁模器件构成的激光器环形谐振腔。976nm半导体激光器（LD）1为抽运泵浦，光子晶体光纤5为增益介质，锁模脉冲激光光学隔离器10和半波片11和四分之一波片12共同组成锁模器件，依次由器件二色镜I3-四分之一波片II12-半波片11-锁模脉冲激光光学隔离器10-窄带滤波片9-四分之一波片I8-二色镜II7-非球面镜6-光子晶体光纤5-非球面聚焦镜4-二色镜I3构成环形谐振腔；激光器1出射976nm半导体激光泵浦光从激光器1入射到非球面准直镜I2，经过二色镜I3；二色镜I3的透射光通过非球面聚焦镜4入射进光子晶体光纤5中，再由非球面镜6准直入射到二色镜II7上，二色镜II7的反射光入到四分之一波片I8上再经过窄带滤波片9、锁模脉冲激光光学隔离器10，依次通过半波片11和四分之一波片II12，最后再次经过二色镜I3，非球面聚焦镜4打入光子晶体光纤5中，构成激光器环形谐振腔。锁模脉冲激光光学隔离器10起到保证激光在谐振腔内单向传输作用，易于激光器的长期稳定工作；最后锁模脉冲激光由隔离器10的逃逸窗口出射激光。

所述的光子晶体光纤5采用掺镱光纤，其使用的长度为1.8m。

所述的二色镜I3和二色镜II7均对于1040nm激光高反和976nm激光高透光率。