一种基于8字腔和硅基微环结构的被动锁模光纤激光器.pdf

一种基于8字腔和硅基微环结构的被动锁模光纤激光器，在传统8字腔结构的基础上加入了选频装置，偏振控制器2的一个端口硅基微环连接，硅基微环的另一端与波分复用器的b端连接形成的闭合回路成为被动锁模激光器的谐振腔，复合双腔共同选频，使得激光器的腔基频变大，脉冲的重复频率变高。本发明的优点是：该被动锁模光纤激光器具有结构简单、成本低、脉冲重复频率高、脉冲脉宽窄等优点，能够在常温下稳定工作。

权利要求书1.  一种基于8字腔和硅基微环结构的被动锁模光纤激光器，由980nm 泵浦源、波分复用器、掺铒光纤、50∶50耦合器、光隔离器、偏振控制器、20∶80 耦合器、偏振分束器、偏振合束器和单模光纤组成，其特征在于：所述980nm 泵浦源通过波分复用器的(a)端与一段掺铒光纤进行连接，掺铒光纤的另一端与 一个50∶50耦合器的(d)端连接，50∶50耦合器(f)端与20∶80耦合器的公共端(h) 连接，其80％端口(i)与偏振控制器(1)的一段连接，偏振控制器(1)的另外一 端与光隔离器的输入端连接，其输出端与50∶50耦合器的(g)端口连接，50∶50 耦合器的(e)端口与偏振控制器(2)连接，偏振控制器(2)的另外一个端口硅基微 环连接，硅基微环的另一端与波分复用器的(b)端连接形成的闭合回路成为被动 锁模激光器的谐振腔，复合双腔共同选频，使得激光器的腔基频变至1GHz以上， 脉冲的重复频率提高至1GHz以上。

说明书一种基于8字腔和硅基微环结构的被动锁模光纤激光器
技术领域
本发明涉及锁模光纤激光器的制备技术，特别是一种基于8字腔和硅基微环结构的被动锁模光纤激光器。
背景技术
锁模光纤激光器在超快光学、非线性光学、生物光学、光信息处理以及激光加工等领域具有重要的研究价值。进入90年代，人们对锁模激光器的理论和实验做了大量研究，在理论上提出了崭新的设计理念，例如主动锁模、谐波锁模、有理数谐波锁模、附加(或碰撞)脉冲锁模、注入锁模、非线性光学环境锁模、非线性偏振旋转锁模、半导体可饱和吸收体锁模等一系列锁模理论。
根据锁模原理将锁模光纤激光器分为主动锁模光纤激光器和被动锁模光纤激光器两大类。被动锁模光纤激光器技术是一种典型的全光纤非线性锁模技术。它让激光器的腔内不存在任何主动调制器，但是光纤激光器仍然可以实现飞秒脉冲的输出；其原理是：在光纤激光器中，一般存在一些非线性光学效应，这些光学效应的强度和腔内运行的脉冲的峰值有关，这样的一种相关性，让激光器内部的各纵模相位锁定，在这种情况下，光纤激光器便可以输出稳定的飞秒脉冲。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术分析，提供一种结构紧凑、低成本、重复频率高、超短脉冲的基于8字腔和硅基微环结构的被动锁模光纤激光器。
本发明的技术方案：
一种基于8字腔和硅基微环结构的被动锁模光纤激光器，由980nm泵浦源、波分复用器、掺铒光纤、50∶50耦合器、光隔离器偏振控制器、20∶80耦合器、偏振分束器、偏振合束器和单模光纤组成，所述980nm泵浦源通过波分复用器的a端与一段掺铒光纤进行连接，掺铒光纤的另一端与一个50∶50耦合器的d端连接，50∶50耦合器f端与20∶80耦合器的公共端h连接，其80％端口i与偏振控制器1的一段连接，偏振控制器1的另外一端与光隔离器的输入端连接，其输出端与50∶50耦合器的g端口连接，50∶50耦合器的e端口与偏振控制器2连接，偏振控制器2的另外一个端口硅基微环连接，硅基微环的另一端与波分复用器的b端连接形成的闭合回路成为被动锁模激光器的谐振腔，复合双腔共同选频，使得激光器的腔基频变至1GHz以上，脉冲的重复频率提高至1GHz以上。
本发明的工作原理：
该被动锁模光纤激光器利用8字腔实现被动锁模，产生超短脉冲。由泵浦源泵浦掺铒光纤放大器产生自发辐射的光，到左侧达线性环循环一周后，由50∶50耦合器进入右侧非线性光纤放大镜的的两束光所经历的物理过程不相同：8字形光纤激光器中央的50∶50藕合器，将起始的入射光场分成两部分幅值相同，但是传播方向相反光场，这种结构使一路光场刚进入环路的时候即被掺铒光纤放大，但是另一路光场却只能在离开的时候才能被放大，因此这两路光场在光纤激光器内部传输的过程中受到不同非线性相移，而且他们之间的相位差不是不同的，通常我们可以调节半导体光放大器的增益或者偏振控制器使脉冲峰值部分，两部分的相移差是π那么当这部分能量经过耦合器时便可以被透射，而脉冲两侧处由于能量比较低，所以积累的相移比较少，从而被反射，最后的结果是，脉冲峰值能量越来越高，而脉冲两侧处能量越来越低，从而产生可饱和吸收效应，周而复始，光纤激光器便输出稳定的飞秒脉冲，激光器主谐振腔和硅基微环共同选频，使得脉冲的重复频率变高。我们由20∶80光耦合器的20％端口由示波器和光谱仪对锁模结果进行监测。
本发明的优点是：该被动锁模光纤激光器具有结构简单、成本低、脉冲重复频率高、脉冲脉宽窄等优点，能够在常温下稳定工作。
附图说明
附图是该基于非线性光纤放大镜的被动锁模光纤激光器。
图中：1.980nm泵浦源  2.波分复用器  3.掺铒光纤4.50∶50耦合器  5.光隔离器  6.偏振控制器2  7.20∶80耦合器  8.偏振控制器2  9.硅基微环
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的具体说明。
实施例：
一种基于8字腔和硅基微环结构的被动锁模光纤激光器，由980nm泵浦源、波分复用器、掺铒光纤、50∶50耦合器、光隔离器偏振控制器、20∶80耦合器、偏振分束器、偏振合束器和单模光纤组成，所述980nm泵浦源通过波分复用器的a端与一段掺铒光纤进行连接，掺铒光纤的另一端与一个50∶50耦合器的d端连接，50∶50耦合器f端与20∶80耦合器的公共端h连接，其80％端口i与偏振控制器1的一段连接，偏振控制器1的另外一端与光隔离器的输入端连接，其输出端与50∶50耦合器的g端口连接，50∶50耦合器的e端口与偏振控制器2连接，偏振控制器2的另外一个端口硅基微环连接，硅基微环的另一端与波分复用器的b端连接形成的闭合回路成为被动锁模激光器的谐振腔，复合双腔共同选 频，使得激光器的腔基频变至1GHz以上，脉冲的重复频率提高至1GHz以上。
该实施例中，980nm泵浦源为自制，掺铒光纤长度约为10米；偏振控制器所缠绕单模光纤长度为3米；光隔离器的型号为IO-H-1550；50∶50光耦合器的型号为SC-1550 50/50-0；20∶80光耦合器的型号为：SC-1550-20/80-0，硅基微环为自制，半径为10微米。
该基于8字腔的被动锁模光纤激光器利用8字腔实现被动锁模，产生超短脉冲。由无阈值的掺铒光纤放大器产生自发辐射的光，经过非线性光纤放大镜的等效可饱和吸收后，脉冲幅度大的地方被反射，而幅度相对较小的地方被吸收，最后的结果是，脉冲峰值能量越来越高，而脉冲两侧处能量越来越低，周而复始，光纤激光器便输出稳定的飞秒脉冲，加入硅基微环后，根据维纳效应，脉冲重复频率成倍提高。
从偏振分束器的b端口通过示波器和光谱仪对锁模脉冲和其光谱进行监测。该被动锁模光纤激光器在超快光学、非线性光学、光纤通信、生物光学、光信息处理以及激光加工等领域具有重要的研究价值和应用。