一种调q多重频锁模光纤随机激光器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种调Q多重频锁模光纤随机激光器，该调Q多重频锁模光纤随机激光器包括光纤全反镜1、可饱和吸收体2、耦合器3、偏振控制器4、泵浦光源5、波分复用器6及有源光纤7。本发明随机谐振腔结构引入的随机反馈及光子局域效应，使激光输出具有多个模式可能，此外可以在线性腔谐振产生低频锁模脉冲的同时，产生多个高阶谐波子脉冲，即可以在很宽频率的范围内获得多个频率的脉冲，且脉冲的重复频率同时有高频和低频，而传统典型的调Q锁模激光器的脉冲重频对应确定的腔长，脉冲频率单一且可调范围窄。
【专利说明】
一种调Q多重频锁模光纤随机激光器
技术领域
[0001]本发明涉及一种激光器，属于调Q锁模光纤激光器和光纤随机激光器领域，更具体的说是涉及一种调Q多重频锁模光纤随机激光器。
【背景技术】
[0002]光纤随机激光器作为一种重要的新光源可用于非线性光学、光通信和传感等领域。基于相干反馈的光纤随机激光器由于具有较低的激射阈值、较短的光纤长度、随机模式可控等优点，受到广泛研究。相干反馈光纤随机激光器通常采用掺杂光纤中的分布式或相移布拉格光栅形成随机谐振腔，当光子局域长度小于随机结构的长度时，满足光子局域化条件，从而将光子局域在腔内产生相干光放大，输出具有模式的随机激光。但现有技术中的相干反馈光纤随机激光器都仅工作在连续光工作机制下，其中激光脉冲的产生尚缺少有效手段。另一方面，传统锁模脉冲激光器在超快激光脉冲生成方面具有广泛的研究，但对于固定腔结构，其生成锁模脉冲的重频可调范围有限，需要寻求新的方法获得宽范围的可调重频脉冲输出。
【发明内容】
[0003]
本发明克服了现有技术的不足，提供了一种调Q多重频锁模光纤随机激光器，解决了以往调Q锁模激光器的脉冲重频对应确定的腔长，脉冲频率单一且可调范围窄的技术难题。
[0004]为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案:
一种调Q多重频锁模光纤随机激光器，该调Q多重频锁模光纤随机激光器包括:
栗浦光源，用于产生栗浦光；
光纤全反镜，用于对光纤随机激光器提供全反射，具有一个光纤输出端a，所述光纤全反镜位于光纤随机激光器的一端；
耦合器，用于分离部分光波作为输出，具有光纤接头d、光纤接头e及光纤接头f，所述光纤接头e作为光纤随机激光器的激光输出口输出随机激光；
可饱和吸收体，用于提供可饱和吸收对输出随机激光进行调Q锁模，具有光纤接头b和光纤接头C，所述光纤接头b与所述光纤输出端a连接，所述光纤接头c与所述光纤接头d连接；
偏振控制器，用于对栗浦光的偏振态进行控制并优化输出的随机激光，具有光纤接头g和光纤接头h，所述光纤接头g与所述光纤接头f连接；
波分复用器，用于引入栗浦光并为随机激光输出提供增益，具有光纤接头1、光纤接头j及光纤接头k，所述光纤接头i连接所述栗浦光源，所述光纤接头j连接所述光纤接头h;
有源光纤，连接所述光纤接头k，注入波分复用器的栗浦光被引入有源光纤可产生激光增益，所述有源光纤的尾端具有随机分布光纤布拉格光栅串结构；
所述随机分布光纤布拉格光栅串结构位于光纤随机激光器的另一端，包括多个随机分布的光纤光栅，所述多个光纤光栅形成多个一维光局域谐振腔，所述多个一维光局域谐振腔均支持具有随机谐振频率的光波模式;所述随机分布光纤布拉格光栅串结构与所述光纤全反镜构成线性腔结构，线性腔结构支持多个低频的光波模式。
[0005]作为本发明的第一个优化方案，所述耦合器的光纤接头d、光纤接头e及光纤接头f分别对SM%、N%^ 100%的耦合端，
其中，
N+M=100，且 N小于M。
[0006]作为本发明的第二个优化方案，所述光纤光栅的中心波长为1550nm，反射率为1%?5%，且任意两个相邻的光纤光栅的空间间隔在I?8毫米之间。
[0007 ]作为本发明的第三个优化方案，所述栗浦光的波长为1480nm、980nm或830nm。
[0008]作为本发明的第四个优化方案，所述有源光纤选用掺饵光纤、掺镱光纤或掺铥光纤中的其中一种。
[0009]作为第四个优化方案的进一步优化，所述有源光纤是单包层光纤或双包层有源光纤。
[0010]作为本发明的第五个优化方案，所述可饱和吸收体包括石墨烯、碳纳米管、半导体可饱和吸收镜、黑磷、二硫化钨、二硫化钼及碲化铋可饱和吸收体。
[0011]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
1、本发明通过在掺杂光纤中刻写分布式或相移布拉格光栅形成随机谐振腔结构，具有模式特性，从而实现相干随机激光的模式锁定，可以结合被动可饱和吸收效应实现调Q锁模，获得随机激光的脉冲输出。
[0012]2、本发明随机谐振腔结构引入的随机反馈及光子局域效应，使激光输出具有多个模式可能，此外可以在线性腔谐振产生低频锁模脉冲的同时，产生多个高阶谐波子脉冲，即可以在很宽频率的范围内获得多个频率的脉冲，且脉冲的重复频率同时有高频和低频，而传统典型的调Q锁模激光器的脉冲重频对应确定的腔长，脉冲频率单一且可调范围窄。
【附图说明】
[0013]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0014]图1所示为本发明的结构示意图。
[0015]图2所示为本发明的时域脉冲序列图。
[0016]图3所示为本发明单个调Q脉冲及高阶谐波子脉冲锁模图。
[0017]图中的标记分别表示为:1、光纤全反镜;2、可饱和吸收体;3、耦合器;4、偏振控制器;5、栗浦光源;6、波分复用器;7、有源光纤;8、随机分布光纤布拉格光栅串结构;9、激光输出口。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
[0019]如图1所示的调Q多重频锁模光纤随机激光器，该调Q多重频锁模光纤随机激光器包括: 栗浦光源5，用于产生栗浦光波；
光纤全反镜1，用于对光纤随机激光器提供全反射，具有一个光纤输出端a，所述光纤全反镜I位于光纤随机激光器的一端；
耦合器3，用于分离部分光波作为输出，具有光纤接头d、光纤接头e及光纤接头f，所述光纤接头e作为光纤随机激光器的激光输出口 9输出随机激光；
可饱和吸收体2，用于提供可饱和吸收对输出随机激光进行调Q锁模，具有光纤接头b和光纤接头C，所述光纤接头b与所述光纤输出端a连接，所述光纤接头c与所述光纤接头d连接；
偏振控制器4，用于对栗浦光波的偏振态进行控制并优化输出的随机激光，具有光纤接头g和光纤接头h，所述光纤接头g与所述光纤接头f连接；
波分复用器6，用于引入栗浦光波并为随机激光输出提供增益，具有光纤接头1、光纤接头j及光纤接头k，所述光纤接头i连接所述栗浦光源，所述光纤接头j连接所述光纤接头h;
有源光纤7，连接所述光纤接头k，注入波分复用器6的栗浦光被引入有源光纤7可产生激光增益，所述有源光纤7的尾端具有随机分布光纤布拉格光栅串结构8;
所述随机分布光纤布拉格光栅串结构8位于光纤随机激光器的另一端，包括多个随机分布的光纤光栅，所述多个光纤光栅形成多个一维光局域谐振腔，所述多个一维光局域谐振腔均支持具有随机谐振频率的光波模式;所述随机分布光纤布拉格光栅串结构8与所述光纤全反镜I构成线性腔结构，线性腔结构支持多个低频的光波模式。
[0020]所述耦合器3的光纤接头d、光纤接头e及光纤接头f分别对&Μ%、Ν%及100%的耦合端，
其中，
N+M=100，且 N小于M。
[0021 ] 所述光纤光栅的中心波长为1550 nm，反射率为1%?5%，且任意两个相邻的光纤光栅的空间间隔在I?8毫米之间。
[0022 ] 所述栗浦光波的波长为1480nm、980nm或830nm。
[0023]所述有源光纤7选用掺饵光纤、掺镱光纤或掺铥光纤中的其中一种。
[0024]所述有源光纤7是单包层光纤或双包层有源光纤。
[0025]所述可饱和吸收体2包括石墨烯、碳纳米管、半导体可饱和吸收镜、黑磷、二硫化钨、二硫化钼及碲化铋可饱和吸收体。
[0026]本发明激光器整体的工作原理是:由光纤全反镜I和随机分布光纤布拉格光栅串构成的线性谐振腔支持多个低频的光波模式，同时，随机分布光纤布拉格光栅串本身的光局域化效应支持多个高频的光波模式；当通过栗浦光引入增益时，部分低频和高频的光波模式将激射出激光，产生的激光模式通过模式共振及可饱和吸收体的共同作用可实现模式锁定，输出在时域呈脉冲及子脉冲的形式。
[0027]本实施例的随机谐振频率的光波模式与所述多个低频的光波模式，通过模式竞争并结合所述可饱和吸收体的可饱和吸收效应，实现特定随机模式及高次谐波的锁定，进而在调Q机制下实现宽重频范围的多频率锁模激光脉冲。
[0028]本实施例具有模式特性，可以结合被动可饱和吸收效应实现调Q锁模，获得随机激光的脉冲输出。随机结构引入的随机反馈及光子局域效应，使激光输出具有多个模式可能，此外可以在线性腔谐振产生低频锁模脉冲的同时，产生多个高阶谐波子脉冲，即可以在很宽频率的范围内获得多个频率的脉冲，且脉冲的重复频率同时有高频和低频，而传统典型的调Q锁模激光器的脉冲重频对应确定的腔长，脉冲频率单一且可调范围窄。
[0029]下面，结合具体数据对本发明做进一步的详细说明。
[0030]图1所示为一种调Q多重频锁模光纤随机激光器100。该调Q多重频锁模光纤随机激光器100包括光纤全反镜1、可饱和吸收体2、耦合器3、偏振控制器4、栗浦光源5、波分复用器6及有源光纤7。
[0031]有源光纤7采用掺饵光纤(EDF)，全反镜I采用光纤点式反射镜，可饱和吸收体2采用石墨烯。
[0032]其中，栗浦光源5产生栗浦光，所述栗浦光的波长为1480nm或者980nm。波分复用器(WDM)6包括1480nm或980nm端，com端和1550nm端，1480nm或980nm端对应光纤接头i连接，com端对应光纤接头k连接，波分复用器6的1480nm或980nm端与栗浦光源5相连，将栗浦光引入有源光纤7。波分复用器6的com端与有源光纤7相连，将所述栗浦光耦合到有源光纤7，提供激光增益。
[0033]有源光纤7的尾部设置随机分布光纤布拉格光栅串结构8。光纤光栅串包括20个光纤光栅?861、？862"中8611、？8611+卜平8620，每个光纤光栅的反射率为1%~5%之间两个相邻光纤光栅的空间间隔在I?8晕米之间随机分布，中心波长为1550 nm。
[0034]光纤光栅串自身形成多个一维光局域谐振腔，同时光纤光栅串又与光纤全反镜I之间形成线性腔，所有这些谐振模式通过增益竞争、饱和吸收以及模式共振共同作用实现最终的调Q多重频锁模脉冲输出，实现的锁模脉冲同时具有低重频和高重频的成分，且不同调Q周期内获得的锁模脉冲的重复频率会分布在较宽的频带内，形成的激光最终在耦合器的一端输出。
[0035]耦合器3的输出口中，光纤接头d和光纤接头f为光输出率99%的输出口，光纤接头e为光输出率1%的输出口，光纤接头d连接可饱和吸收体2的光纤接头c，形成的多重频锁模脉冲激光在耦合器3的光纤接头e端口输出，
可饱和吸收体2对多个谐振模式进行选择、调Q和锁模，提高激光器输出动态的可控性和稳定性。
[0036]综上所述，栗浦光源5发出的栗浦光通过波分复用器6注入有源光纤7;随机分布光纤布拉格光栅串结构8的光纤光栅串自身及其与光纤全反镜I形成的随机谐振腔对栗浦光产生的自发辐射光进行放大、反馈，形成多个随机谐振模式;不同谐振模式经偏振控制器和可饱和吸收体选择和规整，形成调Q多重频锁模脉冲激光，由耦合器3的光纤接头e端口输出。
[0037]图2所示为图1中的调Q多重频锁模光纤随机激光器100的时域脉冲序列图。从图中可以看到，随着栗浦功率的增大，脉冲的宽度变窄，重复频率变高。
[0038]图3所示为图1中的单个调Q脉冲及高阶谐波子脉冲锁模图。低频锁模脉冲对应于随机光纤光栅串与光纤反射镜组成的线性腔的模式锁定，高频子脉冲对应随机光纤光栅串局域化模式的锁定，高频子脉冲重频是低频脉冲的整数倍，反映了局域化模式与高阶线性腔模式的共振，即可同时观测到高频和低频的锁模脉冲序列。同时，不同调Q周期内形成的锁模脉冲和子脉冲重频可出现在较宽的频带内，即可以在不改变激光器结构的情况下获得的宽频带范围内的多重频率锁模脉冲，从而克服随机激光器难以实现锁模脉冲的难题，并弥补传统光纤锁模激光器脉冲重频可调范围窄的缺点，为激光加工及信息光学提供优质光源。
[0039]如上所述即为本发明的实施例。前文所述为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种调Q多重频锁模光纤随机激光器，其特征在于:该调Q多重频锁模光纤随机激光器包括: 栗浦光源(5)，用于产生栗浦光； 光纤全反镜(I)，用于对光纤随机激光器提供全反射，具有一个光纤输出端a，所述光纤全反镜(I)位于光纤随机激光器的一端； 耦合器(3)，用于分离部分光波作为输出，具有光纤接头d、光纤接头e及光纤接头f，所述光纤接头e作为光纤随机激光器的激光输出口(9)输出随机激光； 可饱和吸收体(2)，用于提供可饱和吸收对输出随机激光进行调Q锁模，具有光纤接头b和光纤接头C，所述光纤接头b与所述光纤输出端a连接，所述光纤接头c与所述光纤接头d连接； 偏振控制器(4)，用于对栗浦光的偏振态进行控制并优化输出的随机激光，具有光纤接头g和光纤接头h，所述光纤接头g与所述光纤接头f连接； 波分复用器(6)，用于引入栗浦光并为随机激光输出提供增益，具有光纤接头1、光纤接头j及光纤接头k，所述光纤接头i连接所述栗浦光源，所述光纤接头j连接所述光纤接头h; 有源光纤(7)，连接所述光纤接头k，注入波分复用器(6)的栗浦光被引入有源光纤(7)可产生激光增益，所述有源光纤(7)的尾端具有随机分布光纤布拉格光栅串结构(8); 所述随机分布光纤布拉格光栅串结构(8 )位于光纤随机激光器的另一端，包括多个随机分布的光纤光栅，所述多个光纤光栅形成多个一维光局域谐振腔，所述多个一维光局域谐振腔均支持具有随机谐振频率的光波模式;所述随机分布光纤布拉格光栅串结构(8)与所述光纤全反镜(I)构成线性腔结构，线性腔结构支持多个低频的光波模式。2.根据权利要求1所述的调Q多重频锁模光纤随机激光器，其特征在于，所述耦合器(3)的光纤接头d、光纤接头e及光纤接头f分别对&Μ%、Ν%及100%的耦合端， 其中， N+M=100，且 N小于M。3.根据权利要求1所述的调Q多重频锁模光纤随机激光器，其特征在于，所述光纤光栅的中心波长为1550 nm，反射率为1%?5%，且任意两个相邻的光纤光栅的空间间隔在I?8毫米之间。4.根据权利要求1所述的调Q多重频锁模光纤随机激光器，其特征在于，所述栗浦光的波长为 1480nm、980nm 或 830nmo5.根据权利要求1所述的调Q多重频锁模光纤随机激光器，其特征在于，所述有源光纤(7)选用掺饵光纤、掺镱光纤或掺铥光纤中的其中一种。6.根据权利要求5所述的调Q多重频锁模光纤随机激光器，其特征在于，所述有源光纤(7)是单包层光纤或双包层有源光纤。7.根据权利要求1所述的调Q多重频锁模光纤随机激光器，其特征在于，所述可饱和吸收体(2)包括石墨烯、碳纳米管、半导体可饱和吸收镜、黑磷、二硫化钨、二硫化钼及碲化铋可饱和吸收体。
【文档编号】H01S3/067GK105826803SQ201610336724
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年5月20日
【发明人】张伟利, 马瑞, 曾雄, 饶云江
【申请人】电子科技大学