一种基于反谐振空芯光纤的激光器

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种基于反谐振空芯光纤的激光器。

背景技术

光纤作为柔性波导，体积小、成本低，在进行光传输时无需准直，输出光束质量高。和传统的固体激光器相比，光纤激光器主要具有以下优势：1.结构紧凑，并且可以集成化进一步减小激光器的体积；2.可以规避空间光路元件易受到环境影响(如机械振动等)的劣势；3.输出光束的横模主要由光纤的模场限制，可以保证输出光斑的圆度，即输出光斑质量有天然优势。因此光纤激光器鲁棒性强，适合在工业、医学等领域长时间免维护使用，是激光领域的热点研究方向之一。

在激光整形、精密加工等医学、工业领域应用中，对高能超短激光脉冲器的需求很大。超短脉冲激光的脉冲宽度为皮秒(ps)或飞秒(fs)量级，单脉冲能量的范围从接近百纳焦耳级延伸至毫焦耳级。市面上常见的超短脉冲光纤激光器，其脉冲重复频率一般在40-80MHz之间，若输出的脉冲能量放大至微焦耳级，则平均功率至少为40W，会显著增加激光器的发热，容易导致光纤或光路器件损坏，从而带来高额的研发与维护成本。为了提升单脉冲能量，同时避免平均功率过高导致的热效应与光纤、光路器件损坏，需要将脉冲的重复频率降低。例如若重复频率降低至5MHz以下，激光器达到微焦耳级别单脉冲能量仅需平均功率达到5W。

传统的脉冲降频方法是在振荡器结构与放大级之间，使用声光或电光调制器等模块组成光开关，对脉冲在时域上进行选择性透过，以降低脉冲的重复频率，然后对降频的脉冲进行放大。但这种方法不仅增加了光学元件数量和系统复杂性，而且会提高成本。因此，如何使激光器在实现降低脉冲重复频率、提高单脉冲能量时，简化结构、降低成本，是本领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明提供一种基于反谐振空芯光纤的激光器，用以解决现有技术中用于降低脉冲重复频率的结构存在复杂、成本较高的缺陷。

本发明提供一种基于反谐振空芯光纤的激光器，包括：

第一泵浦源；

振荡器结构，所述振荡器结构包括第一增益光纤以及与所述第一增益光纤连接的反谐振空芯光纤，所述第一泵浦源与所述第一增益光纤连接，所述反谐振空芯光纤用于过滤激光中预设波段的光波以及降低激光脉冲的重复频率。

根据本发明提供的一种基于反谐振空芯光纤的激光器，所述反谐振空芯光纤有两条，分别为第一反谐振空芯光纤以及第二反谐振空芯光纤，所述第一反谐振空芯光纤的第一通带与所述第二反谐振空芯光纤的第二通带不重叠。

根据本发明提供的一种基于反谐振空芯光纤的激光器，所述振荡器结构还包括第一光合件、光纤式隔离器以及无源光纤，所述第一光合件用于合并光波，所述第一光合件的输入端分别与所述第一泵浦源以及所述第一反谐振空芯光纤的一端连接，所述第一光合件的输出端、所述第一增益光纤、所述第二反谐振空芯光纤、所述光纤式隔离器、所述无源光纤以及所述第一反谐振空芯光纤的另一端依次连接。

根据本发明提供的一种基于反谐振空芯光纤的激光器，还包括第二泵浦源，所述振荡器结构还包括第一光合件、第二光合件、光纤式隔离器以及第二增益光纤，所述第一光合件的输入端分别与所述第一泵浦源以及所述第一反谐振空芯光纤的一端连接，所述第一光合件的输出端、所述第一增益光纤、所述第二反谐振空芯光纤以及所述光纤式隔离器的输入端依次连接，所述第二光合件的输入端分别与所述第二泵浦源以及所述光纤式隔离器的输出端连接，所述第二光合件的输出端、所述第二增益光纤以及所述第一反谐振空芯光纤的另一端连接。

根据本发明提供的一种基于反谐振空芯光纤的激光器，所述振荡器结构还包括第一光合件、第一单模光纤、第二单模光纤、第一准直器、第二准直器、透过调节组件、空间光隔离器以及偏振分束器，所述第一光合件的输入端分别与所述第一泵浦源以及所述反谐振空芯光纤的一端连接，所述第一光合件的输出端、所述第一增益光纤、所述第一单模光纤以及所述第一准直器的输入端依次连接，所述第一准直器的输出端朝向所述透过调节组件以使得所述第一准直器输出的激光依次经过所述透过调节组件、所述空间光隔离器、所述偏振分束器并且射入所述第二准直器的输入端，所述第二准直器的输出端、所述第二单模光纤以及所述反谐振空芯光纤的另一端依次连接，所述透过调节组件用于调整不同偏振态激光的透过率。

根据本发明提供的一种基于反谐振空芯光纤的激光器，所述透过调节组件包括二分之一波片、第一四分之一波片以及第二四分之一波片，所述二分之一波片位于所述第一准直器与所述空间光隔离器之间，所述第一四分之一波片位于所述二分之一波片与所述第一准直器之间，所述第二四分之一波片位于所述偏振分束器以及所述第二准直器之间，所述第一准直器输出的激光依次经过所述第一四分之一波片、所述二分之一波片、所述空间光隔离器、所述偏振分束器、所述第二四分之一波片并且射入所述第二准直器的输入端。

根据本发明提供的一种基于反谐振空芯光纤的激光器，所述反谐振空芯光纤的通带中心波长根据以下公式计算：

其中，m为反谐振的阶数；n

根据本发明提供的一种基于反谐振空芯光纤的激光器，所述振荡器结构呈环形，激光脉冲的重复频率根据下述公式计算：

其中，f

或者，所述振荡器结构呈线形，激光脉冲的重复频率根据下述公式计算：

其中，f

根据本发明提供的一种基于反谐振空芯光纤的激光器，所述第一增益光纤产生的激光脉冲波长包括1040nm，所述第一反谐振空芯光纤的中心波长为1070nm并且通带的10dB带宽为20nm，所述第二反谐振空芯光纤的中心波长为1010nm并且通带的10dB带宽为20nm，所述第一反谐振空芯光纤的长度与所述第二反谐振空芯光纤的长度均大于等于20m。

根据本发明提供的一种基于反谐振空芯光纤的激光器，所述反谐振空芯光纤的中心波长为1040nm并且通带的3dB带宽为15nm，所述反谐振空芯光纤的长度大于等于40m。

本发明提供的一种基于反谐振空芯光纤的激光器，至少具有以下技术效果：第一泵浦源提供能量，使得第一增益光纤中的工作介质吸收能量，上转换为激发态，产生自发辐射光，进而在振荡器结构中循环传播反复经过第一增益光纤进行放大，产生受激辐射光，即激光。振荡器结构包括有反谐振空芯光纤，反谐振空芯光纤的结构具备带通滤波性能，将其通带设计为与目标脉冲激光的波段相适应，利用反谐振空芯光纤过滤激光中预设波段的光波，可产生可饱和吸收效应，生成锁模的超短脉冲激光；或配合其他光学器件产生的可饱和吸收效应，生成锁模的超短脉冲激光。此外，反谐振空芯光纤引入的色散和非线性较小，在振荡器结构中可帮助增加腔长，而不影响乃至帮助振荡器结构产生锁模的脉冲激光，有助于降低脉冲的重复频率，从而提高单脉冲能量。该方法无需使用声光或电光调制器等光开关，有利于简化结构以及降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种基于反谐振空芯光纤的激光器其中一种实施例的结构示意图；

图2是本发明提供的一种基于反谐振空芯光纤的激光器另一种实施例的结构示意图；

图3是本发明提供的一种基于反谐振空芯光纤的激光器又一种实施例的结构示意图；

图4是本发明提供的一种基于反谐振空芯光纤的激光器其中一种实施例的激光脉冲演化图；

图5是本发明提供的一种基于反谐振空芯光纤的激光器另一种实施例的激光脉冲演化图。

附图标记：

第一泵浦源100；第一增益光纤200；振荡器结构300；反谐振空芯光纤310；第一反谐振空芯光纤311；第二反谐振空芯光纤312；第一光合件320；光纤式隔离器331；空间光隔离器332；无源光纤340；第二光合件350；第二增益光纤360；第一单模光纤372；第二单模光纤373；第一准直器374；第二准直器375；偏振分束器376；透过调节组件380；二分之一波片381；第一四分之一波片382；第二四分之一波片383；第二泵浦源400。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1-图3描述本发明的一种基于反谐振空芯光纤的激光器，包括：

第一泵浦源100；

第一增益光纤200，所述第一泵浦源100与所述第一增益光纤200连接；

振荡器结构300，所述振荡器结构300包括第一增益光纤200以及与所述第一增益光纤200连接的反谐振空芯光纤310，所述第一泵浦源100与所述第一增益光纤200连接，所述反谐振空芯光纤310用于过滤激光中预设波段的光波以及降低脉冲的重复频率。

第一泵浦源100提供能量，使得第一增益光纤200中的工作介质吸收泵浦源的光子，上转换为激发态，经过弛豫后发出自发辐射光。自发辐射光在振荡器结构300中循环放大即可形成激光，此后激光在振荡器结构300中传播反复经过第一增益光纤200进行放大，并与振荡器结构300中的损耗形成动态平衡。此时振荡器结构300中循环的激光包含随机脉冲，根据能量分为强随机脉冲与弱随机脉冲。

上述随机脉冲在增益光纤、无源光纤传播时，会发生例如自相位调制(self-phasemodulation,SPM)的非线性效应，非线性效应使得随机脉冲对应的光谱会展宽。非线性效应与光强呈正相关性，因此强随机脉冲产生的非线性效应明显强于弱随机脉冲，其光谱展宽较为明显。

在振荡器结构300中传播的过程中，反谐振空芯光纤310将激光中预设波段的光波过滤。参考图4和图5，强随机脉冲由于在振荡器结构300中传播时，光谱明显展宽，可以连续通过2段通带互不重叠的反谐振空芯光纤310，达到循环再生放大的效果；而弱随机脉冲由于在振荡器结构300中传播时，光谱无法明显展宽，因此不能连续通过2段通带互不重叠的反谐振空芯光纤310。上述效果使得强随机脉冲越来越强，且脉冲宽度越来越窄，峰值功率越来越高；而弱随机脉冲会被截止无法循环传播。这样即形成了等效的可饱和吸收体，使振荡器结构300产生锁模的超短脉冲激光。

此外反谐振空芯光纤310引入的色散和非线性较小，在振荡器结构300中可帮助增加腔长，而不影响乃至帮助振荡器结构300产生锁模的脉冲激光。由于激光脉冲的重复频率与振荡器结构300的长度为反比关系，因而使用较长的反谐振空芯光纤有助于降低脉冲的重复频率，从而提高单脉冲能量。该方式无需使用声光或电光调制器等光开关，有利于简化结构以及降低成本。

反谐振空芯光纤310(HC-ARF)主要包括围绕纤芯区域排列的中空毛细玻璃管，纤芯内介质通常为空气，也可充入其他气体，如氩气、乙烷等。与传统的实芯石英光纤相比，光在空芯光纤中传输能有效降低时延，并且光在空芯中传播时色散(色散会导致脉冲坍塌)较低，非线性也较低，几乎等同于在气体中传输。例如中心波段为1040nm的反谐振空芯光纤310群速度色散(GVD)可低至1fs

光波在反谐振空芯光纤310中传播时，反谐振空芯光纤310的剖面结构可以看作为法布里-珀罗谐振腔，当光波的频率与反谐振空芯光纤310的谐振频率条件匹配时，光波沿横向泄漏，导致该频率的光波无法在反谐振空芯光纤310中传输；而当光波的频率与反谐振空芯光纤310的反谐振频率条件匹配时，光波被限制在反谐振空芯光纤310中，继续进行传播。

反谐振空芯光纤310中反谐振频率条件为：

其中，m为反谐振的阶数；n

在本发明的一些实施例中，振荡器结构300可以是呈环形，激光脉冲在环形腔中循环传播，在经过第一增益光纤200时放大；在一些实施例中，振荡器结构300可以是呈线形，呈线形的振荡器结构300一般包括两片镜片，其中一片为全反射镜，另一片为部分反射镜，也称为输出镜。第一增益光纤200在两片镜片之间，激光脉冲在两块镜片之间反射经过第一增益光纤200时放大。在本发明的一些实施例中，第一增益光纤200为掺镱光纤。

参考图1和图2，在本发明一种基于反谐振空芯光纤的激光器的一些实施例中，所述反谐振空芯光纤310有两条分别为第一反谐振空芯光纤311以及第二反谐振空芯光纤312，所述第一反谐振空芯光纤311的第一通带与所述第二反谐振空芯光纤312的第二通带不重叠。

随机脉冲在增益光纤、无源光纤传播时，会发生例如自相位调制的非线性效应，非线性效应使得随机脉冲对应的光谱会展宽。非线性效应与光强呈正相关性，因此强随机脉冲产生的非线性效应明显强于弱随机脉冲，其光谱展宽较为明显。

在振荡器结构300中传播的过程中，反谐振空芯光纤310将激光中预设波段的光波过滤。参考图4和图5，强随机脉冲由于在振荡器结构300中传播时，光谱明显展宽，可以连续通过通带互不重叠的第一反谐振空芯光纤311以及第二反谐振空芯光纤312，达到循环再生放大的效果；而弱随机脉冲由于在振荡器结构300中传播时，光谱无法明显展宽，因此不能连续通过通带互不重叠的第一反谐振空芯光纤311以及第二反谐振空芯光纤312。上述效果使得强随机脉冲越来越强，且脉冲宽度越来越窄，峰值功率越来越高；而弱随机脉冲会被截止无法循环传播。这样即形成了等效的可饱和吸收体，使振荡器结构300产生锁模的超短脉冲激光。

综上，通过设置有第一反谐振空芯光纤311以及第二反谐振空芯光纤312，并且两者对应的第一通带与第二通带不重叠，能够滤除弱随机脉冲，使得振荡器结构300中只有光强足够并且波长合适的强随机脉冲进行循环传播放大，进而形成可饱和吸收效应，生成锁模脉冲激光。

第一通带可以通过第一反谐振空芯311的第一中心波长以及第一带宽进行描述，例如第一中心波长为1070nm并且透过率衰减10dB的带宽为20nm。同理，第二通带可以通过第二反谐振空芯光纤312的第二中心波长以及第二带宽描述。

第一反谐振空芯311的第一中心波长、第二反谐振空芯光纤312的第二中心波长可以是通过上述反谐振频率条件对应的公式进行计算设计，第一反谐振空芯311的第一通带、第二反谐振空芯光纤312的第二通带设计为与目标脉冲激光的波段相适应且互不重叠，即根据目标脉冲激光的波段，设计第一反谐振空芯311与第二反谐振空芯312的结构，令目标脉冲激光的波段位于第一中心波长、第二中心波长或第一中心波长与第二中心波长之间。

参考图1，在本发明一种基于反谐振空芯光纤的激光器的一些实施例中，所述振荡器结构300还包括第一光合件320、光纤式隔离器331以及无源光纤340，所述第一光合件320用于合并光波，所述第一光合件320的输入端分别与所述第一泵浦源100以及所述第一反谐振空芯光纤311的一端连接，所述第一光合件320的输出端、所述第一增益光纤200、所述第二反谐振空芯光纤312、所述光纤式隔离器331、所述无源光纤340以及所述第一反谐振空芯光纤311的另一端依次连接。

第一光合件320、第一增益光纤200、第二反谐振空芯光纤312、光纤式隔离器331、无源光纤340、第一反谐振空芯光纤311依次连接形成环形振荡器结构300，第一泵浦源100与第一光合件320的输入端连接，以将产生的泵浦光传播至第一增益光纤200，第一增益光纤200吸收泵浦源的光子，上转换为激发态，经过弛豫后发出自发辐射光。自发辐射光在振荡器结构300中循环放大即可形成激光，此后激光在振荡器结构300中传播反复经过第一增益光纤200进行放大，并与振荡器结构300中的损耗形成动态平衡。此时振荡器结构300中循环的激光包含随机脉冲，根据能量分为强随机脉冲与弱随机脉冲。

上述随机脉冲在第一增益光纤200、无源光纤340传播时，会发生例如自相位调制的非线性效应，非线性效应使得随机脉冲对应的光谱会展宽。非线性效应与光强呈正相关性，因此强随机脉冲产生的非线性效应明显强于弱随机脉冲，其光谱展宽较为明显。

在振荡器结构300中传播的过程中，反谐振空芯光纤310将激光中预设波段的光波过滤。参考图4，强随机脉冲由于在振荡器结构300中传播时，光谱明显展宽，可以连续通过通带互不重叠的第一反谐振空芯光纤311以及第二反谐振空芯光纤312，达到循环再生放大的效果；而弱随机脉冲由于在振荡器结构300中传播时，光谱无法明显展宽，因此不能连续通过通带互不重叠的第一反谐振空芯光纤311以及第二反谐振空芯光纤312。上述效果使得强随机脉冲越来越强，且脉冲宽度越来越窄，峰值功率越来越高；而弱随机脉冲会被截止无法循环传播。这样即形成了等效的可饱和吸收体，使振荡器结构300产生锁模的超短脉冲激光。

参考图4，激光脉冲在第一增益光纤200中放大并且发生自相位调制效应而展宽，激光脉冲经过第二反谐振空芯光纤312的过滤去除部分频率的光波，然后经过无源光纤340，激光脉冲在无源光纤340中再次发生自相位调制效应而展宽，经过第一反谐振空芯光纤311的过滤去除部分频率的光波，激光脉冲剩余的光波经过第一增益光纤200的放大和展宽后再次循环。

第一光合件320具体可以是合束器或波分复用器。

参考图2，在本发明一种基于反谐振空芯光纤的激光器的一些实施例中，还包括第二泵浦源400，所述振荡器结构300还包括第一光合件320、第二光合件350、光纤式隔离器331以及第二增益光纤360，所述第一光合件320的输入端分别与所述第一泵浦源100以及所述第一反谐振空芯光纤311的一端连接，所述第一光合件320的输出端、所述第一增益光纤200、所述第二反谐振空芯光纤312以及所述光纤式隔离器331的输入端依次连接，所述第二光合件350的输入端分别与所述第二泵浦源400以及所述光纤式隔离器331的输出端连接，所述第二光合件350的输出端、所述第二增益光纤360以及所述第一反谐振空芯光纤311的另一端连接。

作为另一种实施方式，第一光合件320、第一增益光纤200、第二反谐振空芯光纤312、光纤式隔离器331、第二光合件350、第二增益光纤360、第一反谐振空芯光纤311依次连接形成环形振荡器结构300，第一泵浦源100与第一光合件320的输入端连接，以输出能量将第一增益光纤200激发为激发态，第二泵浦源400与第二光合件350的输入端连接以输出能量将第二增益光纤360激发为激发态。振荡器结构300形成锁模的超短脉冲激光的过程与图1所示的实施例类似。参考图5，激光脉冲在第一增益光纤200中放大并且展宽，经过第二反谐振空芯光纤312过滤部分频率的光波，然后在第二增益光纤360中放大并且展宽，经过第一反谐振空芯光纤311过滤部分频率的光波后重新回到第一增益光纤200形成循环。以此，激光脉冲每次过滤前都会经过放大，相较于采用无源光纤340的结构，采用第二增益光纤360的结构，能够适应单个激光脉冲的光强不足以经过两次展宽和过滤的情况，即激光脉冲的功率峰值相对较低的情况，同时能够产生锁模的超短脉冲激光。

第二光合件350具体可以是合束器或波分复用器。

在上述采用无源光纤340的实施例以及采用第二光合件350、第二泵浦源400以及第二增益光纤360的实施例中，光纤式隔离器331用于确保激光在振荡器结构300中的单向运转。为了输出激光，可以在环形振荡器结构300中合适的位置，如第二反谐振空芯光纤312后、光纤式隔离器331后或第一反谐振空芯光纤311后设置耦合器、分光器等器件，将振荡器结构300中的激光脉冲输出至振荡器结构300外部。第一泵浦源100可以是通过多模光纤、单模光纤等与第一光合件320的输入端连接，第二泵浦源400可以是通过多模光纤、单模光纤等、与第二光合件350的输入端连接。

参考图3，在本发明一种基于反谐振空芯光纤的激光器的一些实施例中，所述振荡器结构300还包括第一光合件320、第一单模光纤372、第二单模光纤373、第一准直器374、第二准直器375、透过调节组件380、空间光隔离器332以及偏振分束器376，所述第一光合件320的输入端分别与所述第一泵浦源100以及所述反谐振空芯光纤310的一端连接，所述第一光合件320的输出端、所述第一增益光纤200、所述第一单模光纤372以及所述第一准直器374的输入端依次连接，所述第一准直器374的输出端朝向所述透过调节组件380以使得所述第一准直器374输出的激光脉冲依次经过所述透过调节组件380、所述空间光隔离器332、所述偏振分束器376并且射入所述第二准直器375的输入端，所述第二准直器375的输出端、所述第二单模光纤373以及所述反谐振空芯光纤310的另一端依次连接，所述透过调节组件380用于调整不同偏振态激光的透过率。

作为又一种实施例，第一光合件320、第一增益光纤200、第一单模光纤372、第一准直器374、透过调节组件380、空间光隔离器332、偏振分束器376、第二准直器375、第二单模光纤373、反谐振空芯光纤310构成环形振荡器结构300，第一泵浦源100与第一光合件320的输入端连接，第一泵浦源100产生泵浦光传播至第一增益光纤200，第一增益光纤200吸收泵浦源的光子，上转换为激发态，经过弛豫后发出自发辐射光。自发辐射光在振荡器结构300中循环放大即可形成激光，此后激光在振荡器结构300中传播反复经过第一增益光纤200进行放大，并与振荡器结构300中的损耗形成动态平衡。此时振荡器结构300中循环的激光包含随机脉冲，根据能量分为强随机脉冲与弱随机脉冲。强随机脉冲在第一增益光纤200、第一单模光纤372、第二单模光纤373中产生明显的非线性效应而偏振方向发生旋转，在经过透过调节组件380时，强随机脉冲对应的偏振方向透过率高；而弱随机脉冲在第一增益光纤200、第一单模光纤372、第二单模光纤373中无法产生明显的非线性效应，因此偏振方向未发生旋转，在经过透过调节组件380时，弱随机脉冲对应的偏振方向透过率低。上述效果使得强随机脉冲越来越强，且脉冲宽度越来越窄，峰值功率越来越高；而弱随机脉冲会被截止无法循环传播。这样即形成了等效的可饱和吸收体，使振荡器结构300产生锁模的超短脉冲激光。

由第一光合件320、第一增益光纤200、第一单模光纤372、第一准直器374、透过调节组件380、空间光隔离器332、偏振分束器376、第二准直器375、第二单模光纤373、反谐振空芯光纤310构成的环形振荡器结构300，在大约1310nm以下波段为全正色散腔(通常石英光纤的零色散波长约为1310nm，小于该波长的光在其中传播会表现正色散)。通常在全正色散腔内，需要添加空间式或光纤式带通滤波器，以抑制光谱过度展宽和脉冲在时域的坍塌效应，帮助振荡器结构300产生稳定的锁模超短脉冲激光。在全正色散腔中使用反谐振空芯光纤310，可以利用反谐振空芯光纤310的带通滤波作用，抑制光谱过度展宽和脉冲在时域的坍塌效应，帮助振荡器结构300产生稳定锁模的超短脉冲激光，并且无需采用传统的空间式或光纤式带通滤波器，有利于简化结构，降低实施成本。

参考图3，在本发明一种基于反谐振空芯光纤的激光器的一些实施例中，所述透过调节组件380包括二分之一波片381、第一四分之一波片382以及第二四分之一波片383，所述二分之一波片381位于所述第一准直器374与所述空间光隔离器332之间，所述第一四分之一波片382位于所述二分之一波片381与所述第一准直器374之间，所述第二四分之一波片383位于所述偏振分束器376以及所述第二准直器375之间，所述第一准直器374输出的激光依次经过所述第一四分之一波片382、所述二分之一波片381、所述空间光隔离器332、所述偏振分束器376、所述第二四分之一波片383并且射入所述第二准直器375的输入端。

通过调节二分之一波片381以及第一四分之一波片382的旋转角度，较强且偏振方向发生旋转后与透过调节组件380、偏振分束器376匹配的随机脉冲透过率高，较弱的随机脉冲偏振方向未发生偏转，与透过调节组件380、偏振分束器376不匹配因而透过率低，从而形成等效的可饱和吸收体，达到透过率调节的效果，使得透过的强随机脉冲在振荡器结构300内多次循环后，产生稳定锁模的超短脉冲激光。激光脉冲从第一准直器374出射时为椭圆偏振光，经过第一四分之一波片382时会由椭圆偏振光转变为线偏振光；经过二分之一波片381时，线偏振态的方向发生旋转，以匹配偏振分束器376的偏振方向选择；经过偏振分束器376后为水平偏振光；经过第二四分之一波片383时，水平线偏振光还原为椭圆偏振光，进入第二准直器375；再依次经过第二单模光纤373、反谐振空芯光纤310、第一光合件320、第一增益光纤200、第一单模光纤372、第一准直器374出射，仍恢复至与上一次从第一准直器374出射时相同的椭圆偏振态，从而实现自洽循环。空间光隔离器332确保激光在振荡器结构300中的单向运转。

在本发明一种基于反谐振空芯光纤的激光器的一些实施例中，所述振荡器结构300呈环形，激光脉冲的重复频率根据下述公式计算：

其中，f

或者，所述振荡器结构300呈线形，激光脉冲的重复频率根据下述公式计算：

其中，f

根据振荡器结构300呈环形或呈线形，分别通过上述公式进行计算。由于反谐振空芯光纤的色散和非线性较小，在振荡器结构300中除带通滤波的作用，主要起到占位并增加腔长的作用。通过调节反谐振空芯光纤310的长度，使得振荡器结构300的腔长度满足对应重复频率的要求，能够将重复频率降至需求大小，从而增强单个激光脉冲的功率峰值，即提高单个激光脉冲的能量。

在本发明一种基于反谐振空芯光纤的激光器的一些实施例中，所述第一增益光纤200产生的激光脉冲波长包括1040nm，所述第一反谐振空芯光纤311的中心波长为1070nm并且通带的10dB带宽为20nm，所述第二反谐振空芯光纤312的中心波长为1010nm并且通带的10dB带宽为20nm，所述第一反谐振空芯光纤311的长度与所述第二反谐振空芯光纤312的长度均大于等于20m。按照环形腔重复频率计算公式，可较容易地将激光器重复频率降至5MHz以内，且不会显著增加腔内色散。

第一泵浦源100采用50kHz的TTL电平信号触发的976nm半导体激光器，高电平时段输出功率为10W，低电平时段输出功率为0，通过多模光纤耦合输出至第一光合件320。第一光合件320将泵浦光传播经过掺镱光纤，即第一增益光纤200，激励其产生50kHz的1040nm波段自发荧光脉冲，该脉冲将在腔内循环，并继续演变为一系列该波段的随机脉冲。较强的随机脉冲可产生足够强的自相位调制效应，光谱展宽，从而依次通过第二反谐振空芯光纤312和第一反谐振空芯光纤311；而较弱的随机脉冲无法产生足够强的自相位调制效应，从而被第一反谐振空芯光纤311或第二反谐振空芯光纤312过滤截止。经过多次循环之后，即可产生稳定的超短脉冲序列。此外，无源光纤340具体可使用纤芯直径10μm、包层直径125μm的规格；无源光纤340也可使用高非线性光纤、光子晶体光纤等能够产生足够自相位调制效应的光纤来替代。

在本发明一种基于反谐振空芯光纤的激光器的一些实施例中，所述反谐振空芯光纤310的中心波长为1040nm并且通带的3dB带宽为15nm，所述反谐振空芯光纤310的长度大于等于40m。

第一泵浦源100采用输出功率可调的976nm半导体激光器，最大输出功率1W，由单模光纤耦合输出至第一光合件320。第一增益光纤200可采用纤芯直径5μm、包层直径125μm、纤芯对976nm波段吸收系数400dB/m的单包层非保偏掺镱光纤，也可使用其他合适的掺镱光纤替代。反谐振空芯光纤310设计通带中心波长为1040nm，通带的3dB带宽为15nm，其长度取用40m以上。按照环形腔重复频率计算公式，可较容易地将激光器重复频率降至5MHz以内，且不会显著增加腔内色散。启动976nm单模光泵浦源至合适功率之后，通过调节第一四分之一波片382、二分之一波片381、第二四分之一波片383至适当角度，即可完成锁模，在偏振分束器376处输出超短脉冲激光。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。