一种基于四波混频效应的超快激光输出的光纤参量振荡器

技术领域

本发明属于激光技术及激光控制领域，涉及一种基于四波混频效应的超快激光输出的光纤参量振荡器，尤其涉及一种基于光子晶体光纤中四波混频效应的900nm可调谐超快激光输出的光纤参量振荡器。

背景技术

随着激光技术的发展，人们对900nm高能激光器的需求愈加迫切。一方面，900nm激光可作为掺Yb3+激光材料的泵浦源；另一方面，900nm激光可以倍频产生450nm蓝光激光，该波段对应于水下通信窗口，对深海通信、海洋军事等领域具有重大应用意义，更重要的是该波段对应大气传输窗口，可直接应用于大气探测和激光雷达等领域。作为一种主动式的现代光学检测技术，激光雷达将激光技术与传统的雷达技术进行充分融合，能够快速、准确地获取目标的空间三维信息，在自动驾驶、空间交会对接、目标识别等民用、航空航天以及军用领域有着广泛的用途，是一种极为先进的环境感知传感器。

现阶段905nm激光雷达主要通过半导体激光器、固体(晶体和陶瓷)激光器和光纤激光器实现。半导体激光器通过调节禁带宽度选择输出波长，可实现从紫外到红外的全谱激光输出。GaAs半导体激光器可实现900nm波段的激光输出，辛国锋等通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术生长了InGaAs/GaAs半导体激光器线阵列，实现了峰值功率为60W的900nm激光输出。但是，半导体激光器光束质量差，限制了它的应用范围。905nm固体激光器根据掺杂离子主要分为钛宝石激光器和Nd

发明内容

为了解决目前900nm激光器现存的各种问题，本发明提出种基于光子晶体光纤中四波混频效应的900nm可调谐超快激光输出的光纤参量振荡器，激光器泵浦源加非线性参量振荡环形腔的结构，其中泵浦源由基于可饱和吸收镜的种子源与二级掺铒放大器构成，结构紧凑，能够在各种环境中长时间工作并且良好的锁模稳定性。非线性参量环形腔由光子晶体光纤、光路延迟线、反射式波分复用器、隔离器以及光纤耦合器构成，通过调节光路延迟线可以实现波长调谐功能。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种基于四波混频效应的超快激光输出的光纤参量振荡器，由基于可饱和吸收镜的锁模种子源、MOPA掺铒二级放大器以及非线性参量振荡环腔组成；

基于可饱和吸收镜的锁模种子源和MOPA掺铒二级放大器系统包括：第一可饱和吸收镜、第一光纤布拉格光栅、第一泵浦源、第一波分复用器、第一增益光纤、第一光纤隔离器、第二泵浦源、第二波分复用器、第二增益光纤、第二光纤隔离器、第三泵浦源、第三增益光纤、第三光纤隔离器和第三光纤耦合器。其中第一泵浦源的输出端连接到第一波分复用器的泵浦端，第一波分复用器输出端依次连接第一增益光纤、第一光纤布拉格光栅，第一光纤隔离器、第一增益光纤的另一端再连接第一可饱和吸收镜，再由第一光纤隔离器的输出端口连接第二波分复用器的信号端，第二泵浦源的输出端连接到第二波分复用器的泵浦端，第二波分复用器输出端依次连接第二增益光纤、第二光纤隔离器、第三光纤耦合器的信号端，第三泵浦源的输出端连接到第三光纤耦合器的泵浦端，第三光纤耦合器输出端依次连接第三增益光纤、第三光纤隔离器从而构成完整的皮秒泵浦源。

非线性参量振荡环腔包括：第一反射式光纤波分复用器，光子晶体光纤(NKT SC-5.0-1040)，反射式光纤，光纤分束器，第四光纤隔离器，光路延迟线构成，整个系统是由第三光纤隔离器的输出端口连接到第一反射式光纤波分复用器的泵浦端，第一反射式光纤波分复用器的输出端连接光子晶体光纤的输入端，晶体光纤的输出端连接第二反射式光纤波分复用器的信号端、第二反射式光纤波分复用器的输出端连接光纤分束器的输入端，光纤分束器的输出端a依次连接第四光纤隔离器、光路延迟线，光路延迟线的输出端连接第一反射式光纤波分复用器的信号端构成振荡环腔，光纤分束器的输出端b作为整体输出端。

其中光子晶体光纤(NKT SC-5.0-1040)在1030nm的超快光学激光器的泵浦下，其参量增益谱的斯托克斯与反斯托克斯边带的中心波长分别位于1230nm与900nm附近；其中第一反射式光纤波分复用器、第二反射式光纤波分复用器均为玻片式波分复用器，透射1030nm波长，反射900nm波长，第一反射式光纤波分复用器用于耦合信号光与泵浦光，第二反射式光纤波分复用器用于滤出900nm信号光返回振荡环形腔；第四光纤隔离器为900nm波长反射隔离器。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

本发明提供种基于光子晶体光纤中四波混频效应的900nm可调谐超快激光输出的光纤参量振荡器，利用可饱和吸收镜实现被动锁模种子源，利用二级光纤放大器放大种子源，整体构成系统的泵浦源，实现了稳定的超快高功率泵浦激光。反射式光纤波分复用器可以为非线性光纤参量环形振荡腔提供谐振信号光，并可以滤除杂余波长，实现900nm信号光直接输出。通过调节非线性光纤参量环形振荡腔中的光路延迟线调整信号脉冲与啁啾泵浦脉冲的时空重叠范围，实现输出波长可调谐。全光纤化结构提供了环境稳定性强、光束质量高、峰值功率高的大气传输窗口波段脉冲激光器。

附图说明：

图1为本发明实施提供的一种基于光子晶体光纤中四波混频效应的900nm可调谐超快激光输出的光纤参量振荡器的结构示意图。

图2为本发明的逻辑流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明确，以下结合几个附图和实施例，对本发明做进一步说明，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，但不限定本发明。

如图1所示，本发明实施例提供一种基于光子晶体光纤中四波混频效应的900nm可调谐超快激光输出的光纤参量振荡器，包括：第一可饱和吸收镜1，第一泵浦源2，第一波分复用器3，第一增益光纤4，第一光纤布拉格光栅5，第一光纤隔离器6，第二泵浦源7第二波分复用器8，第二增益光纤9，第二光纤隔离器10，第三泵浦源11，第三光纤耦合器12，第三增益光纤13，第三光纤隔离器14，第一反射式光纤波分复用器15，光子晶体光纤16，第二反射式光纤波分复用器17，第三光纤耦合器18，第四光纤隔离器19，光路延迟线20。

如图2所示，上述一种基于光子晶体光纤中四波混频效应的900nm可调谐超快激光输出的光纤参量振荡器逻辑流程图，包括以下步骤：

第一步：调整可饱和吸收镜与增益光纤的对接以及泵浦功率实现被动锁模。

第二步：将第一步得到的锁模种子脉冲经过一级纤芯放大器一级一级包层放大器放大，得到非线性参量环形器的泵浦脉冲，由于泵浦脉冲波长位于正色散区间，既泵浦脉冲带有正啁啾。

第三步：泵浦脉冲经反射式波分复用器的泵浦段进入非线性参量环形腔，在光子晶体光纤中产生参量增益谱，得到信号光与闲频光。

第四步：后经反射式波分复用器滤出信号光并通过光纤分束器返回环形腔参与参量振荡，经光路延迟线调节信号光与泵浦脉冲的时空重叠范围实现波长可调谐功能。

第五步：通过光纤分束器的另一输出端实现900nm脉冲输出。

本发明提供一种结构紧凑，性能稳定的一种基于光子晶体光纤中四波混频效应的900nm可调谐超快激光输出的光纤参量振荡器。该激光器是基于可饱和吸收体锁模技术实现的被动锁模脉冲输出，通过二级光纤放大器得到整体系统的泵浦脉冲。同时通过光路延迟线调节信号光与泵浦脉冲的时空重叠范围实现波长可调谐功能。本发明设计实现了全光纤化，利于系统集成，实现了900nm激光直接输出，可以作为车载激光雷达，生物多光子成像等应用的前端光源，利于实现产业化应用。