一种模场可控的双向时空锁模光纤激光器

1.本发明属于光纤激光器领域，特别是一种模场可控的双向时空锁模光纤激光器。


背景技术：

2.基于多模光纤的锁模光纤激光器即时空锁模，其中横模和纵模同时锁定，相比单模光纤激光器具有更大的模场面积和空间自由度，能够产生更高的能量和峰值功率的飞秒脉冲，能够满足光纤通信领域中大数据容量的需求。截止目前为止，大部分的时空锁模均为单向锁模输出。相比之下，无隔离器的双向时空锁模光纤激光器能够提供两个不同方向，不同输出特性的脉冲光谱，这在光纤集成等领域具有重要的应用。
3.对于时空锁模光纤激光器，对其中多模孤子的空间动力学的研究具有非常重要的意义，因为此时的空间维度已经成为一个关键的因素，截止目前为止，已经报道了时空锁模光纤激光器中多模孤子在空间维度上的非常丰富的现象，仅通过调整腔内波片的方向，实现了时空锁模孤子在单模输出的光束自动选择；在多模mamyshev振荡器中,输出光束的模态含量可以通过腔对准从而进行人工控制。因此，研究双向时空锁模光纤激光器中输出的光束轮廓并且对其输出模场实现一定的控制是非常有必要的，对研究多模光纤中的非线性动力学具有重要的意义。


技术实现要素：

4.本发明主要解决的技术问题在于提出了一种模场可控的双向时空锁模光纤激光器，该双向时空锁模光纤激光器系统采用一种无隔离器的全光纤环形腔结构。
5.为了实现上述目标，本发明提供了一种模场可控的双向时空锁模光纤激光器，其中半导体泵浦源1和半导体泵浦源2，用于往激光腔中注入泵浦光；单模波分复用器1和单模波分复用器2，用于依次形成光回路；增益光纤，用于产生所需的粒子数反转；多模输出耦合器，用于时空锁模光纤激光器的双向输出；偏振控制器，用于调节多模光纤中激光的模场。
6.所述半导体泵浦源1、半导体泵浦源2、单模波分复用器1、单模波分复用器2、增益光纤、多模输出耦合器和偏振控制器均采用光纤熔接机的自动熔接。
7.进一步的所述半导体泵浦源1和半导体泵浦源2的输出波长为976nm。
8.进一步的所述单模波分复用器1和单模波分复用器2反射端口、光耦合器的工作波长在1520nm～1620nm波段。
9.进一步的所述增益光纤为单模掺铒增益光纤，长度范围～2m。
10.进一步的所述多模输出耦合器的直接输出端口与耦合输出端口的分光比为80:20，用于激光的双向输出。
11.进一步的所述偏振控制器中缠绕的是多模光纤，用于调节多模光纤内的模场。
12.进一步的所述多模输出耦合器的信号尾纤采用纤芯直径为62.5μm的渐变折射率多模光纤，其尾纤长度设置为3m～5m。
13.与现有技术相比，本发明提供的一种模场可控的双向时空锁模光纤激光器，带来
的有益效果是：
14.所述的无隔离器全光纤环形腔结构为双向时空锁模的实现提供了一种新方法。
15.所述的双向时空锁模光纤激光器结构简单紧凑，其中的光学元件均采用光纤熔接机的自动熔接便可完成，易于实际推广使用。
16.所述的双向时空锁模光纤激光器能够对双向输出的模场进行一定的控制，在光纤集成，光纤通信等领域有着非常重要的现实意义。
17.所述双向时空锁模光纤激光器中采用的所有元件或光纤，制作工艺非常成熟，均采用成熟的商用元件或商用光纤，大大降低成本，简化了激光器结构，提高了双向时空锁模光纤激光器的稳定性和可靠性。
附图说明
18.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了对本发明的具体结构以及产生的效果做进一步的理解，下面将结合附图说明本发明的目的特征和效果。
19.图1是本发明实例中的双向时空锁模光纤激光器结构示意图。
20.图中1、半导体泵浦源1，2、半导体泵浦源2，3、单模波分复用器1，4、单模波分复用器2，5、增益光纤，6、多模输出耦合器，7、偏振控制器。
21.图2是本发明实例中双向时空锁模光纤激光器顺时针方向输出的光谱图。
22.图3是本发明实例中双向时空锁模光纤激光器逆时针方向输出的光谱图。
23.图4是本发明实例中双向时空锁模光纤激光器顺时针方向输出的脉冲序列图。
24.图5是本发明实例中双向时空锁模光纤激光器逆时针方向输出的脉冲序列图。
25.图6是本发明实例中双向时空锁模光纤激光器顺时针方向输出的光束轮廓图。
26.图7是本发明实例中双向时空锁模光纤激光器逆时针方向输出的光束轮廓图。
具体实施方式
27.本实例给出一种模场可控的双向时空锁模光纤激光器。本发明的双向时空锁模光纤激光器结构示意图如图1所示，包括半导体泵浦源1(1)、半导体泵浦源2(2)、单模波分复用器1(3)、单模波分复用器2(4)、增益光纤(5)、多模输出耦合器(6)和偏振控制器(7)，各个光学元件和光纤均采用光纤熔接机的自动熔接。
28.所述半导体泵浦源1和半导体泵浦源2作为光源为光纤激光器提供泵浦光；所述单模波分复用器1和单模波分复用器2用于将两个不同中心波长的光整合进入同一根光纤中，依次形成光回路；所述增益光纤用于吸收泵浦光产生粒子数反转；所述多模输出耦合器用于将一束激光分成两束激光，所占比例分别为80％和20％，其中能量占比为80％的激光返回环形腔内进行循环振荡反馈，能量占比为20％的激光用于激光器的双向输出检测；所述偏振控制器为手动控制的三桨型偏振控制器，用于调节多模光纤中激光的模场。
29.所述双向时空锁模光纤激光器系统采用单模光纤-渐变折射率多模光纤-单模光纤的全光纤环形腔结构，可饱和吸收效应归因于非线性多模干涉效应，由于环形腔体的不对称性，偏振控制器中缠绕的为多模光纤，因此在逆时针方向输出的光束轮廓经历了更多的非线性效应，从而导致能量分布较顺时针方向更为分散，集中度和密度更低，最终达到控制双向输出模场的目的。
30.图2是本申请的双向时空锁模光纤激光器在泵浦功率为400mw时顺时针方向输出的锁模脉冲光谱图，其中心波长为1589.76nm，3db带宽为4.52nm。
31.图3是本申请的双向时空锁模光纤激光器在泵浦功率为400mw时逆时针方向输出的锁模脉冲光谱图，其中心波长为1589.52nm，3db带宽为4.56nm。
32.图4是本申请的双向时空锁模光纤激光器在泵浦功率为400mw时顺时针方向输出的脉冲序列图，计算其脉冲间隔为37.02ns。
33.图5是本申请的双向时空锁模光纤激光器在泵浦功率为400mw时逆时针方向输出的脉冲序列图，计算其脉冲间隔为37.02ns。
34.图6是本申请的双向时空锁模光纤激光器在泵浦功率为400mw时顺时针输出孤子的光束轮廓图，其能量分布非常集中。
35.图7是本申请的双向时空锁模光纤激光器在泵浦功率为400mw时逆时针输出孤子的光束轮廓图，其能量分布非常分散。
36.以上所述仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的技术人员而言，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明技术方案的精神和原则范围内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种模场可控的双向时空锁模光纤激光器，其特征在于，包括：半导体泵浦源1(1)、半导体泵浦源2(2)、单模波分复用器1(3)、单模波分复用器2(4)、增益光纤(5)、多模输出耦合器(6)和偏振控制器(7)。2.所述半导体泵浦源1(1)与单模波分复用器1(3)左端相连，所述半导体泵浦源2(2)与单模波分复用器2(4)右端相连，增益光纤(5)两端分别与单模波分复用器1(3)右端和单模波分复用器2(4)左端相连，所述多模输出耦合器(6)尾纤缠绕于所述偏振控制器(7)后与所述单模波分复用器1(3)左端相连，从而构成环形腔结构的双向时空锁模光纤激光器。3.根据权利要求1所述的一种模场可控的双向时空锁模光纤激光器，其特征在于：所述半导体泵浦源1和半导体泵浦源2的输出波长均为976nm。4.根据权利要求1所述的一种模场可控的双向时空锁模光纤激光器，其特征在于：所述单模波分复用器1和单模波分复用器2反射端口、光耦合器的工作波长均在1520nm～1620nm波段。5.根据权利要求1所述的一种模场可控的双向时空锁模光纤激光器，其特征在于：所述增益光纤为单模掺铒增益光纤，吸收系数为～55db/m@1530nm，长度范围～2m。6.根据权利要求1所述的一种模场可控的双向时空锁模光纤激光器，其特征在于：所述多模输出耦合器的直接输出端与耦合输出端的分光比为80:20,用于激光的双向输出。7.根据权利要求1所述的一种模场可控的双向时空锁模光纤激光器，其特征在于：所述偏振控制器中所缠绕的为多模光纤，用于调节多模光纤内激光的模场。8.根据权利要求1所述的一种模场可控的双向时空锁模光纤激光器，其特征在于：所述多模输出耦合器的尾纤采用纤芯直径为62.5μm的渐变折射率多模光纤，其尾纤长度设置为3m～5m。

技术总结
本发明公开一种模场可控的双向时空锁模光纤激光器，该光纤激光器系统包括：半导体泵浦源1，半导体泵浦源2，单模波分复用器1，单模波分复用器2，增益光纤，多模输出耦合器和偏振控制器，所述半导体泵浦源1，半导体泵浦源2，单模波分复用器1，单模波分复用器2，增益光纤，多模输出耦合器以及偏振控制器依次首尾相连接构成光纤激光器系统的环形腔结构，所述偏振控制器中缠绕的为多模光纤，用于调节多模光纤中激光的模场。所述双向时空锁模光纤激光器为全光纤化，结构简单，并且可以实现对时空锁模光纤激光器双向输出模场的一定的控制，在光纤集成等领域有着重要的应用。成等领域有着重要的应用。成等领域有着重要的应用。


技术研发人员：黄松 王兆坤
受保护的技术使用者：中国计量大学
技术研发日：2023.05.17
技术公布日：2023/7/22