技术领域
[0001] 本
发明涉及一种基于可调狭缝的波长可调谐掺铒光纤锁模
激光振荡器，属于波长可调谐激光
光源技术领域。
背景技术
[0002] 超快激光技术具有高时间
分辨率、高空间分辨率、高带宽、窄脉冲等优点，在光通信、
生物医药、材料加工等领域具有较好的应用前景，而锁模激光振荡器是产生超快激光的一种重要方式。锁模激光振荡器的优化对超快激光的应用具有重要意义。
[0003] 超快激光的应用过程中对波长有着较高的要求，而传统的锁模激光振荡器存在中心波长难调谐，
稳定性差的问题，并且传统的激光振荡器产生的激光在后续的放大过程中会出现增益窄化、峰值波长频移等问题，成为限制锁模激光振荡器应用的一个不利因素。
[0004] 目前，主要有主动锁模和被动锁模两种方式实现
光谱中心波长调谐光纤
激光器，其中主动锁模技术获得激光脉宽较宽，难以实现超短脉冲输出；被动锁模技术中利用可饱和吸收体实现锁模的激光器，存在可饱和吸收体易损伤的缺点。
[0005] 中国
专利文献CN106058620A涉及基于非线性偏振旋转锁模的多波长同步输出光纤激光器，包括
半导体激光器，波分复用器，增益光纤，第一
准直镜，第一半波片，第一四分之一波片，第一偏振分光器，法拉第隔离器，闪耀光栅，
银镜，第一半波片，该专利可以实现双波长输出，但是连续调节能
力差及调谐范围相对小。
[0006] 目前在锁模激光器的调谐过程中需要将狭缝固定在光栅衍射能级最大的级次的光路上，调谐范围较窄；光栅和狭缝主要起到
滤波器的作用，并不能提供补偿色散的作用；并且需要在狭缝后边设置一个透镜进行准直，将光栅发散的光重新汇聚起来再进行传输；
另外，锁模激光器采用包层
泵浦会存在光束
质量差的问题；锁模激光器存在调谐过程中脉宽变化大的问题。
发明内容
[0007] 针对
现有技术的不足，本发明提供了一种基于可调狭缝的波长可调谐掺铒光纤锁模激光振荡器，该锁模激光振荡器通过改变可调狭缝沿激光光谱展开方向的
位置，达到调谐输出激光光谱的作用，解决后续啁啾脉冲放大过程中增益窄化、峰值波长频移的问题。
[0008] 本发明的技术方案为：
[0009] 一种基于可调狭缝的波长可调谐掺铒光纤锁模激光振荡器，包括沿光路依次设置的半导体激光器、波分复用器、增益光纤、第一
准直器、第一四分之一波片、半波片、偏振分光器、第一闪耀光栅、第二闪耀光栅、可调狭缝、第一银镜、第二银镜、法拉第隔离器、第二四分之一波片和第二准直器；所述增益光纤为掺铒光纤；
[0010] 半导体激光器通过光纤与波分复用器的泵浦源输入端相连接，波分复用器的输出端通过光纤与增益光纤的输入端相连接，增益光纤的输出端通过光纤与第一准直器相连接，第一准直器输出的激光依次入射到四分之一波片、半波片和偏振分光器；偏振分光器通过反射输出口将s偏振光输出，并将p偏振光入射到第一闪耀光栅上，第一闪耀光栅将p偏振光衍射到第二闪耀光栅上，第二闪耀光栅输出的衍射光经过可调狭缝入射到第一银镜上；第一银镜的反射光再反向依次通过可调狭缝、第二闪耀光栅、第一闪耀光栅，入射到第二银镜上，第二银镜的反射光依次入射到法拉第隔离器、第二四分之一波片，再耦合进入第二准直器中，第二准直器与波分复用器的
信号输入端通过光纤相连接，波分复用器再将光耦合到光纤，传输到所述增益光纤中，形成一个环形腔。
[0011] 激光第一次通过第一闪耀光栅和第二闪耀光栅后，将激光光谱从空间上分开，第二闪耀光栅和第一银镜之间是展开的激光光谱，便于可调狭缝对激光中心波长的选择；激光第二次通过第二闪耀光栅和第一闪耀光栅将激光光谱从空间上再压缩回一个光斑，整个激光腔的输出端为偏振分光器的反射输出口。半导体激光器作为泵浦源，输出的连续波长的激光；激光经过波分复用器耦合到激光环形腔中，经过增益光纤完成波长转换；第一准直器防止光发散，对光起到准直的作用；第一四分之一波片、半波片、第二四分之一波片和法拉第隔离器是激光锁模的关键器件。
[0012] 本发明通过在锁模激光振荡器中设置闪耀光栅对，对激光的调谐的稳定性好；同时在腔体内可以将由第二闪耀光栅反射回第一闪耀光栅的激光光谱从空间上再压缩回一个光斑，结构简单，性能稳定。
[0013] 根据本发明优选的，可调狭缝的位置沿激光光谱展开方向调节。由于闪耀光栅对的设置，通过第二闪耀光栅输出的衍射光为展开的激光光谱，通过可调狭缝沿激光光谱展开方向进行调节，便于控制被可调狭缝挡住的激光光谱成分，改变通过可调狭缝的激光波长，从而调谐激光输出光谱的中心波长，稳定性好，结构简单，易于实现。
[0014] 根据本发明优选的，可调狭缝的狭缝宽度为0.61-3mm；优选的，狭缝宽度为0.61mm。可调狭缝的狭缝宽度太窄则不能实现锁模的效果，无法输出激光脉冲；可调狭缝的狭缝宽度太宽会导致调谐范围过窄。
[0015] 根据本发明优选的，第一闪耀光栅与第二闪耀光栅之间的夹
角使得由第二闪耀光栅到可调狭缝的衍射光与由偏振分光器到第一闪耀光栅上的入射光平行。
[0016] 通过调整第一闪耀光栅和第二闪耀光栅的角度，可以改变激光腔内参与振荡的激光光谱频段，从而达到调谐输出激光光谱的中心波长的作用。
[0017] 根据本发明优选的，第一闪耀光栅与第二闪耀光栅之间平行设置。当两个光栅保持平行状态时，激光比较稳定。采用腔内光栅对进行压缩激光脉冲，输出激光光谱为高斯型便于后续激光放大。
[0018] 根据本发明优选的，第一闪耀光栅和第二闪耀光栅之间的距离能够调节；优选的，第一闪耀光栅和第二闪耀光栅之间的距离46mm。当第一闪耀光栅和第二闪耀光栅保持平行状态时，通过改变第一闪耀光栅和第二闪耀光栅之间的距离，可以改变整个激光腔内的色散值，从而改变输出激光光谱的半高全宽，相应的傅里叶变换极限脉冲的脉宽也会改变。如此设计的好处在于，整个激光腔内的负色散值较小，光谱宽度半高全宽较宽，脉冲半高全宽较窄，锁模激光振荡器的稳定性较好。
[0019] 根据本发明优选的，第一银镜的设置角度使得第一银镜的反射光经过可调狭缝、第二闪耀光栅和第一闪耀光栅后入射到第二银镜上。
[0020] 根据本发明优选的，所述第一闪耀光栅和第二闪耀光栅的光栅刻度为600线/mm，闪耀角为17°27′，所述第一闪耀光栅和第二闪耀光栅的闪耀波长为1.6μm。
[0021] 根据本发明优选的，所述半导体激光器的输出波长为976或1480nm。
[0022] 根据本发明优选的，所述第一闪耀光栅和所述偏振分光器之间设置有第二银镜，且自偏振分光器入射到第一闪耀光栅的光路高于从第一闪耀光栅入射到第二银镜的光路的高度。
[0023] 如此设计的好处在于，偏振分光器输出的p偏振光入射到第一闪耀光栅中，入射光经过第一闪耀光栅、第二闪耀光栅、可调狭缝到达第一银镜，保证第一银镜的反射光经过可调狭缝、第二闪耀光栅、第一闪耀光栅入射到第二银镜中。
[0024] 本发明的有益效果为：
[0025] 1、本发明采用腔内闪耀光栅对进行压缩激光脉冲，输出激光光谱为高斯型便于后续激光放大，避免了使用腔外压缩激光脉冲，造成激光光谱为蝙蝠型，不利于后续激光放大的问题。
[0026] 2、本发明通过改变可调狭缝沿激光光谱展开方向的位置，改变被展开光谱中被挡住的激光光谱的频段，最终达到调谐输出激光光谱中心波长的作用，可以解决后续啁啾脉冲放大过程中增益窄化、峰值波长频移的问题。
[0027] 3、本发明提供的锁模激光振荡器调谐带宽可达62nm；脉宽较窄，脉宽在920fs-1038fs范围内；锁模激光振荡器输出光束
信噪比较高，信噪比大于等于90dB，信噪比最高为
96dB。
[0028] 4、本发明提供的可调狭缝的波长可调谐掺铒光纤锁模激光振荡器通过改变光栅对之间的间距调节激光腔内的色散值，从而改变输出激光光谱的半高全宽，最终的傅里叶变换极限脉冲的脉宽也会相应变化，锁模激光振荡器的稳定性较好。
[0029] 5、当调整闪耀光栅对之间的角度时，激光腔内参与振荡的激光光谱频段会改变，从而达到调谐输出激光光谱中心波长的作用。
[0030] 6、采用非线性偏振旋转技术进行锁模，结构简单、性能稳定、不易损坏，极大地提高了锁模激光振荡器的稳定性。
附图说明
[0031] 图1为本发明提供的一种基于可调狭缝的波长可调谐掺铒光纤锁模激光振荡器的结构示意图；
[0032] 图2为本发明提供的一种基于可调狭缝的波长可调谐掺铒光纤锁模激光振荡器输出的波长调谐的光谱图；
[0033] 1、半导体激光器，2、波分复用器，3、增益光纤，4、第一准直器，5、第一四分之一波片，6、半波片，7、偏振分光器，8、第一闪耀光栅，9、第二闪耀光栅，10、可调狭缝，11、第一银镜，12、第二银镜，13、法拉第隔离器，14、第二四分之一波片，15、第二准直器。
具体实施方式
[0034] 下面结合
实施例和
说明书附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
[0035] 实施例1
[0036] 一种基于可调狭缝的波长可调谐掺铒光纤锁模激光振荡器，包括沿光路依次设置的半导体激光器1、波分复用器2、增益光纤3、第一准直器4、第一四分之一波片5、半波片6、偏振分光器7、第一闪耀光栅8、第二闪耀光栅9、可调狭缝10、第一银镜11、第二银镜12、法拉第隔离器13、第二四分之一波片14和第二准直器15；增益光纤2为掺铒光纤；
[0037] 半导体激光器1通过光纤与波分复用器2的泵浦源输入端相连接，波分复用器2的输出端通过光纤与增益光纤3的输入端相连接，增益光纤3的输出端通过光纤与第一准直器4相连接，第一准直器4输出的激光依次入射到四分之一波片、半波片6和偏振分光器7；偏振分光器7通过反射输出口将s偏振光输出，并将p偏振光入射到第一闪耀光栅8上，第一闪耀光栅8将p偏振光衍射到第二闪耀光栅9上，第二闪耀光栅9输出的衍射光经过可调狭缝10入射到第一银镜11上；第一银镜11的反射光再反向依次通过可调狭缝10、第二闪耀光栅9、第一闪耀光栅8，入射到第二银镜12上，第二银镜12的反射光依次入射到法拉第隔离器13、第二四分之一波片，再耦合进入第二准直器15中，第二准直器15与波分复用器2的信号输入端通过光纤相连接，波分复用器2再将光耦合到光纤，传输到增益光纤3中，形成一个环形腔。
[0038] 激光第一次通过第一闪耀光栅8和第二闪耀光栅9后，将激光光谱从空间上分开，第二闪耀光栅9和第一银镜11之间是展开的激光光谱，便于可调狭缝10对激光中心波长的选择；激光第二次通过第二闪耀光栅9和第一闪耀光栅8将激光光谱从空间上再压缩回一个光斑，整个激光腔的输出端为偏振分光器7的反射输出口。半导体激光器1作为泵浦源，输出的连续波长的激光；激光经过波分复用器2耦合到激光环形腔中，经过增益光纤3完成波长转换；第一准直器4防止光发散，对光起到准直的作用；第一四分之一波片5、半波片6、第二四分之一波片14和法拉第隔离器13是激光锁模的关键器件。
[0039] 本发明通过在锁模激光振荡器中设置闪耀光栅对，对激光的调谐的稳定性好；同时在腔体内可以将由第二闪耀光栅9反射回第一闪耀光栅8的激光光谱从空间上再压缩回一个光斑，结构简单，性能稳定。
[0040] 第一闪耀光栅8与第二闪耀光栅9之间平行设置；当两个光栅保持平行状态时，激光比较稳定。采用腔内光栅对进行压缩激光脉冲，输出激光光谱为高斯型便于后续激光放大。
[0041] 第一闪耀光栅8和第二闪耀光栅9之间的距离能够调节，本实施例中，第一闪耀光栅8和第二闪耀光栅9之间的距离46mm。当第一闪耀光栅8和第二闪耀光栅9保持平行状态时，通过改变第一闪耀光栅8和第二闪耀光栅9之间的距离，可以改变整个激光腔内的色散值，从而改变输出激光光谱的半高全宽，相应的傅里叶变换极限脉冲的脉宽也会改变。如此设计的好处在于，整个激光腔内的负色散值较小，光谱宽度半高全宽较宽，脉冲半高全宽较窄，锁模激光振荡器的稳定性较好。
[0042] 区别于常规的将狭缝固定在光栅衍射能级最大的级次的光路上，可调狭缝10的位置沿激光光谱展开方向调节；由于闪耀光栅对的设置，通过第二闪耀光栅9输出的衍射光为展开的激光光谱，如图1中第二闪耀光栅9和可调狭缝10之间的虚线所示，其展开光谱为平行光，可调狭缝10沿激光光谱展开方向进行调节，便于控制被可调狭缝10挡住的激光光谱成分，改变通过可调狭缝10的激光波长，从而调谐激光输出光谱的中心波长，稳定性好，结构简单，更方便对锁模激光振荡器锁模中心波长的调谐。
[0043] 可调狭缝10的狭缝宽度为0.61mm，狭缝宽度太窄则不能实现锁模的效果，无法输出激光脉冲；狭缝宽度太宽会导致调谐范围过窄。
[0044] 第一银镜11的设置角度使得第一银镜11的反射光经过可调狭缝10、第二闪耀光栅9和第一闪耀光栅8后入射到第二银镜12上。
[0045] 第一闪耀光栅8和第二闪耀光栅9的光栅刻度为600线/mm，闪耀角为17°27′。
[0046] 第一闪耀光栅8和偏振分光器7之间设置有第二银镜12，且自偏振分光器7入射到第一闪耀光栅8的光路高于从第一闪耀光栅8入射到第二银镜12的光路的高度。
[0047] 如此设计的好处在于，偏振分光器7输出的p偏振光入射到第一闪耀光栅8中，入射光经过第一闪耀光栅8、第二闪耀光栅9、可调狭缝10到达第一银镜11，保证第一银镜11的反射光经过可调狭缝10、第二闪耀光栅9、第一闪耀光栅8入射到第二银镜12中。
[0048] 半导体激光器11为光纤耦合输出的连续激光器，其输出波长为976nm的泵浦光，泵浦功率最大为480mW，光纤芯径为8.5/125μm。
[0049] 波分复用器2的波分复用波长为980nm/1550nm，带宽为80nm。
[0050] 增益光纤3为掺铒光纤为Liekki的Er80-8/125，长度为190cm。
[0051] 第一准直器4和第二准直器15的焦距为30cm，工作波长范围为1520nm-1580nm。
[0052] 第一闪耀光栅8和第二闪耀光栅9的光栅刻度为600线/毫米，闪耀角为17°27′，闪耀波长为1.6μm。
[0053] 法拉第隔离器13工作波长范围为1500-1600nm，最大可承受连续光功率为300mW。
[0054] 器件的尾纤除有说明外都为康宁公司的HI 1060光纤，光纤芯径为5.3/125μm，整个环形腔的总长大约为4m。
[0055] 如图2所示，通过可调狭缝10的位置，本发明提供的锁模激光振荡器的锁模中心波长在1532nm-1594nm范围内连续调谐，调谐带宽可达62nm。
[0056] 在整个调谐过程中，脉宽较窄，脉宽在920fs-1038fs范围内。
[0057] 本发明提供的锁模激光振荡器输出光束信噪比较高，信噪比大于等于90dB，信噪比最高为96dB。
