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利用领域

掺镱锁模光纤激光器利用

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掺镱锁模光纤激光器利用

相较于传统固体激光器 ,光纤激光用具备体积幼巧、成本更低、不变性优异、光束质量高且无需水冷蹬着势。相较于其他类型光纤激光器 ,基于非线性偏振演化(NPE)技术的锁模光纤振荡器 ,占有单脉冲能量高(纳焦量级)、脉冲宽度窄(百飞秒级别甚至更短)等特点。

非线性偏振演化锁模技术属于可鼓和克尔被动锁模 ,利用光纤内部的非线性偏振旋转效应产生克尔效应 ,进而实现锁模激光输出。掺镱增益光纤拥有掺杂浓度高、光-光转换效能优异的个性 ,合用于研造高功率、高沉复频率锁模光纤激光器。

该类激光器输出脉冲在时域上为等距离的超短脉冲序列 ,凭借有限的均匀功率即可实现极顶峰值功率 ,宽泛利用于生物成像、医疗领域及工业精密加工等场景。锁模脉冲在频域上出现等间距的梳齿状散布 ,组成光学频率梳。光频梳是光学频率与微波频率衔接的主题枢纽 ,近年来在精密测绘、天文观测等领域获得了长足发展。

结构道理

凭据环形腔内色散个性的差距 ,非线性偏振演化锁?煞治汗伦有退!⒄箍砺龀逍退S肴⒆岳嗨扑。三类激光器个性各不一样:孤子锁模易实现不变运行 ,但单脉冲能量偏低 ;展宽脉冲锁模光谱宽度大 ,可支持压缩至更短脉宽 ,需对腔内色散进行针对性设计 ;全正色散结构脉冲能量大 ,但脉宽更宽、噪声相对更高。

本文以经典掺镱展宽脉冲光纤激光器为例进行注明。非线性偏振演化掺镱锁模激光器通过半波片与两片四分之一波片 ,实现腔内偏振调控与筛 ;利用透射光栅对实现腔内色散治理 ,从而实现色散管控型锁模运行。

erbium-doped fiber-mode-locked laser based on nonlinear polarization rotation

图 1:基于非线性偏振旋转的掺镱锁模激光器结构图

  1. 976nm 泵浦源:为整个振荡器提供能量 ,主流选取单模尾纤式 976nm 半导体二极管。现实搭建系统时 ,泵浦?橥ǔ<杀闷直 ;て骷 ,预防振荡器反射的 1064nm 回光倒灌败坏泵浦源。此表 ,倒伛荡器能量较高、锁模光谱带宽较大时 ,需搭配 980nm 光隔离器 ,隔离腔内反射光 ,保险泵圃祺件安全。

  2. 波分复用器(WDM):耦合 1064nm 信号光与 976nm 泵浦光 ,合束至统一光路光纤中。

  3. 镱掺杂增益光纤:吸收 980nm 泵浦光 ,并对 1030nm 波段信号光进行放大。

  4. 光纤隔离器:隔离腔内 1064nm 反射光 ,预防泵浦源受损。

  5. 光纤合束器:将多路光纤光路合为单路 ,是高功率光纤激光器全光纤集成的主题器件 ,单通路可接受数百瓦功率。

  6. 包层光剥离器(CPS):有效剥离光纤包层中传输的残存泵浦光与杂散光 ,同时不影响放大后的信号光正常传输。

 narrow-linewidth, linearly polarized seed laser and fiber amplifier

图 2:窄线宽、线偏振种子激光器及光纤放大器装置图

搭建与调试注明

器件选型:选用适配的光学器件 ,器件选型不当会造成激光效能低下、脉冲质量劣化 ,甚至缩短激光器使用寿命。

环境适配:节造光学平台、环境温湿度、断绝表界振动与噪声滋扰。

光路搭建:凭据道理结构图实现器件熔接、光路关环 ,规范缠绕并固定光纤。

泵浦调试:开启泵浦源并逐步提升功率 ,调节准直器耦合状态 ;若腔内损耗过大 ,需排查器件危险或熔接故障。

锁模调节:设定相宜泵浦功率 ,利用光谱仪、示波器(搭配光电探测器)观测输出信号 ;微调波片角度 ,当光谱出现不变包络、示波器出现规整脉冲序列时 ,即为成功锁模 ,固定波片地位。

当苦衷项

腔内损耗

腔内损耗重要分为空间光路损耗与光纤损耗:空间损耗蕴含器件表表脏污、光栅衍射损耗、准直器耦合损耗 ;光纤损耗重要来自熔接损耗及传输损耗。损耗过低会降低激光效能、无法锁模 ,还易引发调 Q 脉冲 ;调 Q 脉冲峰值功率高且不不变 ,极易造成器件销毁。

色散管控

腔内色散差值决定锁模类型 ;该结构可通过调整透射光栅间距矫捷调节腔内色散。通常腔内净色散靠近零时 ,锁模光谱带宽最大 ,可支持最短压缩脉宽 ,同时腔内噪声最低。

脉冲割裂

泵浦功率过高会引发脉冲割裂 ,导致单脉冲能量降落、脉冲时序错乱、运行不变性变差。

脉冲压缩

无数锁模激光器直接输出为啁啾脉冲 ,脉宽较宽 ;针对窄脉宽利用场景 ,需搭配色散赔偿器件进行脉冲压缩 ,以此压缩脉宽、提升峰值功率。

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