双包层大模场面积掺镱光子晶体光纤飞秒激光器

摘要

本发明公开了一种直接获得微焦耳量级单脉冲能量的双包层大模场面积光子晶体光纤飞秒激光器，属于激光技术和非线性光学领域。激光器的主体基于保偏结构的双包层大模场面积光子晶体光纤，并采用大功率LD激光器直接泵浦。激光器利用光栅对补偿色散，借助半导体可饱和吸收镜(SESAM)启动锁模，通过波片和偏振分束器控制激光器的偏振，实现调谐输出。激光器谐振腔内保持净的正色散，以自相似锁模方式运转，输出脉冲经腔外色散补偿，脉冲宽度为100～200fs。本发明优点在于：该激光器具有稳定性好，输出脉冲能量大，重复频率高。输出脉冲能量大，脉冲具有抛物线型脉冲形状、线性啁啾和抛物线型频谱形状，有效避免高脉冲能量运转时的脉冲分裂。

主权项

1.一种双包层大模场面积掺镱光子晶体光纤飞秒激光器，该激光器由二极管激光器(1)作为泵浦源，在泵浦光路中，依次设置泵浦光准直非球面透镜(2)、双色镜(3)和泵浦光耦合非球面透镜(4)，泵浦光耦合非球面透镜(4)将泵浦光注入双包层大模场面积掺镱光子晶体光纤(9)，光子晶体光纤(9)的有泵浦光注入的一端作为谐振腔之内的色散补偿光路，另一端作为输出光路，谐振腔之内的色散补偿光路中依次插入谐振腔之内的色散补偿光路偏振态调节半波片(5)、谐振腔之内的色散补偿光栅对(6、7)和谐振腔之内的色散补偿光路全反射镜(8)，输出光路中依次设置激光耦合非球面透镜(10)、输出光路偏振态调节半波片(11)、偏振分束器(12)、四分之一波片(13)、半导体可饱和吸收镜聚焦非球面透镜(14)及半导体可饱和吸收镜(15)，从而构成了以光子晶体光纤(9)、谐振腔之内的色散补偿光路全反射镜(8)及半导体可饱和吸收镜(15)为主体的驻波型激光谐振腔；激光由偏振分束器(12)的输出端导出至谐振腔之外，在谐振腔之外依次设置谐振腔之外的偏振态调节半波片(16)、谐振腔之外的色散补偿光栅对(18、19)、谐振腔之外的全反射镜(20)及耦合输出全反射镜(17)，它们构成激光器的谐振腔之外的色散补偿系统，其特征在于：二极管激光器(1)采用纤芯直径为200～400μm、数值孔径为0.2～0.4的光纤输出，二极管激光器(1)的输出波长为976～980nm，二极管激光器(1)的输出功率为5～30W；双色镜(3)与泵浦光呈15度夹角，双色镜(3)对于波长为976～980nm的泵浦光的透过率大于98％，双色镜(3)对于波长为1～1.1μm的激光的反射率大于95％；双包层大模场面积掺镱光子晶体光纤(9)的长度为4～6m，光子晶体光纤(9)的纤芯的数值孔径为0.03～0.06，光子晶体光纤(9)的单模场面积为500～1000μm2，光子晶体光纤(9)对于波长为976～980nm的泵浦光的吸收系数为8～15dB/m，光子晶体光纤(9)的内包层为4～6层正六边形周期排布的空气孔结构，光子晶体光纤(9)的内包层的数值孔径为0.45～0.8，光子晶体光纤(9)的弯曲直径为20～40cm，光子晶体光纤(9)的两个端面空气孔被塌陷，塌陷长度为200～500μm，光子晶体光纤(9)的端面与光子晶体光纤(9)的轴向垂直的平面呈8～15度夹角；半导体可饱和吸收镜(15)的工作波长为1～1.1μm，半导体可饱和吸收镜(15)的饱和能流为120～200μJ/cm2，半导体可饱和吸收镜(15)的调制深度为10％～40％；偏振分束器(12)对于波长为1～1.1μm的激光的两个垂直偏振态的消光比达1000∶1；泵浦光准直非球面透镜(2)的焦距为10～20mm，泵浦光准直非球面透镜(2)的数值孔径与二极管激光器(1)的输出光纤的数值孔径相同，泵浦光耦合非球面透镜(4)与激光耦合非球面透镜(10)的焦距为8～15mm，泵浦光耦合非球面透镜(4)的数值孔径与光子晶体光纤的内包层数值孔径相同，而激光耦合非球面透镜(10)的数值孔径与光子晶体光纤纤芯的数值孔径相同，半导体可饱和吸收镜聚焦非球面透镜(14)的焦距为100～200mm，泵浦光准直非球面透镜(2)、泵浦光耦合非球面透镜(4)、激光耦合非球面透镜(10)和半导体可饱和吸收镜聚焦非球面透镜(14)的表面镀有对于波长为976～1100nm的激光的透射率大于99.5％的宽带增透膜；谐振腔之内的色散补偿光栅对(6、7)平行放置且以里特罗角插入光路，谐振腔之外的色散补偿光栅对(18、19)平行放置且以里特罗角插入光路，谐振腔之内的色散补偿光栅对(6、7)和谐振腔之外的色散补偿光栅对(18、19)的光栅刻线密度为600/mm，谐振腔之内的色散补偿光栅对(6、7)和谐振腔之外的色散补偿光栅对(18、19)的闪耀波长为1μm，谐振腔之内的色散补偿光栅对(6、7)和谐振腔之外的色散补偿光栅对(18、19)的表面镀金，谐振腔之内的色散补偿光栅对(6、7)和谐振腔之外的色散补偿光栅对(18、19)的1级衍射效率大于90％；耦合输出全反射镜(17)与光路呈45度放置，耦合输出全反射镜(17)对于波长为1～1.1μm的激光的反射率大于99％；谐振腔之内的色散补偿光路全反射镜(8)和谐振腔之外的全反射镜(20)垂直于光路放置，谐振腔之内的色散补偿光路全反射镜(8)和谐振腔之外的全反射镜(20)对于波长为1～1.1μm的激光的反射率大于99％。