双波长同步锁模光纤激光器.pdf

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1、(19)国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202211106659.6 (22)申请日 2022.09.13 (71)申请人 哈尔滨工程大学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区南 通大街145号 (72)发明人 王鹏飞吕念李真睿 (74)专利代理机构 苏州市小巨人知识产权代理 事务所(普通合伙) 32415 专利代理师 凌立 (51)Int.Cl. H01S 3/067(2006.01) H01S 3/08(2006.01) H01S 3/10(2006.01) H01S 3/11(2023.01) H01S 3/23(200。

2、6.01) (54)发明名称 一种双波长同步锁模光纤激光器 (57)摘要 本发明公开了一种双波长同步锁模光纤激 光器， 第一激光器作为泵浦源， 依次连接980/ 1560波分复用器、 掺铒增益光纤、 隔离器及偏振 控制器、 1530/1560波分复用器、 输出耦合器、 碳 纳米管可饱和吸收体和1530/1560波分复用器， 构成1533 nm波长的第一谐振腔； 第二激光器作 为泵浦源， 通过980/1560波分复用器耦合进掺铒 增益光纤， 并依次连接隔离器及偏振控制器、 1530/1560波分复用器、 输出耦合器、 碳纳米管可 饱和吸收体和1530/1560波分复用器， 构成1562 nm波长。

3、的第二谐振腔； 两个谐振腔通过两个 1530/1560波分复用器融合， 并共用一个碳纳米 管可饱和吸收体和输出耦合器。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 115621821 A 2023.01.17 CN 115621821 A 1.一种双波长同步锁模光纤激光器， 其特征在于， 包括第一980 nm半导体激光器、 第一 980/1560 nm波分复用器、 第一掺铒增益光纤、 第一隔离器、 第一偏振控制器、 第一1530/ 1560 nm波分复用器、 10:90输出耦合器、 碳纳米管可饱和吸收体、 第二1530/1560 nm波分复 用器、 第二980 nm半导体激光器、 第二980/。

4、1560 nm波分复用器、 第二掺铒增益光纤、 第二隔 离器、 第二偏振控制器； 所述第一980 nm半导体激光器作为第一泵浦源， 依次连接所述第一980/1560 nm波分 复用器、 第一掺铒增益光纤、 第一隔离器、 第一偏振控制器、 第一1530/1560 nm波分复用器、 10:90输出耦合器、 碳纳米管可饱和吸收体和第二1530/1560 nm波分复用器， 构成1533 nm 波长的第一环形谐振腔； 所述第二980 nm半导体激光器作为第二泵浦源， 通过所述第二980/1560 nm波分复用 器耦合进所述第二掺铒增益光纤， 并依次连接所述第二隔离器、 第二偏振控制器、 第一 1530/。

5、1560 nm波分复用器、 10:90输出耦合器、 碳纳米管可饱和吸收体和第二1530/1560 nm 波分复用器， 构成1562 nm波长的第二环形谐振腔； 所述第一环形谐振腔、 第二环形谐振腔通过所述第一1530/1560 nm波分复用器、 第二 1530/1560 nm波分复用器融合， 并共用一个所述碳纳米管可饱和吸收体和10:90输出耦合 器， 从所述10:90输出耦合器输出双波长同步锁模脉冲激光。 2.如权利要求1所述的双波长同步锁模光纤激光器， 其特征在于， 所述光纤激光器输出 中心波长包括第一中心波长和第二中心波长， 所述第一中心波长为1533.1 nm， 所述第二中 心波长为1。

6、561.7 nm。 3.如权利要求2所述的双波长同步锁模光纤激光器， 其特征在于， 所述第一中心波长对 应3 dB带宽随着泵浦功率变化， 可调范围为1.47至1.96 nm； 所述第二中心波长对应3 dB带 宽随着泵浦功率变化， 可调范围为1.85至3.28 nm。 4.如权利要求1所述的双波长同步锁模光纤激光器， 其特征在于， 所述第一980 nm半导 体激光器和第二980 nm半导体激光器为最大输出功率500 mW的单模半导体激光器。 5.如权利要求1所述的双波长同步锁模光纤激光器， 其特征在于， 所述第一掺铒增益光 纤长度为18 cm， 所述第二掺铒增益光纤长度为35 cm。 6.如权利。

7、要求1所述的双波长同步锁模光纤激光器， 其特征在于， 所述碳纳米管可饱和 吸收体是将1 mg平均直径为0.78 nm的单壁碳纳米管与8 ml成膜剂超声24小时充分混合 后， 再将混合液滴到玻璃片上， 在真空箱里干燥成膜制成。 7.如权利要求1所述的双波长同步锁模光纤激光器， 其特征在于， 所述10:90输出耦合 器的90%端连接进谐振腔内作为环路， 10%端作为所述光纤激光器的输出端。 8.如权利要求1所述的双波长同步锁模光纤激光器， 其特征在于， 所述第一1530/1560 nm波分复用器和第二1530/1560 nm波分复用器为反射式波分复用器， 所述第一1530/1560 nm波分复用器。

8、和第二1530/1560 nm波分复用器的带宽特性均为1520至1537 nm、 1550至 1620 nm。 9.如权利要求1所述的双波长同步锁模光纤激光器， 其特征在于， 所述第一隔离器、 第 二隔离器为偏振无关隔离器。 10.如权利要求1所述的双波长同步锁模光纤激光器， 其特征在于， 所述第一谐振腔与 第二谐振腔的腔长差小于90 m。 权利要求书 1/1 页 2 CN 115621821 A 2 一种双波长同步锁模光纤激光器 技术领域 0001 本发明涉及光纤激光技术领域， 尤其涉及一种双波长同步锁模光纤激光器。 背景技术 0002 超短脉冲光纤激光器具有窄脉宽、 高峰值功率、 高能量等。

9、特点， 其在激光扫描、 遥 感、 光纤通信和材料加工等领域都有广泛应用。 目前产生超短脉冲激光的方法主要包括主 动锁模和被动锁模， 但是主动锁模需要加入额外的电子设备和组件， 激光器的复杂度和价 格较高。 相反， 基于可饱和吸收体的被动锁模技术由于具有结构紧凑、 操作简单和性价比高 的优点， 是一种获得超短脉冲的理想方法。 碳纳米管具有易于制造、 超宽工作波长范围、 低 成本等优点， 已经发展成为一种商用的可饱和吸收体。 0003 而作为光纤激光器中的重要分支， 多波长超短脉冲光纤激光器是长距离大容量通 信的光纤系统理想光源。 目前实现多波长超短脉冲光纤激光器的方式主要有两种： 一种方 式是在。

10、光纤激光器的谐振腔内加入光纤光栅、 滤波器等波长选择器件； 另一种方式是利用 二维材料的高非线性效应和腔内双折射实现多波长输出。 但是这两种方式都需要仔细调节 偏振控制器在特定状态下才能实现双波长输出， 从而会导致系统不稳。 0004 因此， 本领域的技术人员致力于开发一种双波长同步锁模光纤激光器， 具有稳定 性好、 波长可单独调控、 操作简单等优点， 是一种实用的种子激光源， 可用于脉冲激光系统 设备。 发明内容 0005 有鉴于现有技术的上述缺陷， 本发明所要解决的技术问题是如何提供一种双波长 同步锁模光纤激光器。 0006 为实现上述目的， 本发明提供了一种双波长同步锁模光纤激光器， 包。

11、括第一980 nm半导体激光器、 第一980/1560 nm波分复用器、 第一掺铒增益光纤、 第一隔离器、 第一偏振 控制器、 第一1530/1560 nm波分复用器、 10:90输出耦合器、 碳纳米管可饱和吸收体、 第二 1530/1560 nm波分复用器、 第二980 nm半导体激光器、 第二980/1560 nm波分复用器、 第二 掺铒增益光纤、 第二隔离器、 第二偏振控制器； 所述第一980 nm半导体激光器作为第一泵浦源， 依次连接所述第一980/1560 nm 波分复用器、 第一掺铒增益光纤、 第一隔离器、 第一偏振控制器、 第一1530/1560 nm波分复 用器、 10:90输。

12、出耦合器、 碳纳米管可饱和吸收体和第二1530/1560 nm波分复用器， 构成 1533 nm波长的第一环形谐振腔； 所述第二980 nm半导体激光器作为第二泵浦源， 通过所述第二980/1560 nm波分 复用器耦合进所述第二掺铒增益光纤， 并依次连接所述第二隔离器、 第二偏振控制器、 第一 1530/1560 nm波分复用器、 10:90输出耦合器、 碳纳米管可饱和吸收体和第二1530/1560 nm 波分复用器， 构成1562 nm波长的第二环形谐振腔； 所述第一环形谐振腔、 第二环形谐振腔通过所述第一1530/1560 nm波分复用器、 说明书 1/4 页 3 CN 11562182。

13、1 A 3 第二1530/1560 nm波分复用器融合， 并共用一个所述碳纳米管可饱和吸收体和10:90输出 耦合器， 从所述10:90输出耦合器输出双波长同步锁模脉冲激光。 0007 进一步地， 所述光纤激光器输出中心波长包括第一中心波长和第二中心波长， 所 述第一中心波长为1533.1 nm， 所述第二中心波长为1561.7 nm。 0008 进一步地， 所述第一中心波长对应3 dB带宽随着泵浦功率变化， 可调范围为1.47 至1.96 nm； 所述第二中心波长对应3 dB带宽随着泵浦功率变化， 可调范围为1.85至3.28 nm。 0009 进一步地， 所述第一980 nm半导体激光器和。

14、第二980 nm半导体激光器为最大输出 功率500 mW的单模半导体激光器。 0010 进一步地， 所述第一掺铒增益光纤长度为18 cm， 所述第二掺铒增益光纤长度为35 cm。 0011 进一步地， 所述碳纳米管可饱和吸收体是将1 mg平均直径为0.78 nm的单壁碳纳 米管与8 ml成膜剂超声24小时充分混合后， 再将混合液滴到玻璃片上， 在真空箱里干燥成 膜制成。 0012 进一步地， 所述10:90输出耦合器的90%端连接进谐振腔内作为环路， 10%端作为所 述光纤激光器的输出端。 0013 进一步地， 所述第一1530/1560 nm波分复用器和第二1530/1560 nm波分复用器。

15、为 反射式波分复用器， 所述第一1530/1560 nm波分复用器和第二1530/1560 nm波分复用器的 带宽特性均为1520至1537 nm、 1550至1620 nm。 0014 进一步地， 所述第一隔离器、 第二隔离器为偏振无关隔离器。 0015 进一步地， 所述第一谐振腔与第二谐振腔的腔长差小于90 m。 0016 本发明的有益效果在于： （1） 本发明利用碳纳米管的可饱和吸收特性作为被动锁模开关， 碳纳米管可饱和 吸收体作为一种已经商业化的被动锁模器件， 有稳定性好， 制备简单等优点。 0017 （2） 本发明第一环形腔用于产生波长为1533 nm， 重复频率为16.28 MHz。

16、的锁模脉 冲激光； 第二环形腔用于产生1562 nm， 同重复频率的锁模脉冲激光， 双环形谐振腔同时锁 模， 实现了双波长同步锁模脉冲激光输出。 0018 以下将结合附图对本发明的构思、 具体结构及产生的技术效果作进一步说明， 以 充分地了解本发明的目的、 特征和效果。 附图说明 0019 图1是本发明的一个较佳实施例的结构示意图； 图2是本发明的一个较佳实施例的激光器输出光谱图； 图3是本发明的一个较佳实施例的激光器输出脉冲序列。 0020 其中， 1第一980 nm半导体激光器， 2第一980/1560 nm波分复用器， 3第一掺铒 增益光纤， 4第一隔离器， 5第一偏振控制器， 6第一1。

17、530/1560 nm波分复用器， 710:90输 出耦合器， 8碳纳米管可饱和吸收体， 9第二1530/1560 nm波分复用器， 10第二980 nm半 导体激光器， 11第二980/1560 nm波分复用器， 12第二掺铒增益光纤、 13第二隔离器， 14 第二偏振控制器。 说明书 2/4 页 4 CN 115621821 A 4 具体实施方式 0021 以下参考说明书附图介绍本发明的优选实施例， 使其技术内容更加清楚和便于理 解。 本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现， 本发明的保护范围并非仅限于文 中提到的实施例。 0022 在附图中， 结构相同的部件以相同数字标号表示， 各。

18、处结构或功能相似的组件以 相似数字标号表示。 附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的， 本发明并没有限定 每个组件的尺寸和厚度。 为了使图示更清晰， 附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。 实施例 0023 如图1所示， 本实施例提供了一种基于双谐振腔的双波长同步锁模光纤激光器， 包 括共用输出端和可饱和吸收体的两个环形谐振腔。 第一环形谐振腔用于产生1533 nm锁模 脉冲激光， 第二环形谐振腔用于产生1562 nm锁模脉冲激光。 0024 具体地， 第一环形谐振腔包括第一980 nm半导体激光器1、 第一980/1560 nm波分 复用器2、 第一掺铒增益光纤3、 第一隔离器4、 第一偏。

19、振控制器5、 第一1530/1560 nm波分复 用器6、 10:90输出耦合器7、 碳纳米管可饱和吸收体8和第二1530/1560 nm波分复用器9。 第 二环形谐振腔包括第二980 nm半导体激光器10、 第二980/1560 nm波分复用器11、 第二掺铒 增益光纤12、 第二隔离器13、 第二偏振控制器14、 第一1530/1560 nm波分复用器6、 10:90输 出耦合器7、 碳纳米管可饱和吸收体8和第二1530/1560 nm波分复用器9。 两个环形谐振腔通 过第一1530/1560 nm波分复用器6和第二1530/1560 nm波分复用器9连接， 并共用碳纳米管 可饱和吸收体8。

20、和10:90输出耦合器7 （作为输出端） 。 0025 更具体地， 第一980 nm半导体激光器1作为第一泵浦源， 依次连接第一980/1560 nm波分复用器2， 第一掺铒增益光纤3、 第一隔离器4、 第一偏振控制器5、 第一1530/1560 nm 波分复用器6、 10:90输出耦合器7、 碳纳米管可饱和吸收体8和第二1530/1560 nm波分复用 器9， 构成1533 nm波长的第一环形谐振腔。 第二980 nm半导体激光器10作为第二泵浦源， 通 过第二980/1560 nm波分复用器11耦合进第二掺铒增益光纤12， 并依次连接第二隔离器13、 第二偏振控制器14、 第一1530/1。

21、560 nm波分复用器6、 10:90输出耦合器7、 碳纳米管可饱和 吸收体8和第二1530/1560 nm波分复用器9， 构成1562 nm波长的第二环形谐振腔。 两个环形 谐振腔通过第一1530/1560 nm波分复用器6、 第二1530/1560 nm波分复用器9融合， 并共用 一个碳纳米管可饱和吸收体8和输出端， 实现双波长同步锁模脉冲激光输出。 0026 优选地， 两个泵浦源均为最大输出功率500 mW、 中心波长980 nm的单模半导体激 光器。 0027 优选地， 第一1530/1560 nm波分复用器6和第二1530/1560 nm波分复用器9为反射 式波分复用器， 第一153。

22、0/1560 nm波分复用器6和第二1530/1560 nm波分复用器9的带宽特 性均为1520至1537 nm、 1550至1620 nm。 0028 优选地， 第一隔离器4、 第二隔离器13为偏振无关隔离器。 0029 本实施例的第一980 nm半导体激光器1通过第一980/1560 nm波分复用器将泵浦 光注入到第一掺铒增益光纤3并在第一环形谐振腔内震荡产生1533 nm的锁模激光； 第二 980 nm半导体激光器10通过第二980/1560 nm波分复用器11将泵浦光注入到第二掺铒增益 光纤12并在第二环形谐振腔产生1562 nm的锁模激光， 两束激光通过第一1530/1560 nm波。

23、 说明书 3/4 页 5 CN 115621821 A 5 分复用器6和第二1530/1560 nm波分复用器9合束， 并共用一个碳纳米管可饱和吸收体8和 输出端。 第一偏振控制器5和第二偏振控制器14分别用于控制两个谐振腔的锁模启动， 第一 隔离器4和第二隔离器13用于保证谐振腔内的激光单向传输。 第一环形谐振腔与第二环形 谐振腔的腔长差小于90 m， 以实现脉冲同步。 0030 第一掺铒增益光纤3长度为18 cm， 第二掺铒增益光纤12长度为35 cm， 分别为第一 环形谐振腔、 第二环形谐振腔提供增益。 碳纳米管可饱和吸收体8同时作为两个谐振腔被动 锁模开关， 是将单壁碳纳米管薄膜切成1。

24、 mm1 mm宽的方形小片直接放置于光纤接头上， 并用法兰盘连接而成。 10:90输出耦合器7作为两个谐振腔的输出器件， 其中90%端连接进谐 振腔内作为环路， 10%端作为激光器输出端， 用光谱分析仪 （YOKOGAWA， AQ6375C） 来测试输 出光谱， 用一个光电探测器和示波器来测试输出脉冲。 0031 本实施例的双波长同步锁模光纤激光器输出中心波长分别为1533.1 nm （对应3 dB带宽随着泵浦功率变化， 可调范围为1.47至1.96 nm） 、 1561.7 nm （3 dB带宽可调范围为 1.85至3.28 nm） 。 0032 碳纳米管可饱和吸收体8是将1 mg平均直径为。

25、0.78 nm的单壁碳纳米管与8 ml成 膜剂超声24小时充分混合后， 再将混合液滴到玻璃片上， 在真空箱里干燥成膜制成。 0033 本实施例基于碳纳米管薄膜作为可饱和吸收体， 制备方法包括： 在一个干净的烧 杯中称取900 mg羧甲基纤维素钠， 再加入60 ml去离子水， 将配好的混合物用磁力器搅拌24 小时， 制成成膜剂； 然后取8 ml成膜剂与1 mg单壁碳纳米管混合， 将混合物超声24小时后得 到悬浊液； 对悬浊液进行离心处理， 取上层清液滴在玻璃片上， 放入真空干燥箱中干燥6小 时， 得到碳纳米管薄膜。 随后， 将碳纳米管薄膜切成1 mm宽的小块， 放置到光纤连接头上， 从 而实现锁。

26、模器件的制备。 0034 本实施例的使用方法如下： 开启第一980 nm半导体激光器1， 增加泵浦功率使得第一谐振腔锁模， 实现1533 nm单波长锁模激光输出， 再增加第二980 nm半导体激光器10的泵浦功率， 直至出现双波长 锁模。 此时， 通过增加或减少双腔的泵浦功率可分别调节1533 nm锁模激光和1562 nm锁模 激光的3dB带宽。 通过调节第一偏振控制器5的状态可以对1533 nm锁模激光的脉宽、 光谱带 宽进行单独调控， 调节第二偏振控制器14可以对1562 nm锁模激光的脉宽、 光谱带宽单独调 控。 0035 图2给出了激光器的输出光谱。 从图中可以看到中心波长为1533 。

27、nm和波长为1562 nm的锁模激光同时输出， 说明激光器同时产生两个波长的激光。 0036 图3显示了此时的输出脉冲序列， 可以看到此时只有一个脉冲输出， 说明该激光器 处于同步状态。 0037 本发明提供了一种基于双谐振腔的双波长同步锁模光纤激光器， 相比于传统的双 波长同步锁模激光输出， 其具有输出激光稳定性好、 结构简单、 操作便捷等优点， 是一种优 质的种子光源。 0038 以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。 应当理解， 本领域的普通技术无需创 造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。 因此， 凡本技术领域中技术人员 依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、 推理或者有限的实验可以得到的技术 方案， 皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。 说明书 4/4 页 6 CN 115621821 A 6 图1 说明书附图 1/3 页 7 CN 115621821 A 7 图2 说明书附图 2/3 页 8 CN 115621821 A 8 图3 说明书附图 3/3 页 9 CN 115621821 A 9 。