一种基于gti的色散管理型光纤激光器
阅读说明：本技术 一种基于gti的色散管理型光纤激光器 (Dispersion management type fiber laser based on GTI ) 是由 冯晓强 贾谞卓 宋园起 闫丽 林启蒙 侯磊 于 2021-08-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于GTI的色散管理型光纤激光器,包括泵浦源、光纤器件和空间器件,所述的光纤器件包括波分复用器、增益光纤、聚焦器和光纤准直器,所述的空间器件包括设置在光纤准直器后侧且相互平行的第一GTI镜和第二GTI镜。采用GTI代替光栅对或者光纤布拉格光栅,GTI的反射率一般均可达到99.9％,在多次反射腔内激光提供更多的反常色散时,相比于光栅对能明显降低器件引入的插入损耗,提高激光器的输出效率；且GTI作为不易受环境变化影响的固体器件,相比于FBG可以提高激光器的环境稳定性。同时解决了现有技术中采用光栅对色散管理的掺镱光纤激光器输出效率不易继续提高以及采用FBG色散管理的掺镱光纤激光器环境稳定性不足的问题。(The invention discloses a dispersion management type fiber laser based on GTI, which comprises a pumping source, a fiber device and a space device, wherein the fiber device comprises a wavelength division multiplexer, a gain fiber, a focuser and a fiber collimator, and the space device comprises a first GTI mirror and a second GTI mirror which are arranged at the rear side of the fiber collimator and are parallel to each other. The GTI is adopted to replace a grating pair or a fiber Bragg grating, the reflectivity of the GTI can generally reach 99.9%, and when laser provides more anomalous dispersion in a multiple reflection cavity, compared with the grating pair, the insertion loss introduced by a device is obviously reduced, and the output efficiency of the laser is improved; and as a solid device which is not easily influenced by environmental changes, the GTI can improve the environmental stability of the laser compared with FBG. Meanwhile, the problems that the output efficiency of the ytterbium-doped fiber laser adopting optical grating to dispersion management is not easy to be continuously improved and the environmental stability of the ytterbium-doped fiber laser adopting FBG dispersion management is not enough in the prior art are solved.)
技术领域
本发明属于超快光纤激光技术领域，涉及光纤激光器，具体是一种基于GTI的色散管理型光纤激光器。
背景技术
在掺镱光纤激光器中，普通光纤只能提供正常色散，如果要进行色散管理，通常会使用成对的光栅或者反常色散的光纤布拉格光栅(FBG)来提供反常色散，以对谐振腔内净色散进行控制，从而实现更窄的脉冲以及更宽的光谱的输出。但是，这两种方法都存在固有的弊端。光栅对是通过衍射光脉冲中不同频率的光使它们产生光程差的原理来补偿色散的，其衍射效率虽然可观(可达到90％)，但是在多次反射提供更多反常色散时，效率骤减，从而会引入更多的腔内损耗，不利于获得高功率输出。在FBG补偿色散的方法中，由于FBG栅区对外部温度和外部应力极为敏感，导致采用FBG补偿色散的激光器容易受到外部环境变化的影响而丢失锁模状态。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种基于GTI的色散管理型光纤激光器，解决现有技术中采用光栅色散管理的掺镱锁模光纤激光器输出功率不易继续提高以及现有技术中采用FBG色散管理的掺镱锁模光纤激光器环境稳定性不佳的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种基于GTI的色散管理型光纤激光器，包括泵浦源、光纤器件和空间器件，所述的光纤器件包括波分复用器、增益光纤、聚焦器和光纤准直器，所述的空间器件包括设置在光纤准直器后侧且相互平行的第一GTI镜和第二GTI镜，设置在第二GTI镜后侧的高反镜，以及设置在聚焦器的前侧设置有半导体可饱和吸收镜；
所述的第一GTI镜和第二GTI镜相对于激光器的出射激光倾斜设置，且出射激光入射到第二GTI镜上。
本发明还包括以下技术特征：
所述的空间器件还包括设置在光纤准直器和第一GTI镜之间的可调光衰减器。
所述的可调光衰减器包括半波片和偏振分束器。
所述的波分复用器的泵浦端与泵浦源相连，所述的波分复用器的信号光端与光纤准直器相连，波分复用器的公共端与增益光纤的一端相连，增益光纤的另一端与聚焦器相连。
所述的泵浦源的泵浦激光的输出波长为976nm，输出功率范围为0～500mW。
所述的增益光纤为保偏掺镱离子增益光纤。
所述的波分复用器的工作波长范围是980±10nm/1030±25nm。
所述的高反镜的工作波段为750nm～1100nm。
所述的高反镜的反射率大于99％。
所述的泵浦源、波分复用器、聚焦器和光纤准直器的尾纤均是保偏光纤。
本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：
本发明中采用GTI代替光栅对或者光纤布拉格光栅，由于GTI的反射率一般均可达到99.9％，在多次反射腔内激光提供更多的反常色散时，相比于光栅对能明显降低器件引入的插入损耗，提高激光器的输出效率；且GTI作为不易受环境变化影响的固体器件，相比于FBG可以提高激光器的环境稳定性。同时解决了现有技术中采用光栅对色散管理的掺镱光纤激光器输出效率不易继续提高的技术问题以及采用FBG色散管理的掺镱光纤激光器环境稳定性不足的技术问题。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的实施例的色散管理孤子脉冲的光谱图；
图3是本发明的实施例的色散管理孤子单脉冲宽度信号示意图；
图中各个标号的含义为：1-泵浦源，2-光纤器件，3-空间器件；
201-波分复用器，202-增益光纤，203-聚焦器，204-光纤准直器；
20101-泵浦端，20102-信号光端，20103-公共端；
301-第一GTI镜，302-第二GTI镜，303-可调光衰减器，304-高反镜，305-半导体可饱和吸收镜；
30301-半波片，30302-偏振分束器。
以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
需要说明的是，GTI的英文全称是Gires-Tournois interferometer，一般译为吉雷斯-图尔努瓦干涉仪。
需要说明的是，本发明中的所有零部件，在没有特殊说明的情况下，均采用本领域已知的零部件。
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
本发明给出的基于GTI的色散管理型光纤激光器，如图1所示，包括泵浦源1、光纤器件2和空间器件3，光纤器件2包括波分复用器201、增益光纤202、聚焦器203和光纤准直器204，空间器件3包括设置在光纤准直器204后侧且相互平行的第一GTI镜301和第二GTI镜302，设置在第二GTI镜302后侧的高反镜304，以及设置在聚焦器203前侧半导体可饱和吸收镜305；
所述的第一GTI镜301和第二GTI镜302相对于激光器的出射激光倾斜设置，且出射激光入射到第二GTI镜302上。
上述技术方案中，泵浦源1出射的激光经过波分复用器201、增益光纤202后，由聚焦器203准直输出为空间光入射到半导体可饱和吸收镜305上，半导体可饱和吸收镜305对入射光进行调制，然后反射使入射光原路返回，依次进入聚焦器203、增益光纤202和波分复用器201，再由波分复用器201输出至光纤准直器204，并被光纤准直器204准直为空间光进入空间器件3，进入第一GTI镜301和第二GTI镜302，并在第一GTI镜301和第二GTI镜302之间反射数次后垂直入射到高反镜304上，再次原路返回至半导体可饱和吸收镜305，进而在半导体可饱和吸收镜305和高反镜304间形成稳定的谐振腔后，激光器腔内的激光往返谐振时，每在GTI镜上反射一次，便会被补偿一定量的反常色散，因此，可通过调整腔内激光在一对GTI镜间的反射次数来补偿不同的反常色散，以输出不同参数的激光，实现输出激光光谱脉宽参数的可调节。最后，使用光谱仪和自相关仪在偏振分束器30302的输出端口测量其输出。
在上述技术方案中，本发明中采用GTI代替光栅对或者光纤布拉格光栅，由于GTI的反射率一般均可达到99.9％，在多次反射腔内激光提供更多的反常色散时，相比于光栅对能明显降低器件引入的插入损耗，提高激光器的输出效率；且GTI作为不易受环境变化影响的固体器件，相比于FBG可以提高激光器的环境稳定性。解决了现有技术中采用光栅对色散管理的掺镱光纤激光器输出效率不易继续提高的技术问题以及采用FBG色散管理的掺镱光纤激光器环境稳定性不足的技术问题。
作为本发明的一种优选方案，空间器件3还包括设置在光纤准直器204和第一GTI镜301之间的可调光衰减器303。
具体的，可调光衰减器303包括半波片30301和偏振分束器30302，通过旋转半波片调整从偏振分束器输出端输出的光功率大小；偏振分束器用于将入射光分成互相垂直的两束线偏振光，一束在腔内继续振荡放大，另一束输出到腔外。
作为本发明的一种优选方案，波分复用器201的泵浦端20101与泵浦源1相连，波分复用器201的信号光端20102与光纤准直器204相连，波分复用器201的公共端20103与增益光纤202的一端相连，增益光纤202的另一端与聚焦器203相连。
具体的，泵浦源1的泵浦激光的输出波长为976nm，输出功率范围为0～500mW。
具体的，增益光纤202为保偏掺镱离子增益光纤。
具体的，波分复用器201的工作波长范围是980±10nm/1030±25nm。
具体的，高反镜304的工作波段为750nm～1100nm。
作为本发明的一种优选方案，高反镜304的反射率大于99％，保证了入射光几乎全部被反射。
作为本发明的一种优选方案，泵浦源1、波分复用器201、聚焦器203和光纤准直器204的尾纤均是保偏光纤，尾纤采用保偏光纤，空间器件可被固定，拥有更好的稳定性。
实施例：
本实施例给出了一种基于GTI的色散管理型光纤激光器，包括泵浦源1、光纤器件2和空间器件3，光纤器件2包括波分复用器201、增益光纤202、聚焦器203和光纤准直器204，空间器件3包括设置在光纤准直器204后侧且相互平行的第一GTI镜301和第二GTI镜302，设置在第二GTI镜302后侧的高反镜304，以及设置在聚焦器203前侧的半导体可饱和吸收镜305；
第一GTI镜301和第二GTI镜302相对于激光器的出射激光倾斜设置，且出射激光入射到第二GTI镜302上。
空间器件3还包括设置在光纤准直器204和第一GTI镜301之间的可调光衰减器303。
可调光衰减器303包括半波片30301和偏振分束器30302。
波分复用器201的泵浦端20101与泵浦源1相连，波分复用器201的信号光端20102与光纤准直器204相连，波分复用器201的公共端20103与增益光纤202的一端相连，增益光纤202的另一端与聚焦器203相连。
泵浦源1的泵浦激光的输出波长为976nm，输出功率范围为0～500mW。
增益光纤202为保偏掺镱离子增益光纤。
波分复用器201的泵浦端工作波长980nm，公共端和信号光端工作波长1030nm。
高反镜304的工作波段为750nm～1100nm。
高反镜304的反射率为99.5％。
泵浦源1、波分复用器201、聚焦器203和光纤准直器204的尾纤均是保偏光纤。
使用本实施例的激光器，得到如图2所示的色散管理孤子脉冲的光谱图和如图3所示的色散管理孤子单脉冲宽度信号示意图。从图2可以看出，该激光器输出光谱的半高全宽为15.51nm，其光谱的中心波长在1030nm附近，理论上，该光谱所对应的双曲正割型傅里叶极限变换脉冲宽度约为72fs；从图3可以看出，利用自相关仪测得的激光器输出脉冲宽度在双曲正割拟合的条件下实际上为78fs，该实测脉冲宽度已经接近理论上输出光谱所对应的傅里叶极限变换脉冲宽度值，说明GTI在此时已经补偿了合适的反常色散，整个激光器工作在近零色散区域，输出脉冲中的啁啾含量接近于零，同时也证明了GTI优异的色散补偿性能。
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