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光纤式1550nm脉冲激光解决方案 - 筱晓光子实验分析⑨ 2021-11-09

现如今,光纤激光器凭借它体积小、成本低、稳定性强、光束质量好等优势,已逐渐成为国内外用于研发与应用的主流激光器之一。以1550 nm光纤激光器为例,其激光器的基本结构十分简单,如下图所示,将980 nm的半导体激光作为泵浦光(PUMP),通过波分复用(WDM)耦合进光纤激光器的谐振环,激发环内的掺铒有源光纤,在谐振环中受激辐射生成1550 nm激光。隔离器(ISO)是为了抑制另一个方向的激光,增加输出效率。在正确的谐振方向下,激光每传输一圈后通过10:90耦合器进行分束,提取10%的能量作为输出光,剩下的90%继续在环内被掺铒光纤放大。

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1550nm光纤连续激光器结构图




将该激光器的输出光送入光谱仪(Anritsu MS9740B),测的光谱图如下,激光的线宽为0.127 nm,信噪比约为60dB。此外,通过控制光纤中激光的偏振状态,还可以实现激光的波长调谐。

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在此基础上,通过非线性偏振演化(nonlinear polarization evolution)锁模技术,我们初步实现了对该1550 nm连续光的脉冲化,通过降低腔内损耗、调节泵浦功率和增加有源光纤长度,在未来有望将脉宽缩短到数个ps的级别。

非线性偏振演化锁模技术就是在连续激光器的光路基础上,在环中添加一对偏振控制器(PC)和一个起偏器,如下图所示。当激光在光纤中传输时,由于光纤的非线性效应,激光的偏振态会发生演化,结合起偏器(Polarizer)将偏振演化转化为功率演化,实现脉冲化。

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非线性偏振演化锁模技术实现的1550nm脉冲激光器光路图


脉冲光的测量结果如下,依次为激光光谱图、脉冲波包波形图(受限于探测器的响应时间)、脉冲频谱图(重复频率为15MHz)、自相关仪器测得的脉宽图(脉宽为14.26ps,比例系数为15.5ps/ms):

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980nm半导体高功率激光器

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10:90光纤分束器(光纤耦合器(2*2))

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980/1550nm波分复用器

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掺铒光纤

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1550nm光隔离器/
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三环偏振控制器

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1550nm直列型偏振器

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超快光电探测器

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光谱仪(Anritsu MS9740B)//
频谱仪(RSA5032)//
示波器(TBS 1152B)//
自相关仪(FR-103XL)

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