一种可配置超快光纤激光振荡器及工作方法与流程

本发明涉及激光器，特别涉及一种可配置超快光纤激光振荡器及工作方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

2、超快光纤激光器是目前激光器发展的重要方向，特别是其在超精密加工、精密测距以及非线性光学领域相对现有连续激光具有显著优势。振荡级是超快光纤激光器最为核心的环节，当前，人们已通过各种方式实现了皮秒和飞秒级别的超快光纤振荡器方案，其中基于全保偏光纤结构和半导体可饱和吸收体锁模的方案以其优良的稳定性和环境适应性，是目前超快光纤激光振荡器的主流方案。

3、然而，由于超快激光器在实现超短脉冲输出时需要面临谐振腔内极其复杂的非线性、色散、损耗和增益的相互作用，而这四种因素的组合千变万化，不同于基于非线性偏振旋转锁模机制的超快激光器（这种激光器方案已可实现智能控制），全保偏结构方案在一个谐振腔搭建完成后可实现的调控参数非常有限，在获得稳定锁模脉冲输出后往往存在重复性差和稳定性差等问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种可配置超快光纤激光振荡器及工作方法，首次提出了在全保偏超快光纤激光振荡器中同时对三个关键参数（增益、损耗和色散）进行灵活配置的方案，通过对腔内核心配置参数的精细调节，遍历谐振腔稳定工作区间，进而获得最佳配置，获得高可靠性和高可重复性振荡器输出，同时可获得不同锁模孤子形态的转换，为超快光纤激光器的规模化发展奠定了基础。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种可配置超快光纤激光振荡器。

4、一种可配置超快光纤激光振荡器，包括：泵浦激光器、保偏光纤波分复用器、保偏掺杂光纤、第一保偏光纤环形器、半导体可饱和吸收镜、第二保偏光纤环形器、保偏啁啾光纤光栅、温控盒和保偏可调光衰减器，泵浦激光器、温控盒和保偏可调光衰减器分别与集成控制单元连接；

5、泵浦激光器与保偏光纤波分复用器通过光纤连接，保偏光纤波分复用器与保偏掺杂光纤连接，保偏光纤波分复用器通过光纤与保偏可调光衰减器连接，保偏掺杂光纤与第一保偏光纤环形器连接，第一保偏光纤环形器通过光纤与半导体可饱和吸收镜连接，第二保偏光纤环形器分别通过光纤与第一保偏光纤环形器、保偏啁啾光纤光栅和保偏可调光衰减器连接，保偏啁啾光纤光栅位于温控盒内。

6、作为本发明第一方面进一步的限定，集成控制单元与上位机通信连接。

7、作为本发明第一方面进一步的限定，泵浦激光器用于作为谐振腔的泵浦光源，保偏光纤波分复用器用于将泵浦光耦合进入谐振腔中；保偏掺杂光纤作为谐振腔的增益介质，用于根据掺杂离子的不同获得不同波段的信号光输出。

8、作为本发明第一方面进一步的限定，第一保偏光纤环形器为单向导光器件，用于将信号光导入半导体可饱和吸收镜并单向返回谐振腔中；半导体可饱和吸收镜用于信号光脉冲的强度选择，以实现谐振腔的锁模建立。

9、作为本发明第一方面进一步的限定，第二保偏光纤环形器为单向导光器件，用于将信号光导入保偏啁啾光纤光栅并单向返回谐振腔中，保偏啁啾光纤光栅用于提供可调的二阶色散补偿参数，用于配置谐振腔色散分布和净色散量。

10、作为本发明第一方面进一步的限定，温控盒用于对保偏啁啾光纤光栅的温度控制，保偏可调光衰减器用于进行衰减的连续可调，用于调节谐振腔内的损耗参数。

11、第二方面，本发明提供了一种可配置超快光纤激光振荡器的工作方法。

12、一种可配置超快光纤激光振荡器的工作方法，利用本发明第一方面所述的可配置超快光纤激光振荡器，包括以下过程：

13、系统上电，温控盒温控保持室温，将保偏可调光衰减器的衰减配置为0db；

14、从小到大调节泵浦激光器的功率，观察锁模状态，直到实现锁模输出并记录功率阈值；

15、继续调节泵浦激光器的功率至出现基频失锁，并记录失锁功率阈值；

16、从小到大调节保偏可调光衰减器的衰减值，直至再次恢复锁模，记录此时衰减值；

17、继续调节保偏可调光衰减器衰减值至出现基频失锁，记录此时衰减值；

18、调节温控盒的温度，间接改变啁啾光栅的色散值，直至再次恢复锁模，记录此时温度值；

19、继续调节温控盒的温度至出现基频失锁，记录此时温度值；

20、依次类推，分别改变或同时改变泵浦激光器、保偏可调光衰减器和温控盒的配置参数，遍历能够进行稳定锁模建立和保持的所有参数组合，得到进行稳定锁模输出的参数配置三维矩阵；

21、根据参数配置三维矩阵，选择谐振腔实际工作的区间，实现不同锁模孤子形态的切换。

22、作为本发明第二方面进一步的限定，根据参数配置三维矩阵，得到振荡器谐振腔所有离散的可运行区间，所述可运行区间不连续，不同配置参数组合下获得的参数集构成不同的谐振腔工作球体，各个谐振腔工作球体离散的分布于由泵浦功率、衰减参数和温度参数组成三维坐标空间中。

23、作为本发明第二方面进一步的限定，选择最大直径的谐振腔工作球体对应的参数集，并将初始工作点配置于所选择的谐振腔工作球体球心位置；或者，选择直径大于设定阈值的谐振腔工作球体对应的参数集，并将初始工作点配置于所选择的谐振腔工作球体球心位置。

24、作为本发明第二方面进一步的限定，通过控制恒温盒的温度改变保偏啁啾光纤光栅的色散补偿量，对腔内色散参数分布和净色散进行管理，通过色散分布和净色散的不同诱导建立不同的孤子形态，进而实现不同锁模孤子形态的切换；根据遍历和筛选后的参数集，结合环境约束实验和最优路径算法，进振荡器输出脉冲形态的灵活配置。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

26、1、本发明创新性的提出了一种可配置超快光纤激光振荡器，可同时对腔内色散、增益和色散进行调节，通过对腔内核心配置参数的精细调节，遍历谐振腔稳定工作区间，进而获得最佳配置，获得高可靠性和高可重复性振荡器输出，同时可获得不同锁模孤子形态的转换，为超快光纤激光器的规模化发展奠定了基础。

27、2、本发明通过精确控制恒温盒进而改变保偏啁啾光纤光栅的色散补偿量，实现了对腔内色散参数分布和净色散的管理，根据激光器孤子建立理论，色散分布和净色散的不同诱导建立不同的孤子形态，从而显著提高了超快激光振荡器的输出参数灵活性。

28、3、本发明尽可能选择具有大直径工作空间（直径最大的或者大于设定阈值）的工作集，并将初始工作点配置于球心参数位置，通过参数集的遍历和筛选，结合环境约束实验和最优路径算法，可进一步提高激光器振荡器的长期工作可靠性。

29、4、本发明解决了当前全保偏超快光纤激光器参数无法配置的现状，有助于显著优化重复性和稳定性差的问题，对高可靠性超快光纤激光器的应用起到推动作用；同时，通过多参数的集中控制和最优路径算法的引入，有望在获得可靠激光器的基础上实现振荡器输出脉冲形态的灵活配置和管理，适应更广泛的应用需求。

30、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。