集成化反射式相位偏置器及光纖激光器和光波-微波鑒相器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型設(shè)及光纖激光技術(shù)，尤其設(shè)及一種集成化反射式相位偏置器及其光纖 激光器和光波-微波鑒相器。
【背景技術(shù)】
[0002] 鎖模光纖激光器脈沖超短，重復頻率確定、峰值功率高，在科學研究和工業(yè)加工中 有不可替代的應用價值。但是對比普通的激光器，鎖模激光器難于自啟動、易受外界干擾， 價格高，妨礙了其應用。
[0003] 光纖激光器中鎖模方案主要有=種：非線性環(huán)路反射鏡、可飽和吸收體、非線性偏 振旋轉(zhuǎn)。非線性環(huán)路反射鏡構(gòu)成的8字型鎖模光纖激光器鎖模啟動困難，常需要外部推動， 而非保偏光纖；可飽和吸收體中半導體可飽和吸收體有壽命，容易損壞；其他碳基可飽和 吸收體，例如碳納米管、石墨締等，在自然環(huán)境下很容易劣化、失去鎖模啟動功能。非線性偏 振旋轉(zhuǎn)可W提供穩(wěn)定可靠的鎖模啟動機制，提供非常高的平均功率，而且可利用幾乎所有 的脈沖形成機制，獲得高重復頻率或低重復頻率、皮秒或飛秒脈沖列。但是其利用非線性偏 振旋轉(zhuǎn)的本質(zhì)，決定了其必須用非保偏光纖，而非保偏光纖決定了運種激光器必然對環(huán)境 敏感。
[0004] 非線性環(huán)路反射鏡曾經(jīng)是最早的鎖模器件，用其制成的雙環(huán)路光纖激光器（8字 型光纖激光器）可W提供鎖模脈沖。但是其基本上不是自啟動的。原因在于其環(huán)路是零偏 置。而在零偏置情況下，環(huán)路反射鏡對非線性相移的敏感度很小。因此需要一個相位偏置。 所謂相位偏置，是指同一光路中相對傳播的光經(jīng)歷不同的相移。
[0005] JungwonKim(金正元）等人在OpticsLetters上發(fā)表的論文《Subfemtosecond synchronizationofmicrowaveoscillatorswithmode-lockedEr-fiberlasers》中的 光波-微波鑒相器，利用了非對稱相移器，并用其作為光纖環(huán)中的相位偏置器，但是由分立 的空間元件構(gòu)成，而且是透過式，不是反射式，需要兩個法拉第旋轉(zhuǎn)器，相移器中沒有偏振 棱鏡。
[0006] MenloSystems公司的專利申請化aserwithnon-linearopticalloop mirror》?？跾201500711322)利用了化ngwonKim等的相移器和相位偏置法，構(gòu)成了一種鎖 模激光器。其中相位偏置器也是透過式，需要兩個法拉第旋轉(zhuǎn)器，相移器中也沒有偏振棱鏡
[0007] Honzatko等人于 2013 年在OpticsLetters上發(fā)表的《Amode-locked thulium-dopedfiberI曰serb曰sedon曰nonline曰rloopmirror》論文，從及化曰11邑等人 于 2015 年在OpticsLetters上發(fā)表的《Directgenerationof2Waverage-powerand 232nJpicosecondpulsesfromanultra-simpleYb-dopeddouble-cladfiberlaser》 論文，均無相位偏置器，因此需要非常高的脈沖功率才能達到鎖模闊值，脈沖非常寬（幾百 皮秒至幾納秒）。 【實用新型內(nèi)容】
[0008] 為了獲得光纖激光器中自啟動和長期穩(wěn)定的鎖模，克服由于溫度、振動等環(huán)境參 數(shù)的變化造成的鎖模劣化，本實用新型提出了 一種集成化反射式相位偏置器及其應用。
[0009] 本實用新型的目的在于提供一種集成化反射式相位偏置器。
[0010] 本實用新型的集成化反射式相位偏置器包括：光纖夾持器、準直透鏡、偏振棱鏡、 法拉第旋轉(zhuǎn)器、雙折射晶體和反射鏡；其中，光纖夾持器固定第一和第二保偏光纖，運兩根 保偏光纖的快軸互相垂直，W及慢軸互相垂直，并且互為輸入輸出；經(jīng)過第一保偏光纖入射 的光，偏振方向沿著第一保偏光纖的一個軸，經(jīng)準直透鏡W-個角度進入偏振棱鏡，依次經(jīng) 過法拉第旋轉(zhuǎn)器和雙折射晶體，垂直入射至反射鏡返回，再經(jīng)過雙折射晶體和法拉第旋轉(zhuǎn) 器，相移為41，偏振方向旋轉(zhuǎn)90度，W另一個角度從偏振棱鏡出射后經(jīng)準直透鏡進入到第 二保偏光纖中，并且光的偏振方向任然沿著第二保偏光纖的同一個軸，從第二保偏光纖出 射；同樣，從第二保偏光纖入射的光，沿著相反的路徑往返一圈后，相移為42，偏振方向旋 轉(zhuǎn)90度，從第一保偏光纖出射，其中，(61聲d) 2。
[0011] 保偏光纖具有快軸和慢軸兩個軸，運兩根保偏光纖的保偏方向空間上互相垂直， 即兩根保偏光纖的快軸互相垂直，W及兩根光纖的慢軸互相垂直，分別經(jīng)過第一和第二保 偏光纖的入射光的偏振方向，在進入偏振棱鏡前空間上互相垂直，從而保證從一根保偏光 纖的入射光的偏振方向沿快軸，往返一圈偏振方向旋轉(zhuǎn)90度后，返回光進入另一根保偏光 纖的偏振方向仍然沿著另一根光纖的快軸，同理，一根保偏光纖的入射光的偏振方向沿慢 軸，返回光進入另一根保偏光纖仍然沿著另一根光纖的慢軸。
[0012] W偏振方向沿慢軸為例：經(jīng)過第一保偏光纖的入射光的偏振方向沿慢軸，經(jīng)過準 直透鏡，W-個角度經(jīng)過偏振棱鏡，然后入射至法拉第旋轉(zhuǎn)鏡，其偏振方向被旋轉(zhuǎn)45度，與 雙折射晶體的慢軸（或快軸）平行，獲得相移4i/2后，入射到反射鏡上；經(jīng)反射鏡反射后 返回，再次經(jīng)過雙折射晶體相移加倍為41;再次經(jīng)過法拉第旋轉(zhuǎn)器后偏振方向再旋轉(zhuǎn)45 度，與入射光的偏振方向互相垂直，由于返回光與入射光的偏振方向互相垂直，從偏振棱鏡 出射后的角度與入射光的角度不同，從而進入到第二保偏光纖中，由于第二保偏光纖與第 一保偏光纖的慢軸互相垂直，因此偏振方向仍然沿著第二保偏光纖的慢軸，從而從第二保 偏光纖出射。同樣的方式，經(jīng)過第二保偏光纖的入射光的偏振方向沿慢軸，經(jīng)過準直透鏡， W另一個角度入射至偏振棱鏡，然后入射至法拉第旋轉(zhuǎn)鏡，其偏振方向被旋轉(zhuǎn)45度，與雙 折射晶體的快軸（或慢軸）平行，獲得相移(62/2后，入射到反射鏡上；經(jīng)反射鏡反射后返 回，再次經(jīng)過雙折射晶體相移加倍為&2;再次經(jīng)過法拉第旋轉(zhuǎn)器后偏振方向再旋轉(zhuǎn)45度， 與從第二保偏光纖出來的入射光的偏振方向互相垂直，由于返回光與入射光的偏振方向互 相垂直，從偏振棱鏡出射后的角度與入射光的角度不同，從而進入到第一保偏光纖中，由于 第一保偏光纖與第二保偏光纖的慢軸互相垂直，因此偏振方向仍然沿著第一保偏光纖的慢 軸，從而從第一保偏光纖出射。
[0013] 保偏光纖采用大模場面積保偏光纖、滲雜增益保偏光纖、大模場面積雙包層保偏 光纖、保偏光子晶體光纖中的一種。保偏光纖中滲雜，使其具有增益特性。根據(jù)波長選擇或 設(shè)計保偏光纖，不受波長的限制。保偏光纖的端頭進行角度或模場面積的處理。兩根保偏 光纖的保偏方向在空間上互相垂直。
[0014] 雙折射晶體包括快軸和慢軸。法拉第旋轉(zhuǎn)器將入射光的偏振方向旋轉(zhuǎn)一個角度， 使偏振方向旋轉(zhuǎn)至與雙折射晶體的一個軸平行；而從另一跟保偏光纖的入射光經(jīng)過同一個 法拉第旋轉(zhuǎn)器，其偏振方向被旋轉(zhuǎn)到與雙折射晶體的另一個軸平行。法拉第旋轉(zhuǎn)器采用薄 片式法拉第旋轉(zhuǎn)器，或磁光晶體插入永磁體中構(gòu)成的法拉第旋轉(zhuǎn)器。
[0015] 本實用新型的相位偏置器中的雙折射晶體的快軸和慢軸引入非對稱相移，導 致與不同軸平行的偏振傳播的光的相移差，即相位偏置。從第一保偏光纖入射，往返一 圈從第二保偏光纖出射，發(fā)生相移為41，從第二保偏光纖入射，往返一圈從第一保偏光 纖出射，發(fā)生相移為，二者的相移差的大小由雙折射晶體的性質(zhì)和厚度決定，