本發(fā)明涉及鎖模激光器，具體地說，涉及一種單腔雙向同步鎖模激光器。

背景技術(shù)：

1、?光學(xué)頻率梳?是一種在頻譜上由一系列均勻間隔且具有相干穩(wěn)定相位關(guān)系的頻率分量組成的光譜。它類似于一把光尺，能夠?qū)崿F(xiàn)對光學(xué)頻率的精密測量。光學(xué)頻率梳通過鎖模激光產(chǎn)生超短光脈沖，這些脈沖的相鄰波時間間隔完全一致，使得光學(xué)頻率梳在時域上表現(xiàn)為飛秒量級時間寬度的電磁場振蕩包絡(luò)，而在頻域上則表現(xiàn)為具有相等頻率間隔的光學(xué)頻率序列。

2、而光頻梳作為當(dāng)今激光與時間頻率科學(xué)的前沿技術(shù)，有效鏈接了電磁頻譜中的光學(xué)頻率與微波頻率，以一種簡單而巧妙的方式提供了高精準(zhǔn)頻率源。其在高精度頻率測量、光譜學(xué)以及時間基準(zhǔn)方面的應(yīng)用，使其在科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用中變得日益重要。隨著光梳技術(shù)的不斷進(jìn)步，雙光梳技術(shù)因其獨(dú)特的優(yōu)勢而逐漸成為研究的熱點(diǎn)。特別是雙光梳異步光采樣技術(shù)，其在光譜測量、痕量氣體檢測和測距領(lǐng)域表現(xiàn)出廣泛的實(shí)用性。

3、然而，關(guān)于雙光梳同步鎖模激光器的研究和報道卻相對較少。這類激光器能夠有效應(yīng)用于拉曼光譜測量和頻率轉(zhuǎn)換，對開展科學(xué)研究尤其是在高靈敏度檢測方面具有重大意義。本發(fā)明基于上述背景，提出了一種單腔雙向同步鎖模激光器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種單腔雙向同步鎖模激光器，以解決上述背景技術(shù)中提出的現(xiàn)有技術(shù)中缺乏對用于拉曼光譜測量和頻率轉(zhuǎn)換的雙光梳同步鎖模激光器的研究的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明目的在于，提供了一種單腔雙向同步鎖模激光器，包括：

3、980nm的泵浦激光源；

4、增益介質(zhì)；

5、以及諧振腔；

6、所述增益介質(zhì)為一段摻鉺光纖，所述諧振腔由波分復(fù)用器（wdm）、半導(dǎo)體可飽和吸收體（sa）、偏振控制器（pc）以及光纖耦合器（oc）組成。

7、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述980nm的泵浦激光源用于發(fā)出波長為980nm的光束，并提供激發(fā)能量，推動摻鉺光纖中的鉺離子提供光纖增益，從而提升激光器的整體輸出功率。

8、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述增益介質(zhì)用于放大通過光纖傳播的光信號，利用鉺離子的躍遷特性，在980nm泵浦光的激發(fā)下生成高能的激光輸出來滿足激光器的輸出要求。

9、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述諧振腔用于形成光的反饋和增強(qiáng)，通過反射和干涉效應(yīng)使激光信號在腔內(nèi)多次傳播，從而實(shí)現(xiàn)激光的模式選擇和功率放大，確保穩(wěn)定的鎖模輸出和提高激光器的頻率穩(wěn)定性。

10、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述波分復(fù)用器（wdm）用于整合不同波長光信號，反射980nm的泵浦光，透過1550nm的信號光。

11、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述半導(dǎo)體可飽和吸收體（sa）作為鎖模裝置，光脈沖在諧振腔內(nèi)每循環(huán)一次，都會經(jīng)過工作介質(zhì)和可飽和吸收體。工作介質(zhì)的受激輻射放大作用和可飽和吸收體的非線性損耗，都會改變脈沖不同位置的強(qiáng)度值。由于可飽和吸收體對弱入射光透射率小，吸收系數(shù)大，因此弱光受到的損耗較大。而對強(qiáng)入射光透射率高，吸收系數(shù)小，使得強(qiáng)光在經(jīng)過可飽和吸收體后，損耗更小。光脈沖在諧振腔內(nèi)多次循環(huán)后，光強(qiáng)較弱的邊沿部分被吸收，脈沖尖峰部位能有效通過。脈沖寬度減小，不斷被壓窄形成超短脈沖，實(shí)現(xiàn)鎖模輸出。

12、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述偏振控制器（pc）用于調(diào)節(jié)激光輸出光的偏振狀態(tài)，通過精確控制偏振方向，能夠在不同的應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)所需的激光特性，所述光纖耦合器（oc）用于將諧振腔內(nèi)的光信號進(jìn)行有效耦合輸出，準(zhǔn)確的耦合機(jī)制確保了激光信號可以被有效地傳輸?shù)胶罄m(xù)的測量應(yīng)用端，并實(shí)現(xiàn)更高的系統(tǒng)集成度。

13、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述激光器通過順時針和逆時針兩個方向的光耦合輸出，實(shí)現(xiàn)雙向同步鎖模，同時順時針與逆時針方向的激光輸出功率為3倍的功率差異。

14、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述激光器的鎖模重頻為45.6mhz，此頻率的設(shè)計使得激光器能夠維持長時間的鎖模狀態(tài)，真正實(shí)現(xiàn)超長時間的激光輸出穩(wěn)定性，其鎖模持續(xù)時間超過10小時，展現(xiàn)出優(yōu)異的操作性能。

15、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述激光器輸出光譜的中心波長為1565nm，其光譜范圍為1560-1570nm，適合用于多種波長選擇與應(yīng)用場景，確保滿足各種光譜分析和測量需求。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

17、1、該單腔雙向同步鎖模激光器具有高穩(wěn)定性：由于具備鎖模機(jī)制，激光器能夠?qū)崿F(xiàn)長時間的穩(wěn)定輸出，鎖模時間超過10小時，從而能夠滿足長期實(shí)驗(yàn)需求。

18、2、該單腔雙向同步鎖模激光器具有高頻率精度：通過雙向同步鎖模的方式，可以有效降低激光功率差異，從而提高測量的精度和可靠性，對拉曼光譜測量等高靈敏度應(yīng)用尤為重要。

19、3、該單腔雙向同步鎖模激光器具有寬光譜輸出：激光器輸出光譜的中心波長為1565nm，覆蓋了1560-1570nm的范圍，適應(yīng)多種光譜測量需求，拓展了其在痕量氣體檢測和其他光譜應(yīng)用中的使用潛力。

20、4、該單腔雙向同步鎖模激光器具有優(yōu)良的自啟動能力：鎖模重頻為45.6mhz的輸出特點(diǎn)，確保激光器具有快速響應(yīng)能力，使其能夠滿足實(shí)時監(jiān)測和精確測量的要求。

21、5、該單腔雙向同步鎖模激光器具有廣泛的應(yīng)用前景：該激光器的設(shè)計可以靈活應(yīng)用于拉曼光譜測量、頻率轉(zhuǎn)換等科學(xué)研究領(lǐng)域，推動相關(guān)科技的發(fā)展。

技術(shù)特征：

1.一種單腔雙向同步鎖模激光器，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單腔雙向同步鎖模激光器，其特征在于，所述980nm的泵浦激光源用于發(fā)出波長為980nm的光束，并提供激發(fā)能量，激發(fā)摻鉺光纖中的鉺離子躍遷，提供光纖增益。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單腔雙向同步鎖模激光器，其特征在于，所述增益介質(zhì)用于放大通過光纖傳播的光信號。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單腔雙向同步鎖模激光器，其特征在于，所述諧振腔用于形成光的反饋和增強(qiáng)，通過反射和干涉效應(yīng)使激光信號在腔內(nèi)多次傳播。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單腔雙向同步鎖模激光器，其特征在于，所述波分復(fù)用器（wdm）用于整合不同波長光信號，反射980nm的泵浦光，透過1550nm的信號光。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單腔雙向同步鎖模激光器，其特征在于，所述半導(dǎo)體可飽和吸收體作為鎖模裝置，用于實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)各縱模之間相位的鎖定。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單腔雙向同步鎖模激光器，其特征在于，所述偏振控制器用于調(diào)節(jié)激光輸出光的偏振狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)兩個方向同步鎖模，所述光纖耦合器用于將諧振腔內(nèi)的光信號進(jìn)行有效耦合輸出。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單腔雙向同步鎖模激光器，其特征在于，所述激光器通過順時針和逆時針兩個方向的光耦合輸出，實(shí)現(xiàn)雙向同步鎖模，同時順時針與逆時針方向的激光輸出功率為3倍的功率差異。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單腔雙向同步鎖模激光器，其特征在于，所述激光器的鎖模重頻為45.6mhz，且鎖模時長超過10小時。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單腔雙向同步鎖模激光器，其特征在于，所述激光器輸出光譜的中心波長為1565nm，其光譜范圍為1560-1570nm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及鎖模激光器技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種單腔雙向同步鎖模激光器。該單腔雙向同步鎖模激光器，包括980nm的泵浦激光源、一段摻鉺光纖作為增益介質(zhì)和諧振腔。諧振腔由波分復(fù)用器（WDM）、半導(dǎo)體可飽和吸收體（SA）、偏振控制器（PC）及光纖耦合器（OC）構(gòu)成。順時針與逆時針兩個方向的光經(jīng)耦合器輸出，并分別通過隔離器輸送至測試端。激光器在時域輸出上表現(xiàn)為雙向同步鎖模，具有約3倍的功率差異，而在頻域輸出上，其鎖模重頻達(dá)到45.6MHz，展現(xiàn)出穩(wěn)定的自啟動特性及超過10小時的鎖模持續(xù)時間。同時，激光器輸出光譜的中心波長為1565nm，光譜范圍為1560?1570nm，滿足多種精確測量需求。

技術(shù)研發(fā)人員：孫海濤,李儀茗,陳陽,李燕平,王升超,李鴻春,羅曦
受保護(hù)的技術(shù)使用者：青島協(xié)同創(chuàng)新研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15