基于45°倾斜光纤光栅的可调谐调Q光纤激光器
【上海大学牟成博教授课题组】

        调Q光纤激光器凭借其脉冲能量大、工作效率高、成本低廉以及维护简单等优势已经被广泛应用于激光加工、医疗和通信等领域。对于调Q光纤激光器而言,波长可调节特性直接决定了这类激光器的应用场景,因此成为衡量其性能的重要指标。
        在激光器中实现调Q脉冲输出的途径有两种——在激光腔中插入声光或者电光调制器等主动调Q的方式以及采用半导体可饱和吸收镜、各种可饱和吸收体(碳纳米管、石墨烯)等被动调Q的方式。主动调Q的技术在增加激光器复杂性的同时也提高了其成本,采用半导体可饱和吸收镜实现被动调Q的方式会带来光谱调谐范围过小的问题,并且碳纳米管、石墨烯等可饱和吸收体本身就制备不易。相比于上述方法,非线性偏振旋转技术可以利用腔内的双折射以及非线性效应来实现对Q值的调节从而输出调Q脉冲,其本质上是一种等效可饱和吸收体,具备结构简单,调节方便等优点。

        上海大学特种光纤与光接入网省部共建教育部重点实验室牟成博教授研究团队提出了基于45°倾斜光纤光栅以及可调谐带通滤波器实现可调谐调Q光纤激光器的方案。
        45°倾斜光纤光栅具有较高的偏振相关损耗,能够作为起偏器使用。此器件配合其两侧的偏振控制器可以在激光器腔内实现非线性偏振旋转效应,非线性偏振旋转效应的作用是使得环形腔中的激光产生强度依赖损耗,进而导致脉冲压缩,实现调Q脉冲输出。所用45°倾斜光纤光栅在1525 nm~1605 nm波长范围内都具有较强的偏振相关损耗,这为调Q光纤激光器实现大范围的波长可调谐奠定了坚实的基础。
        基于45°倾斜光纤光栅以及带通滤波器搭建光纤激光器,在泵浦功率为655 mW 时,通过调节具有中心波长选择作用的带通滤波器,调 Q 状态下可以实现光谱在1512 nm~1552 nm 范围内的连续可调。在这个过程中,激光器的平均输出功率从0.282 mW 逐渐增加到 4.884 mW,脉冲重复频率从23.7 kHz 逐渐增加到119.0 kHz。这是目前为止基于非线性偏振旋转效应与光谱带通滤波器实现的可调谐调Q的光纤激光器中所获得的最宽的连续可调谐波长范围。

 
图1  不同倾斜角度的光纤光栅耦合原理示意图
 


图2  光谱范围在1525 nm~1605 nm时45°倾斜光纤光栅的损耗特性

 

 
图3  调Q光纤激光器在1512 nm~1552 nm范围内的可调谐特性

研究团队简介
       上海大学牟成博教授团队隶属于特种光纤与光接入网省部共建教育部重点实验室。团队组建于2016年,由第十二批国家“青年千人”牟成博教授领衔,在读博士生1人,在读硕士生8人,已毕业硕士生1人,其中多人已获得国家奖学金、一等学业奖学金、国际大会学生奖等荣誉,科研氛围积极活泼。团队以光纤激光器为依托,长期致力于全光纤超快激光器实现及脉冲动力学研究,并着力于光纤器件和激光偏振特性、新型光纤器件的传感及光纤激光应用等方面研究。已经在《IEEE J. Sel. Top》, 《Quantum Electronics》, 《Opt. Express》, 《Opt. Lett.》等期刊上发表多篇学术论文,并于近年参加国际会议并作邀请报告十余场,先后负责承担国家自然科学基金青年项目、上海市高校青年东方学者专项资助项目、国家青年千人计划专项资助项目等。

相关论文
胡啸林, 闫志君, 黄千千, 等. 45°倾斜光纤光栅波长可调谐调Q光纤激光器[J]. 光电工程, 2018, 45(10): 170741.
DOI: 10.12086/oee.2018.170741