基于马赫_曾德尔干涉仪的可调谐掺镱光纤激光器

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1、基于马赫-曾德尔干涉仪的可调谐掺镱光纤激光器摘要：通过使用一个由两个3dB光纤耦合器构成的光纤马赫-曾德干涉仪作为内腔滤波器，展示了一个调谐范围超过20nm的可调谐掺Yb环形腔全光纤激光器。在下文中将会详细叙述制作马赫-曾德光纤干涉仪的技术。光纤激光器在1050nm~1071nm的频率范围内具有稳定的mW量级的输出功率，频带抑制率超过45dB，而且带宽小于0.1nm。关键词：可调谐光纤激光器；环形腔光纤激光器；掺镱光纤；马赫-曾德干涉仪连续波（CW）和脉冲高功率光纤激光器在近几年取得了很大的进展。在所有的

2、高功率光纤激光器中，掺Yb光纤激光器因为它们较高功率量级和效率而尤为重要。这些光纤激光器可以用作次级激光的基本泵浦源来完成谐波或参数转换。这主要是考虑到高光线质量与光纤激光器有联系。光纤激光器可以实现一个合理范围内的较宽的可调谐性，例如，掺Er光纤激光器波长范围有100nm，但却被限制在一个小的范围内。和光纤激光器相比，光学参量振荡器（OPO）是一种可以在红外光谱区提供更宽的调谐范围的可调谐激光器。一般的，OPO的波长调谐可以通过调整所包含的非线性晶体的相位匹配角度或一些周期区域反向非线性光学晶体的光栅周

3、期譬如PPLN和PPMgLN。如果泵浦激光器（可以是固体激光器或光纤激光器）调谐范围很宽，那么OPO的输出可以很快速的进行调谐。因此，一个由主震荡功率放大器（MOPA）构成的可调谐掺Yb光纤激光器泵浦的OPO将会有敏捷的宽的可调谐性。参考以前可调谐波长掺铒光纤激光器可以通过多种方法实现的工作，包括光纤法布里-伯罗（FFP）调谐滤波器，宽范围内可调谐布拉格光纤光栅和多层薄膜干涉带通滤波器的应用。这些应用于掺铒光纤激光器系统的光栅或滤波器在市场上可以买到而且通常成本低廉。例如，工作在1550nm带宽的FFP可

4、调谐滤波器拥有超过100nm的自由光谱范围，因此制作一个掺Er光纤激光器会很容易的覆盖一个款的调谐范围。与上面所提到的技术相比，一个工作在1μm带宽的掺Yb光纤激光器的调谐方法实因为在1μm波长范围附近的内腔滤波器的限制而施起来很困难。工作在1μm的FFP滤波器比那些工作在1.5μm的滤波器昂贵很多，而且仅具有一个很窄的调谐范围。尽管曾经报道过一个用声光滤波器作为可调谐滤波器的外腔波长可调谐掺Yb光纤激光器，但是它包含大体积的光学组件并且使用起来太复杂。另外，由可调谐布拉格光纤光栅（FBG）构成的掺Yb光

5、纤激光器覆盖了很宽的45nm可调谐范围，展示了很好的表现。然而它的长期可持续性需要进一步的测试因为对布拉格光纤光栅应用高应力很可能会损坏布拉格光纤光栅。本文展示了最近在由马赫-曾德干涉仪作为内腔滤波器构成的持续可调谐掺Yb光纤激光器发展方面的工作。马赫-曾德干涉仪作为可调谐成分起决定激光器振荡波长的作用。这种全光纤激光器仅由几件普通的光学器件组成而且很容易构造。它为发展一种由二极管激光器泵浦的低成本高效率的可调谐光纤激光器提供了可能性，这种激光器具有高调谐率，中等功率，并且在1μm附近具有窄线宽。这种激光

6、器具有较广的可调谐性，可以作为高功率掺Yb光纤放大器的种源。它可能会适合于全光纤调Q环形激光系统，而这种激光系统对测距，刚度测量和激光定位器比较有吸引力。光纤激光器在1050nm~1071nm的频率范围内具有稳定的mW量级的输出功率，频带抑制率超过45dB，而且带宽小于0.1nm。另外它可以作为有主震荡功率放大器（MOPA）结构的包层泵浦高功率掺Yb光纤放大器的小的种源来达到广的调谐性。掺Yb光纤980nmLDWDM耦合器隔离器L150%50%L250%50%PC输出耦合器马赫-曾德干涉仪10%输出图1基

7、于马赫-曾德干涉仪的环形掺Yb光纤激光器原理图环形可调谐光纤激光器的结构如图1所示。激光共振器由一片长度1m的掺Yb光纤和用两个中心波长在1064nm的3dB光耦合器简单构成的马赫-曾德干涉仪组成。掺Yb光纤充当增益介质在包层直径为4μm和25μm分别具有在波长976nm吸收系数45dB/m。工作在976nm最大输出功率为100mW的带尾纤的激光二极管叠加到环形腔而泵浦源通过一个980/1060nm波分多路复用（WDM）耦合器。环形腔中包含一个光频隔离器来确保激光单向波长运行。一个光纤偏振控制器应用于腔内

8、来弥补谐振器元素的残余双折射。激光发射输出提取自中心波长在1064nm的10:90输出耦合器。激光输出频谱通过一个光学频谱分析仪（OSA，AQ6317C，fromAndo）检测并测量。环形光纤激光器中包含光纤马赫-曾德干涉仪对于实现稳定的宽的可调谐性是必不可少的。马赫-曾德干涉仪在环形光纤激光器中的特性曾在其应用于掺Er光纤激光器输出多波长激光的实验中研究过。通常，两个干涉仪的路径长度是不同的，如图1所示。光束在通过两个马赫-