本发明涉及光纤激光器，尤其涉及一种基于马赫-曾德尔干涉仪的环形腔多波长掺铥光纤激光器。
背景技术：
1、在光纤激光器领域，掺铥光纤激光器因其优异的性能和广泛的应用前景而受到广泛关注。特别是多波长掺铥光纤激光器在光通信、光谱分析和医疗成像等领域展现了显著的多样性和灵活性。东京大学的set sze yun等人通过使用双折射lyot滤波器实现了双波长锁模光纤激光器，此方法利用双折射特性稳定了双波长输出，展示了双波长激光器的应用潜力。同时，南洋理工大学的yan等人展示了一种可调谐的多波长铥掺杂锁模光纤激光器，通过周期腔传输调制技术，实现了激光器在多个波长之间的调谐，表明了多波长激光输出的灵活性。
2、然而，现有技术在实现多波长锁模时存在一些不足。大多数激光器采用双折射诱导滤波器和双驼峰增益光谱，但增益竞争效应使这些激光器难以支持更多稳定的波长脉冲。增益竞争效应会导致激光器在不同波长之间的能量分布不均，从而影响其稳定性。此外，多波长掺铥光纤激光器通常面临模式竞争明显和锁模稳定性差的问题，这限制了其性能和实际应用。
技术实现思路
1、为此，本发明实施例提供了一种基于马赫-曾德尔干涉仪的环形腔多波长掺铥光纤激光器，用于解决现有技术中在多波长掺铥光纤激光器中模式竞争明显和锁模稳定性差的问题。
2、为了解决上述问题，本发明实施例提供一种基于马赫-曾德尔干涉仪的环形腔多波长掺铥光纤激光器，该激光器由半导体激光器和环形腔组成，所述环形腔包括波分复用器，掺铥光纤，隔离器，光纤耦合器，起偏器，马赫-曾德尔干涉型滤波器，黑磷可饱和吸收体及偏振控制器；
3、所述半导体激光器作为泵浦源，用于输出泵浦光；
4、所述半导体激光器产生的泵浦光经由波分复用器耦合后引入掺铥光纤，在此过程中泵浦光能量被有效吸收，并转换为信号光；信号光经隔离器后进入光纤耦合器，光纤耦合器将信号光分成两路：一路信号光继续在环形腔内循环，参与激光振荡；另一路作为激光输出端连接至探测设备，用于实时监控环形腔内的信号状态；在环形腔内循环的信号光经过起偏器后，其偏振态得到控制和调节，随后进入马赫-曾德尔干涉型滤波器进行处理；处理后的信号光进入黑磷可饱和吸收体，实现调制；调制后的信号光经偏振控制器进一步调节后，再次返回波分复用器的信号端口，从而完成整个腔内循环；
5、在循环过程中，不断有泵浦光注入环形腔，信号光在掺铥光纤中增益放大，并通过马赫-曾德尔干涉型滤波器和黑磷可饱和吸收体的调制作用，最终形成稳定的多波长激光输出。
6、优选地，所述半导体激光器的出射端通过单模光纤与波分复用器的泵浦端口连接；波分复用器的出射端通过单模光纤与掺铥光纤的入射端连接，掺铥光纤的出射端则通过单模光纤与隔离器的入射端连接；隔离器的出射端通过单模光纤连接至光纤耦合器的入射端，光纤耦合器的第一出射端通过单模光纤与起偏器的入射端连接；起偏器的出射端与马赫-曾德尔干涉型滤波器的入射端连接，马赫-曾德尔干涉型滤波器的出射端通过单模光纤与黑磷可饱和吸收体的入射端连接；黑磷可饱和吸收体的出射端通过单模光纤连接至偏振控制器的入射端，偏振控制器的出射端最终通过单模光纤与波分复用器的信号端口连接，从而完成整个光路的闭环连接。
7、优选地，所述半导体激光器用于输出中心波长为1570nm的连续泵浦光。
8、优选地，所述波分复用器为1570/1950nm的波分复用器。
9、优选地，所述隔离器用于确保环形腔内的光信号单向传输，防止光反馈引起的干扰和不稳定。
10、优选地，所述光纤耦合器为50:50的光纤耦合器。
11、优选地，所述马赫-曾德尔干涉型滤波器由第一光纤耦合器和第二光纤耦合器串联而成，形成两个干涉臂。
12、优选地，所述马赫-曾德尔干涉型滤波器的自由光谱范围为3nm。
13、优选地，所述在腔内循环的信号光经过起偏器进行偏振态调整后，进入马赫-曾德尔干涉型滤波器进行处理，具体包括：
14、在腔内循环的信号光经过起偏器进行偏振态调整后，进入马赫-曾德尔干涉型滤波器，经过起偏器进行偏振态调整后的信号光在第一光纤耦合器处被分成两路，分别经过不同的干涉臂传输后，在第二光纤耦合器处重新汇合并发生干涉，产生梳状滤波效应，实现对特定波长光信号的增强或抑制处理。
15、优选地，所述马赫-曾德尔干涉滤波器的传输特性表示为：
16、
17、其中，t为透射率，neff表示普通光纤的有效折射率，δl表示两个干涉臂的物理长度差，λ表示工作波长；此外，自由光谱范围是描述马赫-曾德尔干涉滤波器干涉曲线周期性的重要参数，它表示相邻两个干涉峰或谷之间的波长间隔，自由光谱范围的计算公式为：
18、
19、式中，δλ表示自由光谱范围。
20、从以上技术方案可以看出，本发明申请具有以下有益效果：
21、(1)多波长稳定输出与宽光谱可调谐性：本发明通过集成马赫-曾德尔干涉型滤波器与黑磷可饱和吸收体，有效克服了增益竞争与模式竞争，实现了从单波长到多波长(四波长)的稳定锁模激光输出，同时展现出高达55.8nm的可调谐光谱范围，满足了不同应用场景对波长多样性的需求。
22、(2)增强的锁模稳定性：采用混合腔锁模技术与马赫-曾德尔干涉型滤波器结合，显著提升了激光器的锁模稳定性，确保了激光输出的高质量与可靠性，为科研及工业应用提供了稳定的激光源。
1.一种基于马赫-曾德尔干涉仪的环形腔多波长掺铥光纤激光器，其特征在于，所述激光器由半导体激光器和环形腔组成，所述环形腔包括波分复用器，掺铥光纤，隔离器，光纤耦合器，起偏器，马赫-曾德尔干涉型滤波器，黑磷可饱和吸收体及偏振控制器；
2.根据权利要求1所述的基于马赫-曾德尔干涉仪的环形腔多波长掺铥光纤激光器，其特征在于，所述半导体激光器的出射端通过单模光纤与波分复用器的泵浦端口连接；波分复用器的出射端通过单模光纤与掺铥光纤的入射端连接，掺铥光纤的出射端则通过单模光纤与隔离器的入射端连接；隔离器的出射端通过单模光纤连接至光纤耦合器的入射端，光纤耦合器的第一出射端通过单模光纤与起偏器的入射端连接；起偏器的出射端与马赫-曾德尔干涉型滤波器的入射端连接，马赫-曾德尔干涉型滤波器的出射端通过单模光纤与黑磷可饱和吸收体的入射端连接；黑磷可饱和吸收体的出射端通过单模光纤连接至偏振控制器的入射端，偏振控制器的出射端最终通过单模光纤与波分复用器的信号端口连接，从而完成整个光路的闭环连接。马赫-曾德尔干涉型滤波器马赫-曾德尔干涉型滤波器。
3.根据权利要求1所述的基于马赫-曾德尔干涉仪的环形腔多波长掺铥光纤激光器，其特征在于，所述半导体激光器用于输出中心波长为1570nm的连续泵浦光。
4.根据权利要求1所述的基于马赫-曾德尔干涉仪的环形腔多波长掺铥光纤激光器，其特征在于，所述波分复用器为1570/1950nm的波分复用器。
5.根据权利要求1所述的基于马赫-曾德尔干涉仪的环形腔多波长掺铥光纤激光器，其特征在于，所述隔离器用于确保环形腔内的光信号单向传输，防止光反馈引起的干扰和不稳定。
6.根据权利要求1所述的基于马赫-曾德尔干涉仪的环形腔多波长掺铥光纤激光器，其特征在于，所述光纤耦合器为50:50的光纤耦合器。
7.根据权利要求1所述的基于马赫-曾德尔干涉仪的环形腔多波长掺铥光纤激光器，其特征在于，所述马赫-曾德尔干涉型滤波器由第一光纤耦合器和第二光纤耦合器串联而成，形成两个干涉臂。
8.根据权利要求1所述的基于马赫-曾德尔干涉仪的环形腔多波长掺铥光纤激光器，其特征在于，所述马赫-曾德尔干涉型滤波器的自由光谱范围为3nm。
9.根据权利要求1所述的基于马赫-曾德尔干涉仪的环形腔多波长掺铥光纤激光器，其特征在于，所述在腔内循环的信号光经过起偏器进行偏振态调整后，进入马赫-曾德尔干涉型滤波器进行处理，具体包括：
10.根据权利要求1所述的基于马赫-曾德尔干涉仪的环形腔多波长掺铥光纤激光器，其特征在于，所述马赫-曾德尔干涉滤波器的传输特性表示为：
