CN116960720A - 一种脉宽和重复频率可调的皮秒脉冲激光器及加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种脉宽和重复频率可调的皮秒脉冲激光器及加工设备，该皮秒脉冲激光器中的振荡器设计有两条光路，每条光路上均配置有声光调制器、无源光纤和光栅，信号光传输至第一声光调制器或第二声光调制器，即第一声光调制器和第二声光调制器不能同时工作，通过改变对应光路中无源光纤的长度即可改变振荡器输出的重复频率，重复频率的调节范围可以达到几MHz到百MHz，即两条光路输出的重复频率可以灵活调整；通过改变两条光路中光栅的带宽和色散量即可改变振荡器输出的脉冲宽度，脉冲宽度的调节范围可以达到几皮秒到百皮秒，即两条光路输出的脉冲宽度可以灵活调整；并且两条光路输出的锁模脉冲激光还可以基于同一放大器的进行放大。

Description

一种脉宽和重复频率可调的皮秒脉冲激光器及加工设备

技术领域

本发明涉及激光技术领域，更具体地说，涉及一种脉宽和重复频率可调的皮秒脉冲激光器及加工设备，尤其涉及一种基于腔内双路声光调制的脉宽和重复频率可调的皮秒脉冲激光器及加工设备。

背景技术

随着激光技术的飞速发展，超快激光出现在了人们的视野之中，其具备独特的超短脉冲和超强的峰值功率。

在激光加工领域具有以下特点，特点一：加工的“超精细”，具体为超快激光能够聚焦到超细微空间区域，同时具有极高的峰值功率和极短的激光脉冲，加工时切面整齐、物热扩散、无微裂纹及冶金缺陷，加工过程中不会对所涉及的空间范围的周围材料造成影响，从而做到了加工的超精细；特点二：加工的“无热影响”，具体为脉冲宽度小于10ps的超快激光，由于脉冲持续时间只有皮秒飞秒量级，远小于材料中受激电子通过转移转化等形式的能量释放时间，能量来不及释放该脉冲已经结束，避免了能量的转移、转化以及热量的存在和热扩散，实现了真正意义上的激光“冷加工”。

其中，产生皮秒脉冲的装置主要是靠光纤锁模振荡器或者固体锁模振荡器，都可以产生几十-几百皮秒的脉冲，在经过声光调制器的降频，脉冲的重复频率可以从几十khz-MHz进行调节。

影响激光加工的质量参数主要是脉冲宽度和振荡器的重复频率，尤其是脉冲串加工时，相邻脉冲的间隔完全取决于振荡器的重复频率。现有的一台皮秒激光振荡器只能产生一种脉冲宽度和一种重复频率，要是想需要另外一种脉冲宽度和重复频率的参数只能选择另外一台激光器。

目前改变重复频率的方法是在振荡器之后加声光调制器进行降频，但是这种方法还是无法改变振荡器本身的重复频率，也就是说一台激光器振荡器的重复频率是无法改变的。

目前腔内改变脉宽的方法是腔内引入固体光路通过电热调节色散，这就导致系统不是全光纤光路，破坏了系统的稳定可靠性，而且脉宽调节的幅度也比较小。

那么，如何提供一种脉宽和重复频率可调的皮秒脉冲激光器，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种脉宽和重复频率可调的皮秒脉冲激光器及加工设备，技术方案如下：

一种脉宽和重复频率可调的皮秒脉冲激光器，所述皮秒脉冲激光器包括：振荡器和放大器；

所述振荡器包括第一光路、第二光路和第一耦合器，所述第一光路包括第一声光调制器、第一无源光纤和第一光栅，所述第二光路包括第二声光调制器、第二无源光纤和第二光栅；

其中，信号光传输至所述第一声光调制器或所述第二声光调制器；当所述信号光传输至所述第一声光调制器时，所述信号光依次经过所述第一声光调制器、所述第一无源光纤和所述第一光栅，透过所述第一光栅的锁模脉冲激光被所述第一耦合器耦合至所述放大器；当所述信号光传输至所述第二声光调制器时，所述信号光依次经过所述第二声光调制器、所述第二无源光纤和所述第二光栅，透过所述第二光栅的锁模脉冲激光被所述第一耦合器耦合至所述放大器；所述放大器用于对接收到的锁模脉冲激光进行放大处理。

优选的，在上述皮秒脉冲激光器中，所述第一光栅为均匀光纤光栅或啁啾光纤光栅；

所述第二光栅为均匀光纤光栅或啁啾光纤光栅。

优选的，在上述皮秒脉冲激光器中，所述振荡器还包括：信号光产生组件；

所述信号光产生组件用于产生所述信号光。

优选的，在上述皮秒脉冲激光器中，所述信号光产生组件包括：依次连接的半导体可饱和吸收镜、波分复用器、掺镱光纤和第二耦合器，所述第二耦合器分别与所述第一声光调制器和所述第二声光调制器连接；

所述信号光产生组件还包括：泵浦源，所述泵浦源与所述波分复用器的泵浦端连接；

其中，所述泵浦源用于产生泵浦光；

所述波分复用器用于将所述泵浦光反射至所述掺镱光纤；

所述掺镱光纤用于将所述泵浦光吸收后自发辐射产生所述信号光；

所述第二耦合器用于将所述信号光传输至所述第一声光调制器或所述第二声光调制器；

所述半导体可饱和吸收镜与所述第一光栅或与所述第二光栅形成所述振荡器的谐振腔，所述谐振腔内的信号光基于所述半导体可饱和吸收镜实现锁模形成锁模脉冲激光。

优选的，在上述皮秒脉冲激光器中，所述第一耦合器和所述第二耦合器分光的比例为50:50。

优选的，在上述皮秒脉冲激光器中，所述信号光产生组件包括：掺镱光纤、波分复用器、相移器、第二耦合器和泵浦源；

所述掺镱光纤、所述波分复用器和所述相移器依次连接，所述掺镱光纤未连接的一端和所述相移器未连接的一端分别与所述第二耦合器连接，形成虚拟可饱和吸收体；

所述第二耦合器分别与所述第一声光调制器和所述第二声光调制器连接，所述泵浦源与所述波分复用器的泵浦端连接；

其中，所述泵浦源用于产生泵浦光；

所述波分复用器用于将所述泵浦光反射至所述掺镱光纤；

所述掺镱光纤用于将所述泵浦光吸收后自发辐射产生所述信号光；

所述第二耦合器用于将所述信号光传输至所述第一声光调制器或所述第二声光调制器；

所述相移器用于为所述信号光提供初始相移；

所述虚拟可饱和吸收体与所述第一光栅或与所述第二光栅形成所述振荡器的谐振腔，所述谐振腔内的信号光基于所述虚拟可饱和吸收体实现锁模形成锁模脉冲激光。

优选的，在上述皮秒脉冲激光器中，所述信号光产生组件包括：第一掺镱光纤、第二掺镱光纤、第一波分复用器、第二波分复用器、环形器、第一泵浦源、第二泵浦源、第三耦合器和第四耦合器；

所述第一掺镱光纤和所述第一波分复用器依次连接，所述第一掺镱光纤未连接的一端和所述第一波分复用器未连接的一端分别与所述第三耦合器连接，形成虚拟可饱和吸收体；

所述第二掺镱光纤、所述第二波分复用器和所述环形器依次连接，所述第二掺镱光纤未连接的一端和所述环形器未连接的一端分别与所述第三耦合器连接；

所述第一泵浦源与所述第一波分复用器的泵浦端连接，所述第二泵浦源与所述第二波分复用器的泵浦端连接；

所述第四耦合器与所述环形器连接；

其中，所述第一泵浦源用于产生第一泵浦光；

所述第一波分复用器用于将所述第一泵浦光反射至所述第一掺镱光纤；

所述第一掺镱光纤用于将所述第一泵浦光吸收后自发辐射产生所述信号光；

所述第三耦合器用于将所述信号光通过所述环形器耦合至所述第四耦合器；

所述第四耦合器用于将所述信号光传输至所述第一声光调制器或所述第二声光调制器；

所述第二泵浦源用于产生第二泵浦光；

所述第二波分复用器用于将所述第二泵浦光反射至所述第二掺镱光纤；

所述第二掺镱光纤用于将所述第二泵浦光吸收后为所述信号光进行增益放大；

所述虚拟可饱和吸收体与所述第一光栅或与所述第二光栅形成所述振荡器的谐振腔，所述谐振腔内的信号光基于所述虚拟可饱和吸收体实现锁模形成锁模脉冲激光。

优选的，在上述皮秒脉冲激光器中，所述皮秒脉冲激光器还包括：激光加工整形模块；

所述激光加工整形模块用于将所述放大器输出的光进行整形处理。

优选的，在上述皮秒脉冲激光器中，所述皮秒脉冲激光器还包括：第一控制模块和第二控制模块；

所述第一控制模块用于向所述第一声光调制器发送第一射频信号，以控制所述第一声光调制器的工作状态；

所述第二控制模块用于向所述第二声光调制器发送第二射频信号，以控制所述第二声光调制器的工作状态。

本申请还提供了一种加工设备，所述加工设备包括上述任一项所述的皮秒脉冲激光器。

相较于现有技术，本发明实现的有益效果为：

本发明提供的一种脉宽和重复频率可调的皮秒脉冲激光器包括：振荡器和放大器；所述振荡器包括第一光路、第二光路和第一耦合器，所述第一光路包括第一声光调制器、第一无源光纤和第一光栅，所述第二光路包括第二声光调制器、第二无源光纤和第二光栅；其中，信号光传输至所述第一声光调制器或所述第二声光调制器；当所述信号光传输至所述第一声光调制器时，所述信号光依次经过所述第一声光调制器、所述第一无源光纤和所述第一光栅，透过所述第一光栅的锁模脉冲激光被所述第一耦合器耦合至所述放大器；当所述信号光传输至所述第二声光调制器时，所述信号光依次经过所述第二声光调制器、所述第二无源光纤和所述第二光栅，透过所述第二光栅的锁模脉冲激光被所述第一耦合器耦合至所述放大器；所述放大器用于对接收到的锁模脉冲激光进行放大处理。该皮秒脉冲激光器中的振荡器设计有两条光路，每条光路上均配置有声光调制器、无源光纤和光栅，信号光传输至第一声光调制器或第二声光调制器，也就说明第一声光调制器和第二声光调制器不能同时工作，通过改变对应光路中无源光纤的长度即可改变振荡器输出的重复频率，第一无源光纤和第二无源光纤可以是相同的长度，也可以是不同的长度，显然两条光路输出的重复频率可以相同也可以不相同，重复频率的调节范围可以达到几MHz到百MHz，即两条光路输出的重复频率可以灵活调整；进一步的通过改变两条光路中光栅的带宽和色散量即可改变振荡器输出的脉冲宽度，显然两条光路输出的脉冲宽度可以相同也可以不相同，脉冲宽度的调节范围可以达到几皮秒到百皮秒，即两条光路输出的脉冲宽度可以灵活调整；进一步的两条光路输出的锁模脉冲激光还可以基于同一放大器的进行放大。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种脉宽和重复频率可调的皮秒脉冲激光器的原理结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种振荡器的部分原理结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种振荡器的部分原理结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

基于背景技术记载的内容而言，本发明实施例提供了一种脉宽和重复频率可调的皮秒脉冲激光器，在振荡器的谐振腔内部加入两路声光调制器，实现了两路不同参数（脉冲宽度和重复频率）的脉冲振荡输出，然后经过耦合器进入到放大器中，该脉宽和重复频率可调的皮秒脉冲激光器可以灵活调整振荡器内两路声光调制器所在光路上的光器件参数，并且还能在同一路中基于同一放大器的进行放大，实现了一机两用的功能，即一台激光器可以输出两种不同的脉冲宽度和重复频率，一台加工设备配一台激光器就可以拥有两台激光器的用户体验，大大节省了用户的采购成本和厂房占地面积，提高了工业加工和科研研究的效率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参考图1，图1为本发明实施例提供的一种脉宽和重复频率可调的皮秒脉冲激光器的原理结构示意图，需要说明的是，图1中还图示出了待加工材料A，该待加工材料A并不属于皮秒脉冲激光器的组成部分，本发明实施例提供的一种脉宽和重复频率可调的皮秒脉冲激光器包括：振荡器11和放大器12。

所述振荡器11包括第一光路、第二光路和第一耦合器13，所述第一光路包括第一声光调制器14、第一无源光纤15和第一光栅16，所述第二光路包括第二声光调制器17、第二无源光纤18和第二光栅19。

其中，信号光传输至所述第一声光调制器14或所述第二声光调制器17；当所述信号光传输至所述第一声光调制器14时，所述信号光依次经过所述第一声光调制器14、所述第一无源光纤15和所述第一光栅16，透过所述第一光栅16的锁模脉冲激光被所述第一耦合器13耦合至所述放大器12；当所述信号光传输至所述第二声光调制器17时，所述信号光依次经过所述第二声光调制器17、所述第二无源光纤18和所述第二光栅19，透过所述第二光栅19的锁模脉冲激光被所述第一耦合器13耦合至所述放大器12；所述放大器12用于对接收到的锁模脉冲激光进行放大处理。

具体的，在本发明实施例中该皮秒脉冲激光器中的振荡器11设计有两条光路，每条光路上均配置有声光调制器、无源光纤和光栅，即所述第一光路包括第一声光调制器14、第一无源光纤15和第一光栅16，所述第二光路包括第二声光调制器17、第二无源光纤18和第二光栅19。

在本发明实施例中信号光要么传输至第一声光调制器14，要么传输至第二声光调制器17，不能同时传输至第一声光调制器14和第二声光调制器17，也就说明第一声光调制器14和第二声光调制器17不能同时工作。

通过改变对应光路中无源光纤的长度即可改变振荡器11输出的重复频率，第一无源光纤15和第二无源光纤18可以是相同的长度，也可以是不同的长度，显然两条光路输出的重复频率可以相同也可以不相同，在振荡器11的其它光纤参数相同的情况下，当第一无源光纤15和第二无源光纤18的长度相同时，两条光路输出的重复频率相同，当第一无源光纤15和第二无源光纤18的长度不同时，两条光路输出的重复频率不同，其中重复频率的调节范围可以达到几MHz到百MHz，即两条光路输出的重复频率可以灵活调整。

进一步的，通过改变两条光路中光栅的带宽和色散量即可改变振荡器11输出的脉冲宽度，显然两条光路输出的脉冲宽度可以相同也可以不相同，脉冲宽度的调节范围可以达到几皮秒到百皮秒，即两条光路输出的脉冲宽度可以灵活调整。

进一步的两条光路输出的锁模脉冲激光还可以基于同一放大器12的进行放大。

综合来说，本发明实施例提供的一种脉宽和重复频率可调的皮秒脉冲激光器，是在振荡器11的谐振腔内部加入两路声光调制器，实现了两路不同参数（脉冲宽度和重复频率）的脉冲振荡输出，然后经过第一耦合器13进入到放大器12中，该脉宽和重复频率可调的皮秒脉冲激光器可以灵活调整振荡器11内两路声光调制器所在光路上的光器件参数，并且还能在同一路中基于同一放大器的进行放大，实现了一机两用的功能，即一台激光器可以输出两种不同的脉冲宽度和重复频率。

可选的，在本发明另一实施例中，该放大器12可以为固体放大器或光纤放大器。

可选的，在本发明另一实施例中，所述皮秒脉冲激光器还包括：第一控制模块和第二控制模块。

所述第一控制模块用于向所述第一声光调制器14发送第一射频信号，以控制所述第一声光调制器14的工作状态。

所述第二控制模块用于向所述第二声光调制器17发送第二射频信号，以控制所述第二声光调制器17的工作状态。

具体的，在该实施例中当第一控制模块控制第一声光调制器14处于工作状态时，第二控制模块需控制第二声光调制器17处于非工作状态，此时第一声光调制器14工作在连续衍射模式下，第一光路导通，产生对应脉冲宽度和重复频率的锁模脉冲激光。

当第二控制模块控制第二声光调制器17处于工作状态时，第一控制模块需控制第一声光调制器14处于非工作状态，此时第二声光调制器17工作在连续衍射模式下，第二光路导通，产生对应脉冲宽度和重复频率的锁模脉冲激光。

也就说明在本发明实施例中第一声光调制器14和第二声光调制器17不能同时工作，否则第一光路和第二光路的信号会串扰，导致锁模不稳定。

可选的，在本发明另一实施例中，所述第一光栅16为均匀光纤光栅或啁啾光纤光栅；所述第二光栅19为均匀光纤光栅或啁啾光纤光栅。

可选的，在本发明另一实施例中，如图1所示，所述振荡器11还包括：信号光产生组件20。

所述信号光产生组件20用于产生所述信号光。

所述信号光产生组件20包括：依次连接的半导体可饱和吸收镜21、波分复用器22、掺镱光纤23和第二耦合器24，所述第二耦合器24分别与所述第一声光调制器14和所述第二声光调制器17连接。

所述信号光产生组件20还包括：泵浦源25，所述泵浦源25与所述波分复用器22的泵浦端连接。

其中，所述泵浦源25用于产生泵浦光。

所述波分复用器22用于将所述泵浦光反射至所述掺镱光纤23。

所述掺镱光纤23用于将所述泵浦光吸收后自发辐射产生所述信号光。

所述第二耦合器24用于将所述信号光传输至所述第一声光调制器14或所述第二声光调制器17。

所述半导体可饱和吸收镜21与所述第一光栅16或与所述第二光栅19形成所述振荡器11的谐振腔，所述谐振腔内的信号光基于所述半导体可饱和吸收镜21实现锁模形成锁模脉冲激光，其中利用半导体可饱和吸收效应，半导体可饱和吸收镜21将高峰值功率部分的信号光反射回振荡器11的谐振腔，信号光依次经过谐振腔内器件传输到第一光栅16或第二光栅19，之后一部分信号光又被反射回振荡器11的谐振腔，另一部分信号光透射作为锁模脉冲激光输出。

具体的，在该实施例中振荡器11由以下几部分组成：半导体可饱和吸收镜21、波分复用器22、掺镱光纤23、第二耦合器24、泵浦源25、第一声光调制器14、第一无源光纤15、第一光栅16、第二声光调制器17、第二无源光纤18和第二光栅19，其中半导体可饱和吸收镜21、波分复用器22、掺镱光纤23、第二耦合器24、泵浦源25、第一声光调制器14、第一无源光纤15和第一光栅16构成振荡器11的第一个谐振腔，半导体可饱和吸收镜21、波分复用器22、掺镱光纤23、第二耦合器24、泵浦源25、第二声光调制器17、第二无源光纤18和第二光栅19构成振荡器11的第二个谐振腔，所有器件之间均为光纤连接，半导体可饱和吸收镜21与第一光栅16之间的光纤长度为第一个谐振腔的长度，半导体可饱和吸收镜21与第二光栅19之间的光纤长度为第二个谐振腔的长度。

基于图1所示的振荡器结构，泵浦源25发出的泵浦光经过波分复用器22反射进入掺镱光纤23形成信号光，并还可以对信号光进行一定程度的放大，半导体可饱和吸收镜21主要起锁模的作用，谐振腔内部产生的锁模脉冲激光从一定透过率的光栅输出，经过第一耦合器13进入到放大器12中进行放大输出。

可选的，如图1所示，该皮秒脉冲激光器还包括：激光加工整形模块26。

所述激光加工整形模块26用于将所述放大器12输出的光进行整形处理。

具体的，该激光加工整形模块26包括但不限定于通过一些光学透镜和/或其它光学元件组成，具体组成方式在本发明实施例中并不进行限定，以将所述放大器12输出的光进行整形处理形成所需的激光，之后照射在待加工材料A上。

如图1所示，该激光加工整形模块26可以包括透镜L1、透镜L2、透镜L3和透镜L4，其中透镜L1、透镜L2、透镜L3和透镜L4的具体透镜类型在本发明实施例中并不作限定。

其中，振荡器11的重复频率由谐振腔的长度决定，计算公式为f=c/（2nL），其中f为振荡器的重复频率；c为光速；n为光纤的折射率；L为谐振腔的长度（又可以说是光纤的长度），显然可知通过改变第一无源光纤15的长度可以改变第一光路输出的重复频率，改变第二无源光纤18的长度可以改变第二光路输出的重复频率。

可选的，在本发明另一实施例中，所述第一耦合器13和所述第二耦合器24分光的比例为50:50。

可选的，在本发明另一实施例中，参考图2，图2为本发明实施例提供的一种振荡器的部分原理结构示意图，所述振荡器11还包括：信号光产生组件20。

所述信号光产生组件20用于产生所述信号光。

所述信号光产生组件20包括：掺镱光纤23、波分复用器22、相移器27、第二耦合器24和泵浦源25。

所述掺镱光纤23、所述波分复用器22和所述相移器27依次连接，所述掺镱光纤23未连接的一端和所述相移器27未连接的一端分别与所述第二耦合器24连接，形成虚拟可饱和吸收体。

所述第二耦合器24分别与所述第一声光调制器14和所述第二声光调制器17连接，所述泵浦源25与所述波分复用器22的泵浦端连接。

其中，所述泵浦源25用于产生泵浦光。

所述波分复用器22用于将所述泵浦光反射至所述掺镱光纤23。

所述掺镱光纤23用于将所述泵浦光吸收后自发辐射产生所述信号光。

所述第二耦合器24用于将所述信号光传输至所述第一声光调制器14或所述第二声光调制器17。

所述相移器27用于为所述信号光提供初始相移。

所述虚拟可饱和吸收体与所述第一光栅16或与所述第二光栅19形成所述振荡器11的谐振腔，所述谐振腔内的信号光基于所述虚拟可饱和吸收体实现锁模形成锁模脉冲激光，其中所述虚拟可饱和吸收体利用非线性放大环形镜锁模机制实现锁模。

具体的，在该实施例中图2所示的信号光产生组件20形成了一种全保偏9字腔锁模激光器的部分结构，采用了非线性放大环形镜锁模机制，图2所示的信号光产生组件20构成一个虚拟可饱和吸收体，其作用同样是实现锁模，从第二耦合器的右端（A1）进入第二耦合器24的左端（A2）分成顺逆时针两路传输，又再次经过第二耦合器24形成干涉，经第二耦合器24的右端（A1）输出至第一声光调制器14或第二声光调制器17。

其中，相移器27的作用是为环内的信号光提供初始相移，一般为Π/2 。

可选的，在本发明另一实施例中，参考图3，图3为本发明实施例提供的另一种振荡器的部分原理结构示意图，所述振荡器11还包括：信号光产生组件20。

所述信号光产生组件20用于产生所述信号光。

所述信号光产生组件20包括：第一掺镱光纤28、第二掺镱光纤29、第一波分复用器30、第二波分复用器31、环形器32、第一泵浦源33、第二泵浦源34、第三耦合器35和第四耦合器36。

所述第一掺镱光纤28和所述第一波分复用器30依次连接，所述第一掺镱光纤28未连接的一端和所述第一波分复用器30未连接的一端分别与所述第三耦合器35连接，形成虚拟可饱和吸收体。

所述第二掺镱光纤29、所述第二波分复用器31和所述环形器32依次连接，所述第二掺镱光纤29未连接的一端和所述环形器32未连接的一端分别与所述第三耦合器35连接。

所述第一泵浦源33与所述第一波分复用器30的泵浦端连接，所述第二泵浦源34与所述第二波分复用器31的泵浦端连接。

所述第四耦合器36与所述环形器32连接。

其中，所述第一泵浦源33用于产生第一泵浦光。

所述第一波分复用器30用于将所述第一泵浦光反射至所述第一掺镱光纤28。

所述第一掺镱光纤28用于将所述第一泵浦光吸收后自发辐射产生所述信号光。

所述第三耦合器35用于将所述信号光通过所述环形器32耦合至所述第四耦合器36。

所述第四耦合器36用于将所述信号光传输至所述第一声光调制器14或所述第二声光调制器17。

所述第二泵浦源34用于产生第二泵浦光。

所述第二波分复用器31用于将所述第二泵浦光反射至所述第二掺镱光纤29。

所述第二掺镱光纤29用于将所述第二泵浦光吸收后为所述信号光进行增益放大。

所述虚拟可饱和吸收体与所述第一光栅16或与所述第二光栅19形成所述振荡器11的谐振腔，所述谐振腔内的信号光基于所述虚拟可饱和吸收体实现锁模形成锁模脉冲激光，其中所述虚拟可饱和吸收体利用非线性放大环形镜锁模机制实现锁模。

具体的，在该实施例中图3所示的信号光产生组件20形成了一种环形8字腔锁模激光器的部分结构，采用了非线性放大环形镜锁模机制，其中第一掺镱光纤28所在环为主环，第二掺镱光纤29所在环为次环，信号光在环形腔中运转时，次环中的第二掺镱光纤29充当放大器的功能。主环中的第一掺镱光纤28大大增加了两个相对传输的光脉冲的非线性相移差，当信号光在第三耦合器35位置相遇时，产生干涉效应，其中第一掺镱光纤28、第一波分复用器30、第三耦合器35和第一泵浦源33的连接构成一个虚拟可饱和吸收体，其作用同样是实现锁模，从第三耦合器35的右端（In）进入第三耦合器35的左端（A3）分成顺逆时针两路传输，又再次经过第三耦合器35形成干涉，经第三耦合器35的右端（out）输出进入后续环路，环形器32的作用是保证所在环路只能单向传输，第一信号光经过环形器32的端口1到端口2，再经过第四耦合器36、声光调制器和无源光纤至光栅上，再经过光栅的反射回到环形器32的端口3，经过第二波分复用器31和第二掺镱光纤29回到第三耦合器35的右端（In），这样就组成一个环形腔振荡器，从光栅透射出的锁模脉冲激光进入到放大器12中放大输出。

需要说明的是，如图1-图3所示，在本发明实施例中示例了三种不同形式的信号光产生组件20，其它形式的信号光产生组件20也可以应用在本申请实施例中，与第一光路和第二光路进行集成。

需要说明的是，本发明实施例提供的一种脉宽和重复频率可调的皮秒脉冲激光器内部无源器件的光纤类型均为保偏光纤（例如PM980、或者PM1060L），内部器件均为保偏器件（即慢轴工作，快轴截止）。

通过上述描述可知，本发明提供的一种脉宽和重复频率可调的皮秒脉冲激光器在谐振腔的腔内设计两个声光调制器分成两路形成独立的光路，通过改变各自光路中光栅的带宽和色散量，以及改变各自光路中无源光纤的长度，实现脉宽和重复频率都可调的双参数皮秒脉冲激光输出，之后还耦合到一条放大光路输出进行放大输出，即一台皮秒脉冲激光器可实现两种参数的输出，集成度更高。

基于本发明上述实施例，在本发明另一实施例中还提供了一种加工设备，该加工设备包括上述实施例所述的皮秒脉冲激光器。

具体的，由于该加工设备包括上述实施例所述的皮秒脉冲激光器，所以一台加工设备搭配一台皮秒脉冲激光器，就可实现两种脉冲宽度和重复频率的运行，不需要重新购买和调节激光加工整形模块。

以上对本发明所提供的一种脉宽和重复频率可调的皮秒脉冲激光器及加工设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素，或者是还包括为这些过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种脉宽和重复频率可调的皮秒脉冲激光器，其特征在于，所述皮秒脉冲激光器包括：振荡器和放大器；

所述振荡器包括第一光路、第二光路和第一耦合器，所述第一光路包括第一声光调制器、第一无源光纤和第一光栅，所述第二光路包括第二声光调制器、第二无源光纤和第二光栅；

其中，信号光传输至所述第一声光调制器或所述第二声光调制器；当所述信号光传输至所述第一声光调制器时，所述信号光依次经过所述第一声光调制器、所述第一无源光纤和所述第一光栅，透过所述第一光栅的锁模脉冲激光被所述第一耦合器耦合至所述放大器；当所述信号光传输至所述第二声光调制器时，所述信号光依次经过所述第二声光调制器、所述第二无源光纤和所述第二光栅，透过所述第二光栅的锁模脉冲激光被所述第一耦合器耦合至所述放大器；所述放大器用于对接收到的锁模脉冲激光进行放大处理。

2.根据权利要求1所述的皮秒脉冲激光器，其特征在于，所述第一光栅为均匀光纤光栅或啁啾光纤光栅；

所述第二光栅为均匀光纤光栅或啁啾光纤光栅。

3.根据权利要求1所述的皮秒脉冲激光器，其特征在于，所述振荡器还包括：信号光产生组件；

所述信号光产生组件用于产生所述信号光。

4.根据权利要求3所述的皮秒脉冲激光器，其特征在于，所述信号光产生组件包括：依次连接的半导体可饱和吸收镜、波分复用器、掺镱光纤和第二耦合器，所述第二耦合器分别与所述第一声光调制器和所述第二声光调制器连接；

所述信号光产生组件还包括：泵浦源，所述泵浦源与所述波分复用器的泵浦端连接；

其中，所述泵浦源用于产生泵浦光；

所述波分复用器用于将所述泵浦光反射至所述掺镱光纤；

所述掺镱光纤用于将所述泵浦光吸收后自发辐射产生所述信号光；

所述第二耦合器用于将所述信号光传输至所述第一声光调制器或所述第二声光调制器；

所述半导体可饱和吸收镜与所述第一光栅或与所述第二光栅形成所述振荡器的谐振腔，所述谐振腔内的信号光基于所述半导体可饱和吸收镜实现锁模形成锁模脉冲激光。

5.根据权利要求4所述的皮秒脉冲激光器，其特征在于，所述第一耦合器和所述第二耦合器分光的比例为50:50。

6.根据权利要求3所述的皮秒脉冲激光器，其特征在于，所述信号光产生组件包括：掺镱光纤、波分复用器、相移器、第二耦合器和泵浦源；

所述掺镱光纤、所述波分复用器和所述相移器依次连接，所述掺镱光纤未连接的一端和所述相移器未连接的一端分别与所述第二耦合器连接，形成虚拟可饱和吸收体；

所述第二耦合器分别与所述第一声光调制器和所述第二声光调制器连接，所述泵浦源与所述波分复用器的泵浦端连接；

其中，所述泵浦源用于产生泵浦光；

所述波分复用器用于将所述泵浦光反射至所述掺镱光纤；

所述掺镱光纤用于将所述泵浦光吸收后自发辐射产生所述信号光；

所述第二耦合器用于将所述信号光传输至所述第一声光调制器或所述第二声光调制器；

所述相移器用于为所述信号光提供初始相移；

所述虚拟可饱和吸收体与所述第一光栅或与所述第二光栅形成所述振荡器的谐振腔，所述谐振腔内的信号光基于所述虚拟可饱和吸收体实现锁模形成锁模脉冲激光。

7.根据权利要求3所述的皮秒脉冲激光器，其特征在于，所述信号光产生组件包括：第一掺镱光纤、第二掺镱光纤、第一波分复用器、第二波分复用器、环形器、第一泵浦源、第二泵浦源、第三耦合器和第四耦合器；

所述第一掺镱光纤和所述第一波分复用器依次连接，所述第一掺镱光纤未连接的一端和所述第一波分复用器未连接的一端分别与所述第三耦合器连接，形成虚拟可饱和吸收体；

所述第二掺镱光纤、所述第二波分复用器和所述环形器依次连接，所述第二掺镱光纤未连接的一端和所述环形器未连接的一端分别与所述第三耦合器连接；

所述第一泵浦源与所述第一波分复用器的泵浦端连接，所述第二泵浦源与所述第二波分复用器的泵浦端连接；

所述第四耦合器与所述环形器连接；

其中，所述第一泵浦源用于产生第一泵浦光；

所述第一波分复用器用于将所述第一泵浦光反射至所述第一掺镱光纤；

所述第一掺镱光纤用于将所述第一泵浦光吸收后自发辐射产生所述信号光；

所述第三耦合器用于将所述信号光通过所述环形器耦合至所述第四耦合器；

所述第四耦合器用于将所述信号光传输至所述第一声光调制器或所述第二声光调制器；

所述第二泵浦源用于产生第二泵浦光；

所述第二波分复用器用于将所述第二泵浦光反射至所述第二掺镱光纤；

所述第二掺镱光纤用于将所述第二泵浦光吸收后为所述信号光进行增益放大；

所述虚拟可饱和吸收体与所述第一光栅或与所述第二光栅形成所述振荡器的谐振腔，所述谐振腔内的信号光基于所述虚拟可饱和吸收体实现锁模形成锁模脉冲激光。

8.根据权利要求1所述的皮秒脉冲激光器，其特征在于，所述皮秒脉冲激光器还包括：激光加工整形模块；

所述激光加工整形模块用于将所述放大器输出的光进行整形处理。

9.根据权利要求1所述的皮秒脉冲激光器，其特征在于，所述皮秒脉冲激光器还包括：第一控制模块和第二控制模块；

所述第一控制模块用于向所述第一声光调制器发送第一射频信号，以控制所述第一声光调制器的工作状态；

所述第二控制模块用于向所述第二声光调制器发送第二射频信号，以控制所述第二声光调制器的工作状态。

10.一种加工设备，其特征在于，所述加工设备包括权利要求1-9任一项所述的皮秒脉冲激光器。