CN101071926A - 主动调q全光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种主动调Q全光纤激光器。环形腔主动调Q全光纤激光器，包括泵浦半导体激光器，波分复用器，增益光纤，光纤隔离器，光纤耦合器和输出光纤，在光纤隔离器与光纤耦合器之间设置可变光纤衰减器及其驱动源，可变光纤衰减器由电光材料、磁光材料或是微机电系统构成。线形腔主动调Q全光纤激光器，包括泵浦半导体激光器，高反射率光纤布拉格光栅，增益光纤，低反射率光纤布拉格光栅，在增益光纤与低反射率光纤布拉格光栅之间设置可变光纤衰减器及其驱动源，可变光纤衰减器由电光材料、磁光材料或是微机电系统构成。本发明的优点在于，该主动调Q全光纤激光器采用可变光纤衰减器作为激光调Q器件，结构简单、易于实现。
Description
技术领域
本发明涉及一种光纤激光器，特别是一种主动调Q全光纤激光器，属于光纤及激光技术领域。
背景技术
光纤激光器以掺杂稀土元素的光纤为增益介质，在泵浦光的作用下，在光纤内形成高功率密度，从而引起增益介质能级的粒子数反转，在一定的光反馈条件下，在光纤内形成激光振荡而产生激光输出。与其它激光器相比，光纤激光器具有激光工作阈值低、能量转换效率高、输出光束质量好、结构紧凑稳定、无需光路调整、散热性能好、寿命长和无需维护等显著特点，因此得到快速发展和越来越广泛的应用。目前连续输出的光纤激光器已达到上千瓦功率输出，并已应用到材料加工与处理、焊接、打标等生产和加工领域。采用与固体激光器类似的调Q或锁模技术，也可实现光纤激光器的脉冲输出。调Q光纤激光器具有上述连续输出的光纤激光器的特点，有望代替目前广泛使用的调Q固体(如YAG)激光器。
调Q激光器中通过在激光腔内插入光损耗器件，使其激光振荡阈值升高，处于低Q值状态而不能形成激光振荡。而由于泵浦光的存在，激光介质处于粒子数反转状态。当损耗器件在瞬间损耗下降时，腔内阈值降低，处于高Q值状态，在短时间内达到振荡阈值，形成光脉冲输出。与其它调Q激光器类似，光纤激光器调Q也可采用被动调Q和主动调Q两种方式实现。被动调Q光纤激光器可采用可饱和吸收器件或是利用受激布里渊散射来实现。被动调Q的特点是调Q过程自发进行，无需外界控制，所以可使激光器结构简化。但是被动调Q激光器输出脉冲重复性差，脉冲重复频率和脉宽都不可控。主动调Q激光器是通过外加信号控制激光谐振腔内的损耗实现调Q。目前用于光纤激光器主动调Q的技术和方法有多种，但较实用的是采用声光Q开关。声光Q开关已在调Q固体激光器中大量使用，但在光纤激光器中作为开关器件，仍存在插入损耗大，难于实现全光纤化等实际问题。
发明内容
本发明的目的就是提供一种主动调Q全光纤激光器，该主动调Q全光纤激光器采用可变光纤衰减器作为激光调Q器件，主动控制激光谐振腔内的损耗实现调Q，具有全光纤化、结构简单、易于实现等优点。
本发明是通过下述技术方案加以实现的，一种主动调Q全光纤激光器，它的腔形为环形腔。该全光纤激光器包括输出波长为980nm、输出功率为120mW的泵浦半导体激光器101，它的输出尾纤连接对于980nm/1060nm波长光的波分复用器102。波分复用器与增益光纤103和光纤隔离器104相连，还包括连接在光纤耦合器107的全光纤激光器的输出光纤108，其特征在于，在光纤隔离器104与光纤耦合器107之间设置可变光纤衰减器105，该可变光纤衰减器的驱动源为106；所述的可变光纤衰减器由电光材料、磁光材料或是微机电系统构成。
上述的电光材料可变光纤衰减器，它的动态响应时间为1μS，对1060nm光的插入损耗小于0.6dB，动态衰减为25dB，反射损耗大于55dB；电光材料可变光纤衰减器的驱动源106由输出频率为1kHz-100kHz的脉冲信号源与输出电压为50V-150V的电压放大器组成。
一种主动调Q全光纤激光器，它的腔形为线形腔，该全光纤激光器包括输出波长为980nm、输出功率为120mW的泵浦半导体激光器101，它的输出尾纤连接对于1060nm波长光的具有90％以上反射率的光纤布拉格光栅201，光纤布拉格光栅的另一端连接增益光纤103。还包括反射率在5％-50％的光纤布拉格光栅202，其特征在于，在增益光纤103与光纤布拉格光栅202之间设置可变光纤衰减器105，该可变光纤衰减器的驱动源为106；所述的可变光纤衰减器由电光材料、磁光材料或是微机电系统构成。
上述的电光材料可变光纤衰减器，它的动态响应时间为1μS，对1060nm光的插入损耗小于0.6dB，动态衰减为25dB，反射损耗大于55dB；电光材料可变光纤衰减器的驱动源106由输出频率为1kHz-100kHz的脉冲信号源与输出电压为50V-150V的电压放大器组成。
本发明工作原理：在于主动控制可变光纤衰减器的衰减量改变光纤激光器谐振腔内的损耗，当可变光纤衰减器处于高衰减状态时，光纤激光器腔内的损耗高于增益，处于低Q值状态，不能形成激光振荡，而当可变光纤衰减器的衰减量在瞬间由高变低时，光纤激光器腔内的增益高于损耗，处于高Q值状态，满足激光振荡条件，形成激光脉冲，从而实现调Q功能。
本发明的优点在于采用可变光纤衰减器作为调Q器件，其插入损耗低，可构成真正意义上的全光纤激光器，具有结构简单、紧凑、易于与其它器件(如光纤放大器)集成等，适合作为MOPA结构光纤激光器的调Q脉冲种子源。
附图说明
图1为环形腔的本发明的结构框图。图1中，101为泵浦半导体激光器；102为波分复用器；103为增益光纤；104为光纤隔离器；105为可变光纤衰减器；106为可变光纤衰减器驱动源；107为光纤耦合器；108为输出光纤。
图2为线形腔的本发明的结构框图。图2中，201为具有高反射率的光纤布拉格光栅；202为具有低反射率的光纤布拉格光栅。
图3为可变光纤衰减器的调Q控制信号波形。
图4为调Q全光纤激光器产生的激光脉冲波形。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
实施例1：
附图1为以环形腔方式实现本发明涉及的调Q全光纤激光器的结构图。附图1中，泵浦半导体激光器101采用带单模尾纤输出的980nm半导体激光器，最大输出功率为120mW。波分复用器102为980nm/1060nm波分复用器。增益光纤103采用Liekki公司生产的高掺杂镱(Yb)纤，纤芯对976nm光吸收系数为1200dB/m，纤芯直径为6微米，包层直径为125微米，数值孔径0.2。足够高的掺杂浓度为缩短激光器的腔长提供了可能，实验证明30cm的长度即可完全吸收泵浦光并产生足够的增益。光纤隔离器104的作用是使环形腔内的光沿箭头指示的方向单向传输。可变光纤衰减器105采用美国BATI提供的高速可变光纤衰减器(VOA)。该VOA采用电光陶瓷作为开关材料，动态响应时间为1μS，对1060nm波长的插入损耗小于0.6dB。动态衰减范围25dB，反射损耗大于55dB。电光陶瓷具有很强的Kerr效应，电光系数比锂酸铌大2个数量级，半波电压远低于铌酸锂晶体。实验发现，对所选用的可变光纤衰减器，开关电压在100-150V范围内。可变光纤衰减器驱动源106由脉冲信号源和电压放大器构成，可采用通用的信号发生器和BATI提供的电压放大电路。实验中使用自制的驱动源，脉冲信号频率在1kHz-100kHz连续可调，输出脉冲幅度在50V-150V连续可调。光纤耦合器107选用1060nm波段的3dB耦合器，其中的一端108作为激光器的输出。由于所用光纤器件均为1060nm单模器件，所以使用普通光纤熔接机即能完成激光器的制作。由泵浦半导体激光器101提供的980nm的泵浦光经波分复用器102耦合至增益光纤103，在其中产生粒子数反转和对1060nm附近光的增益。若此时通过驱动源106在可变光纤衰减器105加有电压，则可变光纤衰减器105处于高衰减状态，在如附图1所示的环型腔内损耗大于增益，不能形成激光振荡。若将加在可变光纤衰减器105上的电压在瞬间减为零，则可变光纤衰减器105的衰减减至最小值，此时环型腔内增益大于损耗，将在光纤隔离器104的通光方向形成激光振荡脉冲，该激光脉冲经光纤耦合器107的一端108输出。在脉冲输出后在将电压加在可变光纤衰减器105上。驱动源106输出的脉冲信号控制激光器按照一定的重复频率工作。对按照附图1所构成的调Q光纤激光器的实验结果表明，在泵浦功率为65mW时，获得脉宽104ns稳定的脉冲输出，脉冲重复频率从3kHz到40kHz连续可调。
实施例2：
附图2为以线形腔方式实现本发明涉及的调Q全光纤激光器的装置图。光纤光栅201对1060nm附近的光具有接近100％的高反射率，光纤光栅202为输出光栅，其的反射率在5％-80％范围内。由泵浦半导体激光器101提供的980nm的泵浦光经光纤光栅201传至增益光纤103，对其激发，产生粒子数反转和对1060nm附近光的增益。可变光纤衰减器105的作用及工作过程与上述环形腔的激光器类似。与环形腔激光器不同的是光纤光栅201和202起到了选择波长的作用，因而可使输出脉冲激光的带宽得到压缩。
本领域的专业技术人员都清楚，本发明的思想可采用上面列举的具体实施方式以外的其它方式实现。
Claims (4)
1.一种主动调Q全光纤激光器，它的腔形为环形腔，该全光纤激光器包括输出波长为980nm、输出功率为120mW的泵浦半导体激光器(101)，它的输出尾纤连接对于980nm/1060nm波长光的波分复用器(102)，波分复用器与增益光纤(103)和光纤隔离器(104)相连，还包括连接在光纤耦合器(107)的全光纤激光器的输出光纤(108)，其特征在于，在光纤隔离器(104)与光纤耦合器(107)之间设置可变光纤衰减器(105)，该可变光纤衰减器的驱动源为(106)；所述的可变光纤衰减器由电光材料、磁光材料或是微机电系统构成。
2.按权利要求1所述的主动调Q全光纤激光器，其特征在于，电光材料可变光纤衰减器，它的动态响应时间为1μS，对1060nm光的插入损耗小于0.6dB，动态衰减为25dB，反射损耗大于55dB；电光材料可变光纤衰减器的驱动源(106)由输出频率为1kHz-100kHz的脉冲信号源与输出电压为50V-150V的电压放大器组成。
3.一种主动调Q全光纤激光器，它的腔形为线形腔，该全光纤激光器包括输出波长为980nm、输出功率为120mW的泵浦半导体激光器(101)，它的输出尾纤连接对于1060nm波长光的具有90％以上反射率的光纤布拉格光栅(201)，光纤布拉格光栅的另一端连接增益光纤(103)，还包括反射率在5％-50％的光纤布拉格光栅(202)，其特征在于，在增益光纤(103)与光纤布拉格光栅(202)之间设置可变光纤衰减器(105)，该可变光纤衰减器的驱动源为(106)；所述的可变光纤衰减器由电光材料、磁光材料或是微机电系统构成。
4.按权利要求3所述的主动调Q全光纤激光器，其特征在于，电光材料可变光纤衰减器，它的动态响应时间为1μS，对1060nm光的插入损耗小于0.6dB，动态衰减为25dB，反射损耗大于55dB；电光材料可变光纤衰减器的驱动源(106)由输出频率为1kHz-100kHz的脉冲信号源与输出电压为50V-150V的电压放大器组成。
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