CN101771236A - 无展宽器的啁啾脉冲放大光纤激光系统 - Google Patents

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赵卫
杨直
王屹山
张伟
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一种无展宽器光纤激光系统，该系统包括“8”字型腔锁模光纤激光器，与“8”字型腔锁模光纤激光器的输出经光纤连接的脉冲选单器，与脉冲选单器的输出经光纤连接的单模光纤放大器，通过聚焦后相连接的双包层掺镱光子光纤，与双包层掺镱光子光纤的另一端相连接的双色镜；单模光纤放大器通过光纤还连接有单模泵浦源，该系统还包括泵浦源。本发明解决了背景技术中大能量脉冲激光器体积大、价格昂贵、安装调试精度要求高等技术问题。具有大芯径、单模传输的特性，以及优良的放大激光光束质量的优点。

Description

无展宽器的啁啾脉冲放大光纤激光系统
技术领域
本发明涉及激光技术，具体涉及一种无展宽器的啁啾脉冲放大光纤激光系统。
背景技术
目前以光纤作为激光产生、放大、传输的超短脉冲激光系统是继钛宝石激光系统后的具有更高实用价值的大能量、短脉冲激光源。光纤柔软、轻便的特性以及光纤器件小巧的结构使得光纤激光器和光纤激光啁啾脉冲放大器能够很大程度地减小体积、减轻重量、提高可靠性、降低设备维护成本，也为超短脉冲激光器走出实验室，进入工业、军事、医疗等应用领域提供了保障。但在诸多应用场所对超短脉冲激光提出了大能量的要求，要做到短脉冲激光的高能量放大，称作CPA的“啁啾脉冲放大”技术正是其解决方案。但在CPA技术中要对超短光脉冲进行展宽，传统的超短脉冲展宽器是采用光栅对或啁啾光纤光栅作为脉冲的展宽器。光栅对体积大、价格昂贵、安装调试精度要求高；啁啾光纤光栅对振动、温度等外部环境要求很苛刻，这也限制了整个系统的应用面，在光纤激光器系统中，光栅对作为展宽器的使用在增加成本的同时，也使光纤激光系统可靠性、稳定性以及集成度都有所下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无展宽器的啁啾脉冲放大光纤激光系统，其解决了背景技术中大能量脉冲激光器体积大、价格昂贵、安装调试精度要求高等技术问题。
本发明的技术方案如下：
一种无展宽器的啁啾脉冲放大光纤激光系统，该系统包括“8”字型腔锁模光纤激光器1，与“8”字型腔锁模光纤激光器1的输出经光纤连接的脉冲选单器2，与脉冲选单器2的输出经光纤连接的光纤波分复用器4，与光纤波分复用器4的输出经单模掺镱光纤5放大输出，并通过聚焦后相连接的双包层掺镱光子晶体光纤6，与双包层掺镱光子晶体光纤6的另一端相连接的双色镜7；该系统还包括泵浦源8。
上述“8”字型腔锁模光纤激光器1由光纤波分复用器101、光隔离器102、单模掺镱光纤103、第一光纤耦合器104、第二光纤耦合器114、第一偏振控制器105、第二偏振控制器115以及Lucent980光纤106组成；
上述光纤波分复用器101与光隔离器102的输入端通过单模掺镱光纤103相连接；
上述光纤波分复用器101的输出经光纤连接至第一偏振控制器105；
上述光隔离器102的输出经光纤连接至第一光纤耦合器104；
上述第一偏振控制器105与第一光纤耦合器104的输出经光纤传输至第二光纤耦合器114的输入端；
上述第二光纤耦合器114的输出经光纤连接至第二偏振控制器115；
上述的第二偏振控制器115与第二光纤耦合器114的输出经Lucent980光纤106相连接。
上述Lucent980光纤106的长度所取范围为20-100m。
上述Lucent980光纤106的长度为40m。
上述光纤波分复用器101、光隔离器102、单模掺镱光纤103、第一光纤耦合器104、第二光纤耦合器114、第一偏振控制器105、第二偏振控制器115以及输出经Lucent980光纤106之间的连接为熔接。
上述双包层掺镱光子光纤6为双包层掺镱光子晶体光纤。
上述双色镜7镀有对980nm波长高透，同时对1053nm波长高反的膜
本发明的优点在于：
1、本发明采用“8”字型腔锁模激光器产生超短激光脉冲，并且在光纤正色散的影响下，光脉冲将会带有啁啾。直接输出的啁啾光脉冲不需要展宽器对脉冲宽度进行展宽，其峰值功率较低，可直接输入后继放大器进行能量的放大。
2、激光脉冲输出以双包层掺镱光子晶体光纤作为主放大增益介质，具有大芯径、单模传输的特性，较大的模场面积使之可承受较高的激光脉冲能量，还减小了非线性效应和光损伤阈值的限制，单模传输特性保证了优良的放大激光光束质量。
附图说明：
图1为本发明无展宽器的啁啾脉冲放大系统结构图。
图2为本发明输出啁啾脉冲的“8”字型腔被动锁模掺镱光纤激光器。
图3为本发明锁模激光脉冲自相关曲线。
附图标记：
1-“8”字型腔锁模光纤激光器，101-光纤波分复用器，102-光隔离器，103-单模掺镱光纤，104-第一光纤耦合器，114-第二光纤耦合器，105-第一偏振控制器，115-第二偏振控制器，106-Lucent980光纤；2-脉冲选单器；3-单模光纤放大器；4-光纤波分复用器；5-单模掺镱光纤；6-掺镱双包层光子晶体光纤；7-双色镜；8-泵浦源。
具体实施方式：
参见图1：
一种无展宽器的啁啾脉冲放大光纤激光系统，该系统包括“8”字型腔锁模光纤激光器1，与“8”字型腔锁模光纤激光器1的输出经光纤连接的脉冲选单器2，与脉冲选单器2的输出经光纤连接的单模光纤放大器3，通过聚焦后相连接的双包层掺镱光子光纤6，与双包层掺镱光子光纤6的另一端相连接的双色镜7；单模光纤放大器通过光纤还连接有单模泵浦源9，该系统还包括泵浦源8。
工作原理如下：
无展宽器光纤激光系统通过“8”字型腔锁模激光器产生超短激光脉冲。其原理是利用作为非线性光纤环形镜的全光纤Sagnac干涉仪将在光纤中相向传输的光场进行相干叠加，由于光纤中非线性效应导致的非线性相移使光脉冲不同部分由于相移不同而有不同透过率，从而使类似可饱和吸收体的效应产生超短激光脉冲，从图3中可以看出，此脉冲能量为纳焦级，峰值功率小至1.3W，将激光器产生的低峰值功率脉冲激光经光纤传输给脉冲选单器2，以降低激光脉冲的重复频率至30KHz，由脉冲选单器2输出的脉冲经以掺镱光纤作增益介质总长度4.5米的单模光纤放大器3对其进行初步能量放大，产生的微焦级放大光再由透镜耦合器准直、聚焦后注入双包层掺镱光子晶体光纤6可以保证极好的输出光束质量，用10瓦980nm波长半导体泵浦源8通过准直聚焦透镜对其进行反向泵浦，将激光脉冲能量进一步放大。放大的激光在双包层掺镱光子晶体光纤6的泵浦端由镀膜的双色镜7输出放大激光。双色镜对980nm泵浦光高透(T＞98％)，对1053nm放大光高反(R＞98％)。最终主放大增益光纤输出百微焦级能量的激光脉冲。
参见图2：
“8”字型腔锁模光纤激光器1由光纤波分复用器101、光隔离器102、单模掺镱光纤103、第一光纤耦合器104、第二光纤耦合器114、第一偏振控制器105、第二偏振控制器115以及输出经Lucent980光纤106组成；连接光纤波分复用器101与光隔离器102输入端通过单模掺镱光纤103相连；单模掺镱光纤103为40cm，根据泵浦激光的强度和该种单模掺镱光纤的吸收系数，采用40厘米左右的这种光纤正好将泵浦激光吸收完全。
光纤波分复用器101的输出经光纤连接至第一偏振控制器105；光隔离器102的输出经光纤连接至第一光纤耦合器104；第一偏振控制器105与第一光纤耦合器104的输出经光纤会聚至第二光纤耦合器114的输入端；第二光纤耦合器114的输出经光纤连接至第二偏振控制器115；第二偏振控制器115与第二光纤耦合器114的输出经Lucent980光纤106相连接；Lucent980光纤106是熔接于“8”字型腔的环形镜中，此光纤为长度取值范围20-100米的Lucent980光纤，熔接入这样长的小芯径单模光纤在提供足够非线性相移的同时，其光纤正色散产生了带有较大啁啾的光脉冲。光纤波分复用器101的输出经光纤还连接有为提供泵浦激光的半导体激光器，从泵浦源输出，同时与波分复用器相连的300mw的单模尾纤，输出980nm波长半导体泵浦源为8字型腔锁模激光器提供激励产生超短脉冲激光，通过偏振控制器调节锁模激光的锁模中心波长。

Claims (6)

1.一种无展宽器的啁啾脉冲放大光纤激光系统，该系统包括“8”字型腔锁模光纤激光器(1)，与“8”字型腔锁模光纤激光器(1)的输出经光纤连接的脉冲选单器(2)，与脉冲选单器(2)的输出经光纤连接的单模放大器(3)，与单模放大器(3)的输出经光纤连接的光纤波分复用器(4)，与光纤波分复用器(4)的输出经掺镱光纤(5)并通过聚焦后相连接的双包层掺镱光子光纤(6)，与双包层掺镱光子光纤(6)的另一端经光纤相连接的双色镜(7)；该系统还包括泵浦源(8)；其特征在于：所述“8”字型腔锁模光纤激光器(1)由光纤波分复用器(101)、光隔离器(102)、单模掺镱光纤(103)、第一光纤耦合器(104)、第二光纤耦合器(114)、第一偏振控制器(105)、第二偏振控制器(115)以及输出经Lucent980光纤(106)组成，所述连接光纤波分复用器(101)与光隔离器(102)输入端通过单模掺镱光纤(103)相连，所述光纤波分复用器(101)的输出经光纤连接至第一偏振控制器(105)，所述光隔离器(102)的输出经光纤连接至第一光纤耦合器(104)，所述第一偏振控制器(105)与第一光纤耦合器(104)的输出经光纤会聚至第二光纤耦合器(114)的输入端，所述第二光纤耦合器(114)的输出经光纤连接至第二偏振控制器(115)，所述的第二偏振控制器(115)与第二光纤耦合器(114)的输出经Lucent980光纤(106)相连接，所述Lucent980光纤(106)的长度所取范围为20-100m。
2.根据权利要求2所述的无展宽器的啁啾脉冲放大光纤激光系统，其特征在于：所述Lucent980光纤(106)的长度为40m。
3.根据权利要求2或3所述的无展宽器的啁啾脉冲放大光纤激光系统，其特征在于：所述光纤波分复用器(101)、光隔离器(102)、单模掺镱光纤(103)、第一光纤耦合器(104)、第二光纤耦合器(114)、第一偏振控制器(105)、第二偏振控制器(115)以及输出经Lucent980光纤(106)之间的连接为熔接。
4.根据权利要求4所述的无展宽器的啁啾脉冲放大光纤激光系统，其特征在于：所述光纤波分复用器(4)为980nm/1053nm型。
5.根据权利要求4所述的无展宽器的啁啾脉冲放大光纤激光系统，其特征在于：所述双包层掺镱光纤(6)为双包层掺镱光子晶体光纤。
6.根据权利要求6所述的无展宽器光纤激光系统，其特征在于：所述双色镜(7)镀有对980nm波长高透，同时对1053nm波长高反的膜。
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PB01 Publication
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20100707