CN101820129B - 一种方波脉冲激光器及方波脉冲激光生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种方波脉冲激光器，包括：非线性放大环镜NALM和脉冲激光主振荡腔。其中，非线性放大环镜NALM用于对激光脉冲进行腔内脉冲整形。脉冲激光主振荡腔用于将方波激光脉冲序列在非线性放大环镜NALM和脉冲激光主振荡腔内循环振荡，生成并输出方波激光脉冲。本发明还提供一种方波脉冲激光生成方法，包括如下步骤：输入连续激光，激励工作物质生成初始激光脉冲；将初始激光脉冲通过非线性放大环镜NALM进行腔内脉冲整形，在非线性放大环境NALM和脉冲激光主振荡腔内循环振荡，生成方波激光脉冲。据本发明实施例提供的脉冲激光器及方法，能够直接输出方波激光脉冲，具有自启动和调节简单的特点。

Description

一种方波脉冲激光器及方波脉冲激光生成方法

技术领域

本发明涉及激光器领域，特别是涉及一种全光纤纳秒方波脉冲激光器及方波脉冲激光生成方法。

背景技术

在激光惯性约束核聚变研究中，要求前端系统作为高功率激光聚变驱动器的“种子光源”能为后续系统提供数个具有一定能量、带宽、高信噪比和高光束质量的纳秒方波激光脉冲。研制这样一种高性能的方波激光脉冲，成为整个前端系统甚至约束聚变驱动器成败的关键。当前前端系统中已有的纳秒方波脉冲产生技术一般分为两类：脉冲调制技术和脉冲组合技术。

时域调制整形的核心思想来自于通信系统的脉冲调制，通过对单纵模连续激光进行相位调制进行频谱展宽，以提高产生受激布里源散射(SBS)的功率阈值。再通过高速电光调制器调制得到初步整形脉冲。时域调制的技术核心是制造足够快的调制信号源和光调制器，国外光通信系统中已经商用的40GHz调制系统但价格非常昂贵，国内快电子学已经能够产生10皮秒左右上升沿的电脉冲信号，但性能最好的波导调制器仍然很难满足几十皮秒以下的上升沿的需求。在ICF前端系统中应用时与超短脉冲的同步问题也不易解决。另外，由于通过时域调制产生的整形脉冲在放大和滤波过程中由于频谱缺失引起严重的顶部调制，即存在着FM-AM效应。

另外一种整形技术是脉冲堆积方法，其基本思想是利用数个短脉冲通过时间上的首尾相接组合成一个长脉冲，这种技术填补了时域调制和频谱调制技术的中间区域，其适用范围可以从亚皮秒脉冲到纳秒脉冲，只依赖于堆积的脉冲基元及延时大小。脉冲堆积技术在早期的高功率激光系统中经常使用体器件来实现，光纤技术发展后，改为采用全光纤结构实现堆积。但目前脉冲堆积技术仍有较大困难需要解决，例如由于脉冲堆积技术使用具有部分相干性的激光脉冲进行堆积，由于激光脉冲的相干性，在脉冲的交叠处将产生相干噪声，使整形脉冲在时间上具有周期结构的细小起伏，而这种脉冲在后端系统的使用中是不允许存在的，而脉冲堆积系统本身是极其复杂和昂贵的。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明的目的是提供一种新型的光线激光光源能够直接产生纳秒方波激光脉冲，并且输出脉冲的宽度在亚纳秒至百纳秒范围内连续可调，使用灵活方便。可直接应用于超大功率激光器系统中的脉冲种子光源。

为了达到上述目的，本发明的实施例一方面提出了一种方波脉冲激光器，包括非线性放大环镜NALM和脉冲激光主振荡腔。所述非线性放大环镜NALM用于对激光脉冲进行腔内脉冲整形，包括脉冲整形激光腔和光纤耦合器。其中，所述脉冲整形激光腔用于对激光脉冲进行腔内脉冲整形，生成方波激光脉冲序列。所述光纤耦合器，用于将方波激光脉冲序列耦合输出，包括位于所述光纤耦合器一侧的第一端、第三端和位于所述光纤耦合器另一侧的第二端、第四端。所述脉冲激光主振荡腔，用于将所述方波激光脉冲序列在所述非线性放大环镜NALM和所述脉冲激光主振荡腔内循环振荡，生成并输出方波激光脉冲。所述光纤耦合器的第二端及第四端与所述脉冲整形激光腔相连，所述光纤耦合器的第一端与第三端与所述脉冲激光主振荡腔相连。

本发明实施例的另一方面提出了一种方波脉冲激光生成方法，该方法包括如下步骤：

输入连续激光，激励工作物质生成初始激光脉冲；

将初始激光脉冲通过非线性放大环镜NALM进行腔内脉冲整形，在所述非线性放大环境和脉冲激光主振荡腔内循环振荡，生成方波激光脉冲；

通过所述脉冲激光主振荡腔输出方波激光脉冲。

根据本发明实施例提供的纳秒方波脉冲激光器及方波激光脉冲生成方法，与上述现有纳秒方波脉冲产生方案相比，该方波激光器结构简单，时间和幅度稳定、高信噪比、脉冲顶部平坦、无内部结构并且能够长时间连续工作，能够直接输出稳定的方波脉冲，具有自启动和调节简单的特点。

在目前常见的“8”字腔被动锁模光纤激光器中可以看到具有类似的腔形结构，也存在一个NALM作为锁模元件。但由于在普通的光纤激光器中的激光功率较低，远远达不到如下文所述的利用NALM第一透射峰作为整形元件所需要的强度。在这种情况下，只是随着入射光功率的增加，NALM透过率增大。对脉冲的前后沿部分透过率低，脉冲峰值部分透过率高，因而NALM的作用只是一个简单的可饱和吸收体压缩光脉冲，最后获得的是高斯形或者双曲正割形脉冲，脉冲宽度通常在皮秒至数百皮秒之间。这和本发明中通过增大NALM非线性，利用其脉冲整形能力而获得纳秒量级的方波脉冲是完全不同的。

使用本发明实施例中的方波脉冲激光光源作为高功率系统前端装置光源，可以有效避免目前方案中的一系列技术难题。例如，该方波激光器实际上是一种特殊的锁模光源，输出方波脉冲的同时，仍具有相对较宽带的频谱，将有效避免单频调制方案中尤其需要考虑的抑制受激布里渊散射SBS的问题，由于其宽带的特点，具有很高的受激布里渊阈值，可以大大降低后端系统中出现受激布里渊散射SBS损坏系统的可能性，提高系统安全性；与脉冲堆积方案相比，方波激光器直接输出的输出顶部平坦的方形脉冲，无须堆积整形产生方波，也不存在脉冲堆积中子脉冲相干所产生的顶部调制问题等。所以与目前工程中所采用的两种方案相比，本发明中的新型方波脉冲激光光源在系统复杂性和产生的光脉冲特性方面都具有明显的优势。另外，稳定的方波脉冲激光光源，在传感、通信和精密机械激光加工方面也具有重要应用价值。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的方波脉冲激光器结构示意图；

图2为图1中NALM的结构示意图；

图3为掺镱离子光纤吸收连续激光，产生激光脉冲的能级示意图；

图4为图2中NALM的非线性透过率曲线图；

图5为图1中脉冲激光主振荡腔的结构示意图；

图6为激光脉冲在激光腔内的运转流向图；

图7为方波激光脉冲生成示意图；

图8为根据本发明实施例输出的方波激光脉冲波形图；

图9为图8中的单个方波脉冲序列波形图；

图10为根据本发明实施例输出的方波激光脉冲宽度与泵浦功率的关系示意图；

图11为根据本发明实施例的方波脉冲激光生成过程流程图；

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

为了实现本发明之目的，本发明公开了一种方波脉冲激光器，如图1所示，该方波脉冲激光器100包括非线性放大环镜NALM110和脉冲激光主振荡腔120。

其中，非线性放大环镜NALM110，用于对激光脉冲进行腔内脉冲整形，生成方波激光脉冲序列。

结合图2所示，非线性放大环镜110还包括脉冲整形激光腔111和光纤耦合器112。

脉冲整形激光腔111，脉冲在其中双向传输累积非线性相移，用于对激光脉冲进行腔内脉冲整形。如图2所示，脉冲整形激光腔111还包括半导体激光器111a、波分复用器111b、掺镱离子光纤111c、单模光纤111d和偏振控制器111e。

其中，半导体激光器111a作为外界激励能源，与波分复用器111b连接，向波分复用器111b提供泵浦光，为方波脉冲激光器100提供能量来源。其中，半导体激光器111a采用980nm半导体泵源，输出波长为980nm的连续激光。通过半导体激光器111a输出连续激光属于光激励方式。

优选的，外界激励能源亦可通过放电方式获取。

波分复用器111b采用980/1060nm波分复用器，包括980端、1060端和公共端。波分复用器111b的公共端连接到掺镱离子光纤111c，用于将连续泵浦激光输入到掺镱离子光纤111c中。掺镱离子光纤111c中的镱离子在被波长为980nm的连续激光激励后，可以辐射出1050nm波段的激光。如图3所示，作为激励能源的980nm连续激光输入到掺镱离子光纤111c，镱离子吸收980nm激光后从低能量状态2F7/2向上跃迁到高能量状态2F5/2，此后经过弛豫再向下跃迁回低能量状态，并在该向下跃迁的过程中向外辐射1050nm波段激光。在本实施例中，掺镱离子光纤111c可以保证泵浦光的充分吸收，激活的掺镱离子光纤111c为方波激光器提供增益。

波分复用器111b的1060端与单模光纤111d相连。在本实施例中，单模光纤111d的长度为2km，保证NALM具有足够的非线性效应。

单模光纤111d的另一端与偏振控制器111e相连。偏振控制器111e用以调整脉冲整形激光腔内的偏振状态，以达到最佳的方波整形效果。

非线性放大环境110还包括光纤耦合器112，用于将来自脉冲整形激光腔111的激光脉冲序列耦合输出。该光纤耦合器112包括四个端，分别为位于一侧的第一端、第三端和位于另一侧的第二端、第四端。

其中，第二端及第四端与脉冲整形激光腔111相连。结合图6所示，第二端与脉冲整形激光腔111中的掺镱离子光纤111c相连，第四端与脉冲整形激光腔111中的偏振控制器111e相连。第一端及第三端与脉冲激光主振荡腔120相连。

优选的，在本实施例中，光纤耦合器112为2x2的3dB光纤耦合器。

由脉冲整形激光腔111和光纤耦合器112构成的非线性放大环镜110能够对激光脉冲在时域内进行整形。非线性放大环镜110具有非线性的强度透过率T_s，表示如下：

$T_s=\frac{G}{2}[1-\cos [(G-1)P_{\mathrm{in}}\frac{\mathrm{\π}{n}_{2}L}{\mathrm{\λ}\·A_{\mathrm{eff}}}\left]\right],---\left(1\right)$

其中，G为NALM中光纤放大器的增益系数，P_in为入射信号功率，n₂为NALM中光纤的非线性系数，L为NALM长度，λ为信号的中心波长，A_eff为光纤的有效模场面积。

图4为NALM的非线性透过率Ts的曲线图。如图4中所示，横坐标为入射信号功率P_in，纵坐标为对应的透射率T_s。由于放大器的存在，所以非线性透过率T_s可以大于1。当P_in增加时，NALM周期性地出现低到高的透过率变化。在第一透射峰上存在一个稳定工作功率。当初始的较宽脉冲在腔内形成后，将在腔内循环多次经过NALM时，脉冲的前后沿将逐渐被抑制而消失，而脉冲中部将逐渐趋于该稳定功率点，从而形成一个稳定的方波脉冲。虽然NALM具备这种方波脉冲的整形能力，但是通常光纤激光器中的脉冲功率引起的非线性较低，不足以实现腔内的脉冲整形，不能输出方波脉冲。而根据公式1，NALM的长度L决定了非线性透过率的周期。当L增大时，透过曲线的周期将减小，所有的透过峰将整体左移，所需的入射信号功率P_in将大幅降低，使得在激光器腔内能够整形产生方波成。

综上，NALM的长度选择至关重要，增加NALM长度的本质是增大NALM中的非线性。在本实施例中，NALM采用2km的单模光纤111d以增加L的长度，实现了稳定的方波脉冲序列输出。

优选的，在NALM中可以采用高非线性光纤替代单模光纤111d。在增大n₂的同时减小A_eff，可以得到与单模光纤111d相同的稳定的方波脉冲结果。此外，采用其他较长光纤，如色散位移光纤(DSF)，也可实现NALM腔内脉冲整形，得到方波脉冲。

优选的，NALM不采用较长的光纤，而引入高非线性系数的元件以增大NALM中的n₂，也可以达到增大NALM中非线性，腔内脉冲整形输出方波脉冲的目的。其中，高非线性系数的原件可以采用半导体光放大器(SOA)即可实现上述目的。

采用半导体光放大器具有以下优点：由于半导体光放大器的非线性系数约为单模光纤的10⁹，一方面可以避免使用长光纤，使腔长大幅缩短，增加激光器稳定性，降低工作功率阈值；另一方面可以提高重复频率至几十MHz量级，满足不同场合的需求。

本发明实施例提供的脉冲激光器100还包括脉冲激光主振荡腔120。该脉冲激光主振荡腔120，用于保证NALM110整形形成的激光脉冲序列在脉冲激光主振荡腔120内循环振荡，输出方波激光脉冲。如图5所示，脉冲激光主振荡腔120包括偏振无关隔离器121、滤波器122和输出耦合器123。

结合图6所示，光纤耦合器112的第一端及第三端与脉冲激光主振荡腔120相连。具体的说，脉冲激光主振荡腔120中的偏振无关隔离器121与光纤耦合器112的第三端相连，用以保证光纤耦合器112输出脉冲激光在脉冲激光主振荡腔120中顺时针运转。

由于掺镱离子光纤111c中的镱离子的发射截面比较宽，并且发射截面的峰值一般在1030nm附近。如果不采用选频装置，难以保证输出激光波长在1060nm附近。因此在偏振无关隔离器连接带尾纤输出的滤波器122进行波长选定，稳定工作波长在1060nm。

在本实施例中，滤波器122采用薄膜滤波器。

输出耦合器123，用以输出经过滤波器122滤波后的方波激光脉冲。结合图6所示，输出耦合器123的一端与滤波器122相连，另一端与光纤耦合器112的第一端相连。

如图6中所示，脉冲激光主振荡腔120和脉冲整形激光腔111通过一个3dB光纤耦合器连接共同构成了谐振腔。其中，脉冲激光主振荡腔120是用于对激光脉冲实施振荡为主振荡腔，脉冲整形激光腔111作为整形元件，对激光脉冲进行腔内整形。通过利用偏振无关隔离器121，使激光脉冲只能以顺时针方向在脉冲激光主振荡腔120内传播，禁止反向传播。

将由输出耦合器123到达光纤耦合器112第一端的光场，记为光场A，光场A经3dB光纤耦合器112后分成两路U和V，分别在脉冲整形激光腔111中沿顺时针方向和逆时针运转。运转一周后，光场U和V同时到达光纤耦合器112进行叠加合成，并通过耦合器第三端输出到脉冲激光主振荡腔120，标记为光场A′。光场A′相对于光场A来说已经完成了一次NALM的整形。光场A′在脉冲激光主振荡腔120内顺时针运转一周。光场A′先后经过偏振无关隔离器121、滤波器122和输出耦合器123后，再次到达3dB光纤耦合器112的第一端，开始进入下一个循环，直至生成稳定方波激光脉冲。

输出耦合器123将通过其的激光脉冲，以一定比例输出。在本实施例中，输出耦合器123将通过其的激光脉冲以5％的比例输出。

优选的，输出耦合器123输出的方波激光脉冲的中心波长为1060nm。

综上所述，在方波脉冲激光器100工作的早期，并无激光脉冲形成。只有通过半导体激光器111a提供的连续激光。在NALM的作用下，工作物质在连续激光的激励下自发形成激光脉冲但上述激光脉冲在时间上可能具有非常大的脉冲宽度，随后该脉冲在腔内多次循环振荡，多次得到工作物质的放大，也多次经历NALM的整形，逐渐形成方波脉冲，并随后稳定。

图7示出了方波激光脉冲的形成过程，这是一个腔内自发形成脉冲，并在腔内整形的过程。其中，三个坐标轴分别表示时间Time、腔内循环次数LoopNumber和光脉冲强度Intensity。如图7中所示，随着腔内循环次数的增加，激光脉冲经过多次NALM整形，逐渐形成方波激光脉冲，并进一步稳定。

图8示出了输出的方波激光脉冲的波形图。如图8中所示，根据本发明实施例提供的脉冲激光器100能够形成的稳定方波激光脉冲序列。通过示波器观察单个方波脉冲，其波形图如图9中所示。

非线性放大环镜110具有稳定脉冲功率的作用，方波激光脉冲具有稳定的工作功率点。当脉冲激光器100受到外界扰动而使方波激光脉冲的功率发生变化时，非线性放大环镜110自动将方波激光脉冲的功率恢复到稳定工作功率点上，即非线性放大环镜110使激光脉冲器100具有稳定脉冲功率的作用。

此外，由于非线性放大环镜110在脉冲整形过程中的功率限制作用，输出方波激光脉冲的高度也是恒定的。当放大器增益增大时，脉冲高度保持不变，而脉冲宽度可以相应增大，即方波激光脉冲的脉冲宽度连续可调。

图10示出了输出的方波激光脉冲宽度与泵浦功率的关系。如图10中所示，当泵浦功率变化时，脉冲宽度可在1ns至1300ns之间连续可调。

本发明实施例提供的技术方案将NALM应用在掺镱光纤激光器作为激光腔内脉冲整形元件。在形成方波脉冲的过程中，初始形成的激光脉冲经多次循环通过NALM，迅速演变成为方波激光脉冲，并实现稳定的纳秒方波激光脉冲输出。其中，输出的方波激光脉冲的中心波长1060nm。即，方波脉冲的形成是在激光腔内完成的，激光输出时已是一个稳定的方波激光脉冲。本发明实施例提供的脉冲激光器主动输出方波激光脉冲，不需要脉冲堆积方案中对基元脉冲进行复杂的堆积控制，也不需要脉冲调制方案中任何昂贵的高速调制器。

根据本发明实施例提供的脉冲激光器，能够输出纳秒级方波脉冲激光，且本身具有不易受电磁波影响、易于操作、结构紧凑、易于散热等优点。本发明实施例的脉冲激光器，与现已有的纳秒方波脉冲产生方案相比，结构简单，直接输出稳定的方波脉冲，具有自启动和调节简单的特点。

本发明实施例的另一方面提供了一种方波脉冲激光生成方法。结合图11所示，该方法包括如下步骤：

S901：输入连续激光，激励工作物质生成初始激光脉冲。

通过半导体激光器111a输入980nm连续激光，工作物质吸收连续激光，当输入的连续激光功率达到一定功率后，腔内将会自发形成激光脉冲。

在本实施例中，工作物质为掺镱离子光纤。

S902：将初始激光脉冲通过非线性放大环镜NALM进行腔内脉冲整形，在非线性放大环境和脉冲激光主振荡腔内循环振荡，生成方波激光脉冲。

初始激光脉冲形成后，非线性放大环镜NALM110对其进行脉冲整形，生成方波激光脉冲序列。NALM110的透过率T_s为：

$T_s=\frac{G}{2}[1-\cos [(G-1)P_{\mathrm{in}}\frac{\mathrm{\π}{n}_{2}L}{\mathrm{\λ}\·A_{\mathrm{eff}}}\left]\right],---\left(1\right)$

其中，G为NALM110中光纤放大器的增益系数，P_in为入射信号功率，n₂为NALM110中光纤的非线性系数，L为NALM110长度，λ为信号的中心波长，A_eff为光纤的有效模场面积。

由于腔内偏振状态影响工作状态，生成方波激光脉冲序列后，还需要调整激光脉冲序列的偏振状态。

将由NALM整形后的方波激光脉冲序列通过光纤耦合器112的第三端输出到脉冲激光主振荡器120。激光脉冲在脉冲激光主振荡器120和脉冲整形激光腔111内循环振荡。在结合图6所示，将由输出耦合器123到达光纤耦合器112第一端的光场，记为光场A，光场A经3dB光纤耦合器112后分成两路U和V，分别在脉冲整形激光腔111中沿顺时针方向和逆时针运转。运转一周后，光场U和V同时到达光纤耦合器112进行叠加合成，并通过耦合器第三端输出到脉冲激光主振荡腔120，标记为光场A′。光场A′相对于光场A已经完成了一次NALM的整形。光场A′在脉冲激光主振荡腔120内顺时针运转一周。光场A′先后经过偏振无关隔离器121、滤波器122和输出耦合器123后，再次到达3dB光纤耦合器112的第一端，开始进入下一个循环，直至生成稳定方波激光脉冲。

S903：通过脉冲激光主振荡腔120输出方波激光脉冲。

将步骤902中生成的稳定的方波激光脉冲通过脉冲激光主振荡腔120输出。

图8示出了输出的方波激光脉冲的波形图。如图8中所示，根据本发明实施例提供的脉冲激光生成方法，能够整形并输出的稳定的方波激光脉冲。通过示波器观察单个方波脉冲，其波形图如图9中所示。

NALM还具有稳定脉冲功率的作用，方波激光脉冲具有稳定的工作功率点。当受到外界扰动而使方波功率发生变化，NALM自动将方波功率恢复至稳定工作功率点上，即NALM使激光器自身具有稳定脉冲功率的功能。

此外，由于NALM脉冲整形过程中的泵浦功率限制作用，输出方波脉冲的高度是恒定的。当放大器增益增大时，脉冲高度保持不变，而脉冲宽度相应增大，即可以实现脉冲宽度的连续可调，这在工程应用中将带来巨大便利。

结合图10所示，当泵浦功率变化时，脉冲宽度可在1ns至1300ns之间连续可调。

本发明实施例提供的脉冲激光生成方法，能够直接输出稳定的方波脉冲，具有自启动和调节简单的特点。并且该方法的时间和幅度稳定性高、信噪比高、脉冲顶部平坦、无内部结构、能够长时间连续工作。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种方波脉冲激光器，其特征在于，所述方波脉冲激光器包括：非线性放大环镜和脉冲激光主振荡腔，

所述非线性放大环镜用于对激光脉冲进行腔内脉冲整形，所述非线性放大环镜包括脉冲整形激光腔和光纤耦合器，所述脉冲整形激光腔用于对激光脉冲进行腔内脉冲整形，生成方波激光脉冲序列；

所述光纤耦合器用于将方波激光脉冲序列耦合输出，所述光纤耦合器包括第一端、第二端、第三端和第四端，其中，所述第一端和第三端位于所述光纤耦合器的一侧，所述第二端和第四端位于所述光纤耦合器的另一侧；

所述脉冲激光主振荡腔，用于将所述方波激光脉冲序列在所述非线性放大环镜和所述脉冲激光主振荡腔内循环振荡，生成并输出方波激光脉冲；

所述光纤耦合器的第二端及第四端与所述脉冲整形激光腔相连，所述光纤耦合器的第一端及第三端与所述脉冲激光主振荡腔相连；

所述脉冲整形激光腔包括半导体激光器、波分复用器、掺镱离子光纤、单模光纤和偏振控制器，

所述半导体激光器，用于向所述波分复用器输入连续激光；

所述掺镱离子光纤用于吸收所述波分复用器输出的连续激光，受激励后生成激光脉冲，所述掺镱离子光纤一端与所述波分复用器的公共端相连，另一端与所述光纤耦合器的第二端相连；

所述单模光纤与所述波分复用器的1060端相连；

所述偏振控制器用于调整所述脉冲整形激光腔内的激光脉冲的偏振状态，所述偏振控制器的一端与所述单模光纤相连，另一端与所述光纤耦合器的第四端相连。

所述脉冲激光主振荡腔包括：偏振无关隔离器、滤波器和输出耦合器，

所述偏振无关隔离器用于保证激光脉冲序列在所述非线性放大环镜和所述脉冲激光主振荡腔内的顺时针运转，所述偏振无关隔离器与所述光纤耦合器的第三端相连；

所述滤波器用于选定输出激光脉冲的波长，所述滤波器与所述偏振无关隔离器相连；

所述输出耦合器用于输出方波激光脉冲，所述输出耦合器其一端与所述滤波器相连，另一端与所述光纤耦合器的第一端相连。

2.如权利要求1所述的方波脉冲激光器，其特征在于，所述单模光纤能够由非线性光纤或半导体光放大器替代。

3.如权利要求1所述的方波脉冲激光器，其特征在于，所述滤波器为薄膜滤波器。

4.如权利要求1所述的方波脉冲激光器，其特征在于，所述脉冲激光主振荡腔输出的方波激光脉冲的宽度连续可调。

5.一种方波脉冲激光生成方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

输入连续激光，激励工作物质生成初始激光脉冲；

将初始激光脉冲通过非线性放大环镜进行腔内脉冲整形，在所述非线性放大环境和脉冲激光主振荡腔内循环振荡，生成方波激光脉冲；

方波激光脉冲形成后，非线性放大环境对其进行脉冲整形，生成方波激光脉冲序列；

通过所述脉冲激光主振荡腔输出方波激光脉冲。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述工作物质为掺镱离子光纤。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方波激光脉冲序列在所述非线性放大环镜和所述脉冲激光主振荡腔的循环振荡，包括如下步骤：

所述非线性放大环镜将来自所述脉冲激光主振荡腔的方波激光脉冲序列分为两路，分别沿顺时针方向和逆时针方向运转，运转一周后叠加合成，输出到所述脉冲激光主振荡腔，所述脉冲激光主振荡腔将接收到的方波激光脉冲序列沿顺时针运转一周后，输出到所述非线性放大环镜，循环直至生成稳态方波激光脉冲。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述输出方波激光脉冲的宽度连续可调。

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