CN102244355A - 脉宽可调的增益开关型皮秒脉冲种子源 - Google Patents

Abstract

一种脉宽可调的增益开关型皮秒脉冲种子源，涉及脉冲型光纤激光器，它包括增益开关激光器，其特别之处在于：所述增益开关激光器连有啁啾补偿模块，用于调节增益开关激光器输出信号的脉宽。进一步地，所述增益开关激光器和啁啾补偿模块之间通过保偏光纤连接。与现有技术相比，本发明通过增益开关激光器和啁啾补偿模块的设置，在国际上首次在1030～1070nm波段使用增益开关型脉冲源产生皮秒脉冲，该脉冲重复频率在10K～100MHz内灵活可调，基础光脉宽在50～500ps内可调，且应用保偏光纤后，输出的种子光均为线偏振单纵模或多纵模激光，易于工业加工及科学研究。

Description

脉宽可调的增益开关型皮秒脉冲种子源

技术领域

本发明涉及脉冲型光纤激光器，具体地指一种脉宽可调的增益开关型皮秒脉冲种子源。

背景技术

脉冲型光纤激光器以其体积小、光束质量好、峰值功率高、能耗低等优点成为替代传统固体及气体激光器的新一代激光器产品，是目前工业激光加工及科学研究工作的一种重要激光器。短脉冲皮秒种子源激光器现在广泛应用于脉冲型光纤激光器，例如：基于主振荡功率放大(MOPA)结构的光纤激光器就是专门通过放大种子源激光来得到高性能的脉冲激光输出。可见，种子源的质量将直接影响最终输出激光的性能。

目前产生皮秒超短脉冲一般是采用锁模技术或增益开关技术。其中，在1060nm附近产生皮秒超短脉冲采用的是锁模技术。锁模技术即将激光器输出的一系列频率间隔相等的纵模的相位锁定，从而获得皮秒量级的超短脉冲激光，其主要分为主动和被动方式。目前用于实现锁模技术的装置主要是半导体可饱和吸收镜(SESAM)等。该技术存在的主要问题是：产生的皮秒脉冲固定不可调，具体说来，其重复频率和脉宽均不可调；而且应用锁模技术难以输出重复频率高于100MHz、脉宽在200ps以上的光脉冲，使该技术在应用中的灵活性及可控制性受限。

半导体激光器的增益开关技术是简单，可靠的实现超短光脉冲的方法，通过此方法产生的光脉冲的重复频率可随电脉冲重复频率的变化而变化，使其工作的重复频率灵活可调。然而，该方法目前一般应用于通讯系统，其工作波长通常在1.5μm附近，脉冲重复频率一般在GHz以上；而且，其最终输出的是非偏振光，脉宽也不能调节，所以该方法的应用范围也受到很多限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种脉宽可调的增益开关型皮秒脉冲种子源，能够同时实现重复频率和脉宽的可调性，以更好地满足工业加工及科研的需要。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种脉宽可调的增益开关型皮秒脉冲种子源，包括增益开关激光器，其特别之处在于：所述增益开关激光器连有啁啾补偿模块，用于调节增益开关激光器输出信号的脉宽。

上述技术方案中，所述增益开关激光器和啁啾补偿模块之间通过保偏光纤连接。

上述技术方案中，所述啁啾补偿模块为啁啾光栅或者啁啾补偿全固光子带隙光纤。

上述技术方案中，所述增益开关激光器和啁啾补偿模块之间还通过光纤耦合器连有单纵模锁定装置。

进一步地，所述光纤耦合器与增益开关激光器、单纵模锁定装置、啁啾补偿模块之间分别通过保偏光纤连接。

更进一步地，所述单纵模锁定装置为可调光栅或者DFB半导体激光器。

上述技术方案中，所述增益开关激光器由依次连接的电脉冲发生器、信号放大器、直流偏置电流源和F-P半导体激光器构成。

与现有技术相比，本发明通过增益开关激光器和啁啾补偿模块的设置，在国际上首次在1030～1070nm波段使用增益开关型脉冲源产生皮秒脉冲，该脉冲重复频率在10K～100MHz内灵活可调，基础光脉宽在50～500ps内可调，且应用保偏光纤后，输出的种子光均为线偏振单纵模或多纵模激光，易于工业加工及科学研究。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例2的结构示意图；

图3为本发明实施例3的结构示意图；

图4为本发明中啁啾补偿模块的设计原理图；

图5为实施例1至3中啁啾补偿模块进行脉宽压缩前后的对照图；

图中：1-增益开关激光器，2-电脉冲发生器，3-信号放大器，4-直流偏置，5-直流电源，6-F-P半导体激光器，7-光纤耦合器，8-可调光栅，9-啁啾补偿模块，10-隔离器，11-DFB半导体激光器，12-电光晶体，13-光谱仪，14-方波信号发生器，15-PC控制器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施例作进一步的详细描述：

实施例1：

如图1所示，本发明的一种脉宽可调的增益开关型皮秒脉冲种子源由增益开关激光器1、光纤耦合器7、单纵模锁定装置和啁啾补偿模块9构成，且光纤耦合器7与增益开关激光器1、单纵模锁定装置、啁啾补偿模块9之间分别通过保偏光纤连接。

增益开关激光器1由依次连接的电脉冲发生器2、信号放大器3、直流偏置电流源和1060nmF-P半导体激光器6构成。电脉冲发生器2产生重复频率可调的射频信号，重复频率调节范围在10K～100MHz，通过调节直流电源5改变直流偏置4，使F-P半导体激光器6在阈值以下，则射频信号经信号放大器3放大后加载在F-P半导体激光器6上会产生增益。F-P半导体激光器6产生振荡，在第二个振荡峰出现之前，电脉冲增益消失，此时F-P半导体激光器6输出皮秒级短脉冲。脉宽一般为50～500ps。

本实施例中的单纵模锁定装置为可调光栅8，可调光栅8用于调节输出波长，使光在特定的重复频率下能够单纵模输出。具体来说，在重复频率满足关系式：

$f=\frac{\mathrm{nC}}{2L}$

时输出单纵模激光。上述关系式中：C为工作波长的光脉冲在光纤中的传播速度，L为F-P半导体激光器6与可调光栅8之间的光纤长度，n为不小于1的整数。

啁啾补偿模块9可以是啁啾光栅或者啁啾补偿全固光子带隙光纤，啁啾光栅或者啁啾补偿全固光子带隙光纤的参数可通过使用频率解析光学快门(frequency-resolved optical gating，FROG)扫描出光脉冲的频率分布图，然后进行分析得到，用于压缩或者展宽增益开关激光器1输出脉冲的宽度至所需数值。啁啾补偿模块9的一种设计过程如图4所示，增益开关激光器1中的F-P半导体激光器6产生的光脉冲通过全光纤电光晶体12后，其输出端连入光谱仪13；同时，增益开关激光器1中的电脉冲发生器2产生的射频信号还触发一台方波信号发生器14，方波信号发生器14输出的方波脉冲用于驱动上述电光晶体12。用PC控制器15控制方波信号发生器14与电脉冲发生器2之间的时延来调节光学快门以扫描整个脉冲。其间，PC控制器15每改变一次时延，便从光谱仪13中采集一次光谱，随后对整个光谱按照时间顺序排列，得到FROG图谱。最后，用数学解卷积方法解析FROG图谱，得到被测脉冲的啁啾分布，即可设计出对应的啁啾补偿模块9.。

图5即示意出了一种啁啾补偿模块9进行脉宽压缩前后的对照图，从图中可见，该啁啾补偿模块9将增益开关激光器1输出的脉宽100ps的脉冲压缩至20ps。

实施例2：

本实施例的其它结构与实施例1相同，区别仅在于该实施例的单纵模锁定装置为1060nm的DFB半导体激光器11。此时，纵模始终处于锁定状态，可以任意调节电脉冲发生器2的重复频率，以调整输出光脉冲的重复频率。

实施例3：

本实施例的其它结构与实施例1相同，区别仅在于该实施例无单纵模锁定装置，增益开关激光器1的输出端直接通过保偏光纤连接啁啾补偿模块9。由于无单纵模锁定装置，本实施例在任何重复频率下均输出多纵模激光。

本发明的核心在于使用增益开关技术和啁啾补偿技术以同时实现种子光的重复频率和脉宽的可调性，所以，其保护范围并不限于上述实施例。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神，倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明也意图包含这些改动和变形在内。

Claims (10)

1.一种脉宽可调的增益开关型皮秒脉冲种子源，包括增益开关激光器(1)，其特征在于：所述增益开关激光器(1)连有啁啾补偿模块(9)，用于调节增益开关激光器(1)输出信号的脉宽。

2.根据权利要求1所述的脉宽可调的增益开关型皮秒脉冲种子源，其特征在于：所述增益开关激光器(1)和啁啾补偿模块(9)之间通过保偏光纤连接。

3.根据权利要求1所述的脉宽可调的增益开关型皮秒脉冲种子源，其特征在于：所述啁啾补偿模块(9)为啁啾光栅或者啁啾补偿全固光子带隙光纤。

4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的脉宽可调的增益开关型皮秒脉冲种子源，其特征在于：所述增益开关激光器(1)和啁啾补偿模块(9)之间还通过光纤耦合器(7)连有单纵模锁定装置。

5.根据权利要求4所述的脉宽可调的增益开关型皮秒脉冲种子源，其特征在于：所述光纤耦合器(7)与增益开关激光器(1)、单纵模锁定装置、啁啾补偿模块(9)之间分别通过保偏光纤连接。

6.根据权利要求4所述的脉宽可调的增益开关型皮秒脉冲种子源，其特征在于：所述单纵模锁定装置为可调光栅(7)或者DFB半导体激光器(11)。

7.根据权利要求5所述的脉宽可调的增益开关型皮秒脉冲种子源，其特征在于：所述单纵模锁定装置为可调光栅(7)或者DFB半导体激光器(11)。

8.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的脉宽可调的增益开关型皮秒脉冲种子源，其特征在于：所述增益开关激光器(1)由依次连接的电脉冲发生器(2)、信号放大器(3)、直流偏置电流源和F-P半导体激光器(6)构成。

9.根据权利要求4所述的脉宽可调的增益开关型皮秒脉冲种子源，其特征在于：所述增益开关激光器(1)由依次连接的电脉冲发生器(2)、信号放大器(3)、直流偏置电流源和F-P半导体激光器(6)构成。

10.根据权利要求5至7中任一权利要求所述的脉宽可调的增益开关型皮秒脉冲种子源，其特征在于：所述增益开关激光器(1)由依次连接的电脉冲发生器(2)、信号放大器(3)、直流偏置电流源和F-P半导体激光器(6)构成。

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