CN102244360A - 声光调q高功率脉冲光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种声光调Q高功率脉冲光纤激光器，包括光路模组和电路模组，所述光路模组包括泵浦源，用于产生泵浦激光，包括若干泵浦激光器；谐振腔，用于将所述泵浦激光转换为脉冲激光，所述谐振腔内具有高反镜和声光调制器，且所述谐振腔连接于所述泵浦源；光纤放大器，用于将所述脉冲激光进行功率放大后输出。更好的，本发明采用的高反镜的反射带宽可达到100nm，反射率可达99％，并且能够承受几十千瓦的峰值功率和几十瓦的平均功率。借此，本发明解决了在一定的脉冲峰值功率情况下输出激光的光谱带宽变窄的问题，可避免激光的非线性受激布里渊散射SBS，具有很高的可靠性能。

Description

声光调Q高功率脉冲光纤激光器

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种声光调Q高功率脉冲光纤激光器。

背景技术

随着激光技术的发展，激光加工也逐渐普及，而在激光加工中，光纤激光器有着不可替代的作用。目前国际上有脉冲光纤激光器，采用的技术方案是用零点几纳米左右宽带的光纤光栅(FBG)作为谐振腔的高反镜，用带宽零点几纳米的反射率比较低的光纤光栅作为谐振腔的低反镜，在谐振腔内用光纤耦合的声光Q开关调Q来产生几十纳秒到几百纳秒量级的光脉冲做为种子源，然后经过一级或二级双包层光纤放大器放大后得到零点几毫焦到几毫焦量级的光脉冲。

但是，这种用FBG作为高反镜的脉冲光纤激光器温度稳定性差，在环境发生改变时，FBG的中心波长很容易发生漂移，高反的光栅和低反的光栅容易失配，造成激光器的光谱带宽变窄，在一定的脉冲峰值的功率的情况下，容易产生非线性受激布里渊散射SBS，经后级放大后产生极高的峰值功率，易造成光纤烧断，这也是目前国内外调Q脉冲光纤激光器的可靠性差的根本原因，据统计，国外生产的脉冲光纤激光器的返修率大约10％，且采用FBG做高反的返修率在大约为70％～10％。

综上可知，现有的声光调Q高功率脉冲光纤激光器，在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。

发明内容

针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种声光调Q高功率脉冲光纤激光器，其可以避免产生非线性受激布里渊散射SBS，具有很高的可靠性。

为了实现上述目的，本发明提供一种声光调Q高功率脉冲光纤激光器，包括光路模组和电路模组，所述光路模组包括

泵浦源，用于产生泵浦激光，包括若干泵浦激光器；

谐振腔，用于将所述泵浦激光转换为脉冲激光，所述谐振腔内具有高反镜和声光调制器，且所述谐振腔连接于所述泵浦源；

光纤放大器，用于将所述脉冲激光进行功率放大后输出。

根据本发明的声光调Q高功率脉冲光纤激光器，所述谐振腔内还具有低反镜及合束器，所述低反镜连接于所述声光调制器，所述高反镜连接于所述合束器，所述合束器与声光调制器通过掺镱双包层光纤连接。

根据本发明的声光调Q高功率脉冲光纤激光器，所述光路模组还包括一光纤耦合器，所述谐振腔通过一光隔离器与所述光纤耦合器连接。

根据本发明的声光调Q高功率脉冲光纤激光器，所述光纤耦合器一端连接一光电探测器，另一端连接所述光纤放大器，所述光纤耦合器将所述脉冲激光耦合为两路激光信号，一路激光信号传输至所述光电探测器，另一路激光信号传输至所述光纤放大器。

根据本发明的声光调Q高功率脉冲光纤激光器，所述光纤放大器包括第一级光纤放大器和第二级光纤放大器。

根据本发明的声光调Q高功率脉冲光纤激光器，所述光纤放大器包括泵浦源、合束器及掺镱双包层光纤放大器，所述泵浦源、掺镱双包层光纤放大器与光纤耦合器均与所述合束器连接。

根据本发明的声光调Q高功率脉冲光纤激光器，所述高反镜的反射带宽为100nm，反射率为99％。

根据本发明的声光调Q高功率脉冲光纤激光器，所述第一级光纤放大器和第二级光纤放大器之间连接有一隔离器。

根据本发明的声光调Q高功率脉冲光纤激光器，所述电路模组包括：

泵浦驱动电路，用于驱动所述光纤放大器；

激光驱动器，用于驱动所述泵浦激光器；

声光驱动电路，用于驱动所述声光调制器；

保护电路，用于在无外界触发信号或输出脉冲重复频率过高时，对激光器进行自动保护；

输出控制电路，用于设置所述光纤激光器的脉宽、重频及输出功率；

温度控制电路，用于自动控制电路的温度。

本发明通过泵浦源产生泵浦激光，再通过谐振腔后产生脉冲激光，再由光纤放大器将脉冲激光放大后输出。谐振腔中具有一光纤反射镜作为高反镜，优选的是，该高反镜具有很大的反射带宽及反射率，能够承受几十千瓦的峰值功率和几十瓦的平均功率，可有效避免激光的非线性受激布里渊散射SBS，提高光纤激光器的可靠性。

附图说明

图1是本发明一实施例的光路模组的结构示意图；

图2是本发明另一实施例的光路模组的结构示意图；

图3是本发明一实施例的电路模组的结构示意图；

图4是本发明一实施例的光纤放大器的外观结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1和图3，本发明提供了一种声光调Q高功率脉冲光纤激光器，其包括光路模组100和电路模组200，光路模组100用于激光信号的变换及传输，电路模组200用于给光路模组100的各光纤器件提供驱动。具体的，光路模组100包括：

泵浦源10，用于产生泵浦激光，其包括若干泵浦激光器，为方便描述，在此设定每个泵浦源10包括的泵浦激光器数量为n，且各泵浦激光器可以为975/960/915nm类型的泵浦激光器。

谐振腔20，连接于泵浦源10，是光纤激光器的核心部件。该谐振腔20接收泵浦源10产生的泵浦激光，并将泵浦激光转换为脉冲激光后输出。谐振腔20具体包括高反镜21、合束器22、声光调制器23和低反镜24，合束器22为(1+N)×1合束器，泵浦源10和高反镜21均与合束器22连接，合束器22和声光调制器23通过掺镱双包层光纤25连接，低反镜24连接于声光调制器23。优选的是，本发明中以光纤反射镜作为高反镜21，光纤反射镜具有很大的反射带宽，反射带宽可达到100nm，其反射率也可达到99％，并用光纤耦合，能够承受几十千瓦的峰值功率和几十瓦的平均功率。

光纤放大器60，用于将脉冲激光进和放大后输出。该光纤放大器60包括泵浦源10、合束器22及掺镱双包层光纤放大器61，泵浦源10、掺镱双包层光纤放大器61均与合束器22连接。

在本发明一具体实施例中，光路模组100还包括一光纤耦合器30，谐振腔20通过一光隔离器40与光纤耦合器30连接，光纤耦合器30的两输出端一端连接一光电探测器50，另一端连接光纤放大器60，光隔离器40可以保证激光脉冲在光路中的单向传输。具体的，由谐振腔20产生的脉冲激光经光隔离器40传输至光纤耦合器30，光纤耦合器30将所述脉冲激光耦合为两路激光信号，一路激光信号传输至所述光电探测器50，另一路激光信号则传输至光纤放大器60的合束器22。合束器22将光纤耦合器30和泵浦源10传输来的信号进行合束，并将合束后的激光信号传送至掺镱双包层光纤放大器61进行放大处理，放大后的脉冲激光经光隔离器40后输出。

优选的是，光纤放大器60可以包括两级或多级放大光路，如图2所示的实施例中，光纤放大器60包括第一级光纤放大器70和第二级光纤放大器80，同时为保证激光信息的单向传输，第一级光纤放大器70和第二级光纤放大器80之间连接有一光隔离器40。借此，脉冲激光可经过两级放大后得到需要的大功率激光信号。

本发明的采用的高反镜21结构简单，生产的时候不需要任何的手动调节，直接熔接进光纤即可，其对温度或外界环境变化造成的影响不敏感，低反镜24的光纤光栅FBG受外界影响而造成的波长漂移不会与高反镜21失配，借此可避免种子激光的非线性受激布里渊散射SBS，进而有效保护光纤，极大的提高了调Q的光纤激光器的可靠性。

再参见图3，本发明光纤激光器的电路模组200包括：

泵浦驱动电路201，用于驱动光纤放大器60，且泵浦驱动电路201和光纤放大器60均为大功率器件。

激光驱动器202，用于驱动所述泵浦源10的泵浦激光器产生泵浦激光。

声光驱动电路203，用于驱动声光调制器23，通过声光调制器23调整谐振腔20的Q值，借此使谐振腔20的低反镜24输出需要的脉冲激光。

保护电路204，用于在无外界触发信号或输出脉冲重复频率过高时，对光纤激光器进行自动保护。

温度控制电路205，该电路为ATC温控电路，用于自动控制电路的温度，提高光纤激光器波长的稳定性。

输出控制电路206，用于控制光纤激光器输出的脉宽、重频以及功率。

图4是本发明光纤激光器一外观结构示意图，光纤激光器具有光纤出口101，用于激光信号的输出，其可连接光路模组100的输出端；控制接口102，连接输出控制电路206，用于对输出激光参数的设置；电源接口103，用于连接工作电源；数据传输接口104，用于传输数据。

本发明的脉冲光纤激光器可以达到如下技术标准：

工作波长：1064nm波段；脉冲能量1mJ；脉冲宽度20ns-200ns可调；脉冲重复频率20KHz-500KHz；输出平均功率10-50W级。其可以广泛应用于高精度激光成像雷达、高精度光纤温度传感系统、高精度光纤微振动传感系统、高精度激光加工、激光多普勒测风雷达、激光通讯系统、激光医疗、光电对抗以及科学研究等多个领域。

下面结合图示，具体说明本发明的一个应用过程。

以图2为例，泵浦源10的泵浦激光器经大功率的激光驱动器202驱动，产生泵浦激光，经泵浦保护器后，泵浦激光进入谐振腔20的(1+N)×1合束器22进行合束产生20ns～200ns的脉冲激光，此时的的脉冲激光功率非常微弱，可以通过掺镱双包层光纤25进行放大，在声光调制器23的调Q控制下输出。输出后的脉冲激光经光纤耦合器30分为两路，一路传至光电探测器50，一路进入第一级光纤放大器70。第一级光纤放大器70的合束器22将泵浦激光与该路脉冲信号合束后将合束激光信号传送到双包层光纤放大器61进行放大，可得到千瓦级峰值功率的脉冲光纤激光输出，放大后的激光信号再经第二级光纤放大器80放大后即可得到20KW峰值功率和10-50W平均功率的脉冲光纤激光输出。

本发明采用自行研发生产的光纤反射镜作为光纤调Q激光器的高反镜21，解决了在一定的脉冲峰值功率情况下输出激光的光谱带宽变窄的问题，不会引起种子激光的非线性SBS，也不会烧断光纤，极大的提高了调Q的光纤激光器的可靠性。同时，由于高反镜21的反射带宽可达100nm，经特殊设计，反射率也可达到99％，并用光纤耦合，能够承受几十千瓦的峰值功率和几十瓦的平均功率，且由于激光器的电路模组200可对整个激光器进行自动保护，借此提高激光的可靠性，经实践应用，本发明的平均功率10W～50W的高功率调Q脉冲光纤激光器的返修率在1％以内。

综上所述，本发明通过泵浦源产生泵浦激光，再通过谐振腔后产生脉冲激光，再由光纤放大器将脉冲激光放大后输出。谐振腔中具有一光纤反射镜作为高反镜，优选的是，该高反镜具有很大的反射带宽及反射率，能够承受几十千瓦的峰值功率和几十瓦的平均功率，可有效避免激光的非线性受激布里渊散射SBS，提高光纤激光器的可靠性。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种声光调Q高功率脉冲光纤激光器，包括光路模组和电路模组，其特征在于，所述光路模组包括

泵浦源，用于产生泵浦激光，包括若干泵浦激光器；

谐振腔，用于将所述泵浦激光转换为脉冲激光，所述谐振腔内具有高反镜和声光调制器，且所述谐振腔连接于所述泵浦源；

光纤放大器，用于将所述脉冲激光进行功率放大后输出。

2.根据权利要求1所述的声光调Q高功率脉冲光纤激光器，其特征在于，所述谐振腔内还具有低反镜及合束器，所述低反镜连接于所述声光调制器，所述高反镜连接于所述合束器，所述合束器与声光调制器通过掺镱双包层光纤连接。

3.根据权利要求1所述的声光调Q高功率脉冲光纤激光器，其特征在于，所述光路模组还包括一光纤耦合器，所述谐振腔通过一光隔离器与所述光纤耦合器连接。

4.根据权利要求3所述的声光调Q高功率脉冲光纤激光器，其特征在于，所述光纤耦合器一端连接一光电探测器，另一端连接所述光纤放大器，所述光纤耦合器将所述脉冲激光耦合为两路激光信号，一路激光信号传输至所述光电探测器，另一路激光信号传输至所述光纤放大器。

5.根据权利要求1所述的声光调Q高功率脉冲光纤激光器，其特征在于，所述光纤放大器包括第一级光纤放大器和第二级光纤放大器。

6.根据权利要求4所述的声光调Q高功率脉冲光纤激光器，其特征在于，所述光纤放大器包括泵浦源、合束器及掺镱双包层光纤放大器，所述泵浦源、掺镱双包层光纤放大器与光纤耦合器均与所述合束器连接。

7.根据权利要求1所述的声光调Q高功率脉冲光纤激光器，其特征在于，所述高反镜的反射带宽为100nm，反射率为99％。

8.根据权利要求5所述的声光调Q高功率脉冲光纤激光器，其特征在于，所述第一级光纤放大器和第二级光纤放大器之间连接有一隔离器。

9.根据权利要求1所述的声光调Q高功率脉冲光纤激光器，其特征在于，所述电路模组包括：

泵浦驱动电路，用于驱动所述光纤放大器；

激光驱动器，用于驱动所述泵浦激光器；

声光驱动电路，用于驱动所述声光调制器；

保护电路，用于在无外界触发信号或输出脉冲重复频率过高时，对激光器进行自动保护；

输出控制电路，用于设置所述光纤激光器的脉宽、重频及输出功率；

温度控制电路，用于自动控制电路的温度。

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