CN102255229B - 可调脉宽的高功率脉冲光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调脉宽的高功率脉冲光纤激光器，所述激光器至少包括：种子脉冲激光系统，用于提供种子脉冲激光；频率检测模块，用于检测所述脉冲激光的重复频率；脉宽调节模块，用于根据所述脉冲激光的重复频率信息调节所述脉冲激光的脉冲宽度；高功率脉冲激光系统，用于将所述脉冲激光进行功率放大后输出。借此本发明的光纤激光器在低频到高频的整个工作频段范围内，都有很好的峰值功率，大大提高了脉冲光纤激光器在低频脉冲时的可靠性和稳定性，以及在高频脉冲下峰值功率的稳定性。

Description

可调脉宽的高功率脉冲光纤激光器

技术领域

本发明涉及光纤激光器技术，尤其涉及一种可调脉宽的高功率脉冲光纤激光器。

背景技术

随着通信技术的发展，光纤通信也逐渐普及，而在光纤通信中，光纤激光器有着不可替代的作用。目前市场上已有各种高功率的脉冲光纤激光器，但是，这些激光器产生的脉冲宽度都在80ns以上，脉冲能量为0.5mJ和1mJ，而且脉冲宽度不可调。但激光器的重复频率较低时，容易出现激光脉冲的输出峰值功率过大，烧断光纤的情况；当激光器的重复频率较高时，输出的光脉冲峰值功率随着重复频率的增加会有很大的减少，可靠性会大大下降。

综上可知，现有的脉冲光纤激光器，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可调脉宽的高功率脉冲光纤激光器，其可以调节脉冲宽度，提高脉冲光纤激光器的可靠性。

为了实现上述目的，本发明提供一种可调脉宽的高功率脉冲光纤激光器，所述激光器至少包括：

种子脉冲激光系统，用于提供种子脉冲激光；

频率检测模块，用于检测所述脉冲激光的重复频率；

脉宽调节模块，用于根据所述脉冲激光的重复频率信息调节所述脉冲激光的脉冲宽度；

高功率脉冲激光系统，用于将所述脉冲激光进行功率放大后输出。

根据本发明的可调脉宽的高功率脉冲光纤激光器，所述种子脉冲激光系统包括顺序连接的半导体种子激光器、第一隔离器、第一泵浦合束器和放大光纤，第一泵浦合束器还连接有第一泵浦激光器。

根据本发明的可调脉宽的高功率脉冲光纤激光器，所述放大光纤连接有第二隔离器。

根据本发明的可调脉宽的高功率脉冲光纤激光器，所述高功率脉冲激光系统电路模组和光路模组，所述光路模组包括顺序连接的第三隔离器、第二泵浦合束器及放大光纤，所述第二泵浦合束器还连接有第二泵浦激光器。

根据本发明的可调脉宽的高功率脉冲光纤激光器，所述放大光纤的输出端连接有第四隔离器，所述第四隔离器的输出端作为所述光纤激光器的输出端。

根据本发明的可调脉宽的高功率脉冲光纤激光器，所述第二泵浦激光器为大功率泵浦激光器，所述第四隔离器是带准直输出的大功率隔离器。

根据本发明的可调脉宽的高功率脉冲光纤激光器，所述光纤激光器预设一重复频率值，当所述激光器的重复频率大于该预设值时，所述脉宽调节模块使所述脉冲激光的脉冲宽度随着重复频率的增加而变窄。

根据本发明的可调脉宽的高功率脉冲光纤激光器，当所述种子脉冲的重复频率不大于所述预设值时，所述第一泵浦激光器采用脉冲泵浦，当所述种子脉冲的重复频率大于所述预设值时，所述第一泵浦激光器采用连续泵浦。

根据本发明的可调脉宽的高功率脉冲光纤激光器，所述电路模组包括脉冲触发电路、泵浦驱动电路、自动温度控制电路、自动光功率控制电路和接口控制电路。

根据本发明的可调脉宽的高功率脉冲光纤激光器，所述放大光纤为有源双包层光纤。

本发明通过在脉冲光纤激光器中加入频率检测模块，使其具有自动检测激光重复频率的功能，同时还设置一脉宽调节模块，使其可以对激光脉冲的宽度进行调节。具体的，用户在脉冲激光器内预设一重复频率值，在工作过程中频率检测模块不断检测激光脉冲的频率，并对二数值进行对比，若预设值大于检测值，则直接将种子脉冲激光传送至高功率脉冲激光系统，如果预设值小于检测值，则种子脉冲激光通过脉宽调节模块的调节后再传到高功率脉冲激光系统，借此可提高低频时的可靠性和稳定性，以及在高频下峰值功率的稳定性。

附图说明

图1是本发明的可调脉宽的高功率脉冲光纤激光器的结构示意图；

图2是本发明一实施例种子脉冲激光系统的结构示意图；

图3是本发明一实施例高功率脉冲激光系统的结构示意图；

图4A～图4C是本发明的可调脉宽的高功率脉冲光纤激光器的外部结构示意图。

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，本发明提供了一种可调脉宽的高功率脉冲光纤激光器100，其包括种子脉冲激光系统10、频率检测模块20、脉宽调节模块30和高功率脉冲激光系统40，其中：

种子脉冲激光系统10，用于提供种子脉冲激光，且该系统10为整个光纤激光器100的脉冲激光源。

频率检测模块20，连接于种子脉冲激光系统10的输出端，用于检测脉冲激光的频率。

脉宽调节模块30，连接于频率检测模块20，用于根据脉冲激光的重复频率信息调节脉冲激光的脉冲宽度。

高功率脉冲激光系统40，用于将脉冲激光进行功率放大后输出。

具体的，为保证高功率脉冲光纤激光器100在高频和低频段均有较好的工作状态，可预设一重复频率值M，该频率值M根据不同的输出功率、种子脉冲宽度及不同的光纤类型决定。当频率检测模块20检测到种子脉冲激光的重复频率小于M时，不对其处理，直接将种子脉冲激光传送至高功率脉冲激光系统40；若频率检测模块20检测到种子脉冲激光的重复频率大于M时，则将该种子脉冲传入至脉宽调节模块30，其按照种子脉冲的频率对脉冲宽度进行相应的调节，借此使种子脉冲进入高功率脉冲激光系统40放大后，输出的光脉冲峰值功率随着重复频率的增加而不会有大幅度减低，借此可确保该种脉冲光纤激光器100在低频时候的可靠性和稳定性，在高重复频率情况下的脉冲峰值功率的稳定性。

本发明的一具体实施例中，参见图2，种子脉冲激光系统10具体包括顺序连接的半导体种子激光器11、第一隔离器12、第一泵浦合束器13和放大光纤14及第二隔离器16，第一泵浦合束器13还连接有第一泵浦激光器15。其中，半导体种子激光器11为1064nm半导体激光器，放大光纤14为有源双包层光纤，第一泵浦激光器15优选采用980nm泵浦激光器，第二隔离器16为大功率的隔离混合器件，且该第二隔离器16的输出端即是种子脉冲激光系统10的输出端。更好的，种子脉冲激光系统10还配有电路模组18，该电路模组至少包括脉冲触发电路、泵浦驱动电路和温度控制电路，其中温度控制电路可分为两级自动温度控制电路。该电路模组18连接一ns级脉冲发生电路17，用于为半导体种子激光器11提供工作脉冲。

实际应用中，半导体种子激光器11经ns级脉冲发生电路17驱动，产生10～230ns的脉冲激光，该脉冲激光的功率非常微弱，当其经过由第一泵浦合束器13、放大光纤14和第一泵浦激光器组成的第一级特殊超高增益光纤放大器后，就可以得到千瓦级峰值功率的光纤脉冲激光输出，经功率放大后的脉冲激光由第二隔离器16输出。

更好的，在本实施例中，当频率检测模块20检测到种子脉冲激光的重复频率小于M时，第一泵浦激光器15采用脉冲泵浦，使得每个脉冲泵浦能量固定，从而使输出的每个激光脉冲的能量固定，最高输出脉冲峰值功率也固定，借此使输出的激光峰值功率最大值固定，避免了连续泵浦在低频的情况下造成输出峰值功率过大，烧断光纤的情况；当频率检测模块20检测到种子脉冲激光的重复频率大于M时，脉宽调节模块30根据频率的范围段自动调节种子脉冲宽度，使种子脉冲宽度随着重复频率的增加而自动变窄，借此，种子脉冲在经过后续的二级光纤放大器放大后，输出的光脉冲峰值功率不会随着重复频率的增加而大幅降低，从而保证该种光纤激光器100从低频到高频的整个工作频段范围内，都有很好的峰值功率。

本发明提供的高功率脉冲激光系统40的结构如图3所示，其包括光路模组和电路模组47，光路模组包括顺序连接的第三隔离器41、第二泵浦合束器42、放大光纤43及第四隔离器45，第二泵浦合束器42连接有第二泵浦激光器44，电路模组47和种子脉冲输入端之间连接有ns级脉冲发生电路46。且在本实施例中，放大光纤43为有源双包层光纤，第二泵浦激光器44为大功率泵浦激光器，第四隔离器45的输出端作为脉冲光纤激光器100。优选的是，第四隔离器45是带准直输出的大功率隔离器，其可以将功率放大后的脉冲激光进行准直输出。种子脉冲激光经高功率脉冲激光系统40功率放大后可以达到20KW峰值功率和10-50W平均功率，且可以实现脉冲激光1～500KHz的高重复频率的输出。

功率脉冲激光系统40的电路模组47包括脉冲触发电路、泵浦驱动电路、自动温度控制电路、自动光功率控制电路和接口控制电路，其可以实现脉冲触发、温度控制提高脉冲光纤激光器波长稳定性等多种功能，同时，还可以外设保护电路，使其可以对整个激光器进行自动保护，提高激光的可靠性。

图4A～图4C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，其可连接光路模组的输出端；控制接口102，用于对输出激光参数的设置，具体包括设置激光器100的脉宽、重复频率以及输出功率；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。

下面结合图示具体说明本发明的一个工作过程，半导体种子激光器11发出种子激光，经由第一泵浦合束器13、放大光纤14和第一泵浦激光器组成的第一级特殊超高增益光纤放大器后，得到千瓦级峰值功率的种子光纤脉冲激光，该种子脉冲激光经第二隔离器16处理后输出，同时，频率检测模块20对该输出的种子脉冲激光进行频率检测，如果其频率小于M，则第一泵浦激光器15采用脉冲泵浦，且种子脉冲激光系统10产生的种子脉冲激光直接传入高功率脉冲激光系统40，如果检测频率大于M则第一泵浦激光器15采用连续泵浦，种子脉冲通过脉宽调节模块30对脉冲宽度进行调节后再传送至高功率脉冲激光系统40。种子脉冲传入高功率脉冲激光系统40后经由第三隔离器41后，再经由第二泵浦合束器42、放大光纤43和第二泵浦激光器44组成的第二级光纤放大器功率放大后经第四隔离器输出。

本发明的脉冲光纤激光器100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10ns-230ns可调；脉冲重复频率1KHz-500KHz；输出平均功率10-50W级。同时，本发明确保了在低频时候的可靠性和稳定性，在高频情况下的脉冲峰值功率的稳定性，即通过适当调节脉冲宽度和重复频率，使峰值功率更高、脉冲形状更规则，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。

综上所述，本发明通过在脉冲光纤激光器中加入频率检测模块，使其具有自动检测激光重复频率的功能，同时还设置一脉宽调节模块，使其可以对激光脉冲的宽度进行调节。具体的，用户在脉冲激光器内预设一重复频率值，在工作过程中频率检测模块不断检测激光脉冲的频率，并对二数值进行对比，若预设值大于检测值，则直接将种子脉冲激光传送至高功率脉冲激光系统，如果预设值小于检测值，则种子脉冲激光通过脉宽调节模块的调节后再传到高功率脉冲激光系统，借此可提高低频时的可靠性和稳定性，以及在高频下峰值功率的稳定性。

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 (7)

1.一种可调脉宽的高功率脉冲光纤激光器，其特征在于，所述激光器至少包括：

种子脉冲激光系统，用于提供种子脉冲激光，所述种子脉冲激光系统包括顺序连接的半导体种子激光器、第一隔离器、第一泵浦合束器和第一放大光纤，所述第一泵浦合束器还连接有第一泵浦激光器；

频率检测模块，用于检测所述脉冲激光的重复频率；

脉宽调节模块，用于根据所述脉冲激光的重复频率信息调节所述脉冲激光的脉冲宽度；

高功率脉冲激光系统，用于将所述脉冲激光进行功率放大后输出；

所述光纤激光器预设一重复频率值M，当所述频率检测模块检测到所述种子脉冲激光的重复频率不大于M时，不对其处理，并直接将所述种子脉冲激光传送至所述高功率脉冲激光系统，若所述频率检测模块检测到所述种子脉冲激光的重复频率大于M时，则将所述种子脉冲激光传入至所述脉宽调节模块，所述脉宽调节模块使所述脉冲激光的脉冲宽度随着重复频率的增加而变窄，再将所述脉冲激光传送至所述高功率脉冲激光系统；

当所述种子脉冲的重复频率不大于M值时，所述第一泵浦激光器采用脉冲泵浦，当所述种子脉冲的重复频率大于M值时，所述第一泵浦激光器采用连续泵浦。

2.根据权利要求1所述的可调脉宽的高功率脉冲光纤激光器，其特征在于，所述第一放大光纤连接有第二隔离器。

3.根据权利要求1所述的可调脉宽的高功率脉冲光纤激光器，其特征在于，所述高功率脉冲激光系统包括电路模组和光路模组，所述光路模组包括顺序连接的第三隔离器、第二泵浦合束器及第二放大光纤，所述第二泵浦合束器还连接有第二泵浦激光器。

4.根据权利要求3所述的可调脉宽的高功率脉冲光纤激光器，其特征在于，所述第二放大光纤的输出端连接有第四隔离器，所述第四隔离器的输出端作为所述光纤激光器的输出端。

5.根据权利要求4所述的可调脉宽的高功率脉冲光纤激光器，其特征在于，所述第二泵浦激光器为大功率泵浦激光器，所述第四隔离器是带准直输出的大功率隔离器。

6.根据权利要求3所述的可调脉宽的高功率脉冲光纤激光器，其特征在于，所述电路模组包括脉冲触发电路、泵浦驱动电路、自动温度控制电路、自动光功率控制电路和接口控制电路。

7.根据权利要求1或3所述的可调脉宽的高功率脉冲光纤激光器，其特征在于，所述放大光纤为有源双包层光纤。

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