CN102957090A - 一种可调谐窄线宽皮秒脉冲激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调谐窄线宽皮秒脉冲激光器，包括脉冲驱动电路、半导体激光器、环形器、光纤光栅、耦合器、光谱分析单元、主控单元和微距牵引单元，脉冲驱动电路输出脉冲电流驱动半导体激光器产生一级弛豫振荡的宽光谱脉冲激光，该脉冲激光透过环形器被光纤光栅反射，然后经过环形器输出的反射激光进入耦合器，较大能量的反射激光经耦合器的输出光端口输出，较小能量的反射激光经耦合器的反馈光信号端口输出，较小能量的反射激光经光谱分析单元和主控单元的分析和处理，然后主控单元驱动微距牵引单元，微距牵引单元对光纤光栅的轴向进行微距离的拉伸牵引。本发明具有结构简单、操作容易、稳定性好、重频可调、调谐精度高等优点。

Description

一种可调谐窄线宽皮秒脉冲激光器

 

技术领域

本发明涉及激光器领域，具体是一种可调谐窄线宽皮秒脉冲激光器。

背景技术

目前脉冲激光器采用调Q技术、锁模技术来实现脉冲激光输出。调Q激光器只能实现脉冲宽度为纳秒量级的脉冲激光，可以获得毫焦量级的单脉冲能量输出，由于脉冲宽度宽，其与材料作用时，热吸收效应明显。锁模激光器可以实现皮秒和飞秒脉冲激光输出，但是其重复频率较高（MHz以上），频率可调范围窄，单脉冲能量低，对材料的作用效果差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可调谐窄线宽皮秒脉冲激光器，可以实现1-100MHz的调频，并且可以在特定波长稳定输出，是一种性能优异的激光器或激光种子源。

本发明的技术方案为：

一种可调谐窄线宽皮秒脉冲激光器，包括脉冲驱动电路、半导体激光器、环形器、光纤光栅、耦合器、光谱分析单元、主控单元和微距牵引单元，所述的脉冲驱动电路输出脉冲电流，半导体激光器受脉冲电流的驱动，产生一级弛豫振荡的宽光谱脉冲激光，该脉冲激光经由环形器的1号端口进入，其2号端口输出至光纤光栅，光纤光栅对位于其工作波长的激光反射，其余波长的激光透射，反射后的激光再经环形器的2号端口返回环形器，然后通过环形器的3号端口输出，3号端口输出的反射激光进入耦合器，较大能量的反射激光经耦合器的输出光端口输出，较小能量的反射激光经耦合器的反馈光信号端口输出，反馈光信号端口输出的反射激光进入光谱分析单元，光谱分析单元测出反馈光信号的中心波长数值，并传送给主控单元，主控单元将反馈光信号的中心波长数值与预先设定的中心波长数值对比后，驱动微距牵引单元，微距牵引单元对光纤光栅的轴向进行微距离的拉伸牵引。

所述的微距牵引单元包括相互连接的微距牵引控制单元和PZT系多层片式压电陶瓷，所述的光纤光栅的一端固定于微距牵引控制单元上，另一端与PZT系多层片式压电陶瓷连接。

所述的脉冲驱动电路选用脉冲宽度为皮秒量级的短脉冲驱动电路。

所述的半导体激光器选用输出光谱宽度超过20nm的半导体激光器。

所述的光纤光栅选用布拉格光纤光栅。

所述的耦合器选用1:9耦合器，其输出光端口为90%能量反射激光的输出光端口，其反馈光信号端口为10%能量反射激光的反馈光信号端口。

所述的光谱分析单元选用最小可分辨光谱辨率为20pm的不同波长激光的光谱分析单元。

本发明的优点：

（1）、本发明采用脉冲驱动电路输出超短脉冲宽度的脉冲电流，驱动半导体激光器发射脉冲激光，在脉冲激光的前沿会产生振幅较大的弛豫振荡，如果在振荡的第一个周期结束时，停止电流的注入，可以得到弛豫振荡第一个小尖峰决定宽度的单一脉冲输出，本发明利用注入电流使半导体激光器的增益急剧变化，由此产生超短脉冲激光脉冲，一般情况下，这种弛豫振荡的激光脉冲宽度在皮秒量级，采用这种方法的半导体激光器的优点是：使用简单的驱动电路就能产生超短激光脉冲，和锁模激光器相比，增益开关半导体激光器的稳定性更高，重复频率范围广，能用电流波形控制脉冲宽度和周期；

（2）、本发明的光纤光栅是一种无源光纤器件，其利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光的相干场图样写入纤芯，在纤芯内产生折射率沿纤芯轴向周期性变化，从而形成永久性空间相位光栅，其功能实质上是在纤芯内形成一个窄带的（透射或反射）滤波器或反射镜；本发明借此技术，使得所写入的光栅的布拉格波长、带宽或对两者同时进行灵活调节，通过控制光纤光栅的轴向应力，其光谱特性将发生相应的改变，实现光纤光栅的调谐技术；

（3）、本发明通过耦合器分出反馈光信号，然后通过光谱分析单元和主控单元的分析和处理，控制微距牵引单元从而调节光纤光栅的轴向应力，光纤光栅的折射率周期值随之改变，从而达到调谐反射激光中心波长的目的。

本发明结构简单、使用方便，光谱宽度和范围可调谐，从而使较窄的光谱输出，发明中的光器件均可以用导光光纤进行耦合，可以实现全光纤化。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

见图1，一种可调谐窄线宽皮秒脉冲激光器，包括脉冲宽度为皮秒量级的短脉冲驱动电路1、半导体激光器2、环形器3、布拉格光纤光栅4、1:9耦合器5、光谱分析单元6、主控单元7和微距牵引单元，短脉冲驱动电路1输出超短脉冲电流，半导体激光器2受脉冲电流的驱动，产生一级弛豫振荡的宽光谱脉冲激光，激光脉冲的宽度为皮秒量级，该脉冲激光经由环形器3的1号端口进入，其2号端口输出至布拉格光纤光栅4，布拉格光纤光栅4对位于其工作波长的激光反射，其余波长的激光透射，反射后的激光再经环形器3的2号端口返回环形器3，然后通过环形器的3号端口输出，3号端口输出的反射激光进入1:9耦合器5，90%能量的反射激光经耦合器5的输出光端口输出，10%能量的反射激光经1:9耦合器5的反馈光信号端口输出，然后此10%能量的反射激光进入光谱分析单元6，光谱分析单元6测出反馈光信号的中心波长数值，并传送给主控单元7，主控单元7将反馈光信号的中心波长数值与预先设定的中心波长数值对比后，驱动微距牵引单元，微距牵引单元对布拉格光纤光栅4的轴向进行微距离的拉伸牵引；微距牵引单元包括相互连接的微距牵引控制单元8和PZT系多层片式压电陶瓷9，布拉格光纤光栅4的一端固定于微距牵引控制单元8上，另一端与PZT系多层片式压电陶瓷9连接，PZT系多层片式压电陶瓷9受主控单元7传输给微距牵引控制单元8的电压控制，牵引布拉格光纤光栅4，改变布拉格光纤光栅4的轴向应力，改变布拉格光纤光栅4的周期结构，从而改变布拉格光纤光栅4的反射光波的中心波长值，使之与预设相同。

其中，半导体激光器2选用输出光谱宽度超过20nm的半导体激光器；光谱分析单元6具有很高的光谱辨率，最小可分辨20pm的不同波长激光。

实施例：

采用的脉冲驱动电路的输出脉冲频率1Hz-100kHz，电流脉冲宽度为0.9ns；半导体激光器的输出中心波长为1060nm，光谱宽度为20nm，其最大输出功率为500mW；光纤光栅类型为布拉格光栅，中心波长为1050nm；采用该结构的皮秒脉冲激光器可以获得光谱调谐范围为1049-1066nm，激光脉冲宽度为186ps，光谱宽度最大为200pm，输出平均功率最大为152μW的皮秒脉冲激光。

Claims (7)

1.一种可调谐窄线宽皮秒脉冲激光器，其特征在于：包括脉冲驱动电路、半导体激光器、环形器、光纤光栅、耦合器、光谱分析单元、主控单元和微距牵引单元，所述的脉冲驱动电路输出脉冲电流，半导体激光器受脉冲电流的驱动，产生一级弛豫振荡的宽光谱脉冲激光，该脉冲激光经由环形器的1号端口进入，其2号端口输出至光纤光栅，光纤光栅对位于其工作波长的激光反射，其余波长的激光透射，反射后的激光再经环形器的2号端口返回环形器，然后通过环形器的3号端口输出，3号端口输出的反射激光进入耦合器，较大能量的反射激光经耦合器的输出光端口输出，较小能量的反射激光经耦合器的反馈光信号端口输出，反馈光信号端口输出的反射激光进入光谱分析单元，光谱分析单元测出反馈光信号的中心波长数值，并传送给主控单元，主控单元将反馈光信号的中心波长数值与预先设定的中心波长数值对比后，驱动微距牵引单元，微距牵引单元对光纤光栅的轴向进行微距离的拉伸牵引。

2.根据权利要求1所述的一种可调谐窄线宽皮秒脉冲激光器，其特征在于：所述的微距牵引单元包括相互连接的微距牵引控制单元和PZT系多层片式压电陶瓷，所述的光纤光栅的一端固定于微距牵引控制单元上，另一端与PZT系多层片式压电陶瓷连接。

3.根据权利要求1所述的一种可调谐窄线宽皮秒脉冲激光器，其特征在于：所述的脉冲驱动电路选用脉冲宽度为皮秒量级的短脉冲驱动电路。

4.根据权利要求1所述的一种可调谐窄线宽皮秒脉冲激光器，其特征在于：所述的半导体激光器选用输出光谱宽度超过20nm的半导体激光器。

5.根据权利要求1所述的一种可调谐窄线宽皮秒脉冲激光器，其特征在于：所述的光纤光栅选用布拉格光纤光栅。

6.根据权利要求1所述的一种可调谐窄线宽皮秒脉冲激光器，其特征在于：所述的耦合器选用1:9耦合器，其输出光端口为90%能量反射激光的输出光端口，其反馈光信号端口为10%能量反射激光的反馈光信号端口。

7.根据权利要求1所述的一种可调谐窄线宽皮秒脉冲激光器，其特征在于：所述的光谱分析单元选用最小可分辨光谱辨率为20pm的不同波长激光的光谱分析单元。

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