CN103151684A - 一种脉冲泵浦型驻波谐振腔纳秒脉冲激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种脉冲泵浦型驻波谐振腔纳秒脉冲激光器，包括脉冲调制电路，泵浦激光器，合束器，增益光纤，隔离器和输出耦合器，脉冲泵浦条件下，谐振腔内的掺杂光纤不仅能起到增益介质的作用，还可以作为快速响应的可饱和开关，产生时域宽度在纳秒量级的激光脉冲，脉冲的重复频率取决于泵浦光的重复频率，脉冲宽度取决于腔内能量和谐振腔长度的共同作用。本发明装置具有结构简单，脉冲宽度可调谐，重复频率可调谐，光光转换效率高等优点，稳定性好，适用于工业加工的多种应用场合。
Description
[技术领域]
本发明涉及激光器领域，具体涉及一种脉冲泵浦型驻波谐振腔纳秒脉冲激光器。
[背景技术]
随着激光切割、激光雕刻、激光打标、激光划片等技术在服装、电子、微加工等领域的广泛使用，对、高稳定性、脉宽和重复频率可调谐的纳秒脉冲的需求也更加迫切。目前工业加工领域常用的产生纳秒脉冲的方法主要有两大类：声光调Q技术和直接调制快速响应的半导体种子源技术。
声光调Q技术实际上是在体声光Q开关的基础上增加了两根耦合光纤，受限于尾纤与声光Q晶体耦合的工艺水平，整个Q开关的插入损耗较高。声光调Q激光器输出的激光脉冲宽度大约在100-300ns，而且，声光开关对高能量激光器的开关能力差，其时域波形下降沿时间长，脉冲不对称，受调Q晶体开关时间的限制，无法获得上升沿陡峭的纳秒脉冲。
直接调制快速响应的半导体种子源技术，重复频率调谐范围大，脉冲波形易控制，但工作在较低重复频率时，受限于占空比，平均功率很小，仅数百微瓦，一般需要多级放大才能满足工业加工的需求。而且，一般直接从半导体种子源输出的脉冲，其光谱宽度仅0.2-0.4nm，如此窄的谱宽在后续多级放大过程中极易激发各种非线性效应，如SBS受激布里渊散射，受激拉曼散射效应等，造成脉冲频谱畸变，时域失真，严重时甚至烧毁增益光纤。
因此，有必要解决如上问题。
[发明内容]
本发明克服了上述技术的不足，提供了一种脉冲泵浦型驻波谐振腔纳秒脉冲激光器，其光光转换效率高、稳定性好，高反射光纤光栅通过增益光纤与低反射光纤光栅连接形成用于激光谐振的驻波谐振腔，泵浦激光器的泵浦光通过合束器耦合进入驻波谐振腔进行谐振，最终实现纳秒量级脉冲输出。
为实现上述目的，本发明采用了下列技术方案：
一种脉冲泵浦型驻波谐振腔纳秒脉冲激光器，包括有泵浦激光器2，与泵浦激光器2相连接的用于驱动泵浦激光器2输出所需泵浦光的脉冲调制电路1，增益光纤4，高反射光纤光栅5、低反射光纤光栅6，所述高反射光纤光栅5一端通过增益光纤4与低反射光纤光栅6一端连接形成用于激光谐振的驻波谐振腔，所述低反射光纤光栅6远离高反射光纤光栅5的一端作为纳秒脉冲输出端，所述驻波谐振腔上设有用于将泵浦激光器2的泵浦光耦合注入驻波谐振腔的合束器3，所述合束器3上设有一合束端、一泵浦光输入端和一信号入射端，所述泵浦激光器2输出端与合束器3泵浦光输入端连接。
作为优化实施方案，所述合束器3设置在增益光纤4与低反射光纤光栅6之间，合束器3的合束端与增益光纤4连接，合束器3信号入射端与低反射光纤光栅6连接。
作为优化实施方案，所述合束器3设置在低反射光纤光栅6远离高反射光纤光栅5的那一端，合束器3的合束端与低反射光纤光栅6连接，合束器3信号入射端输出纳秒脉冲。
作为优化实施方案，所述合束器3设置在高反射光纤光栅5与增益光纤4之间，合束器3的合束端与增益光纤4连接，合束器3信号入射端与高反射光纤光栅5连接。
作为优化实施方案，所述合束器3设置在高反射光纤光栅5远离低反射光纤光栅6的那一端，合束器3的合束端与高反射光纤光栅5连接。
如上所述的泵浦激光器2为半导体激光器。
如上所述的合束器3为波分复用器或高功率合束器。
如上所述的增益光纤4为掺稀土元素离子的单模或者双包层增益光纤。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、激光振荡器为全光纤结构，各个器件熔接损耗小，克服声光调Q方案插入损耗大的缺点。
2、掺杂增益光纤既起到增益的作用，又起到光开关的作用，器件少，成本低，稳定性高。
3、利用增益光纤的非线性光开关效应，在微秒量级泵浦脉冲的作用下，产生纳秒量级的激光脉冲，与直接调制半导体激光管的方案相比，电路复杂度大大降低。
4、采用驻波谐振腔结构，激光脉冲在腔内不断吸收泵浦能量，光光转换效率高。
[附图说明]
图1是本发明的实施例1结构原理图。
图2是本发明的实施例2结构原理图。
图3是本发明的实施例3结构原理图。
图4是本发明的实施例4结构原理图。
[具体实施方式]
以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
实施例1：
如图1所示，一种脉冲泵浦型驻波谐振腔纳秒脉冲激光器，包括有脉冲调制电路1，泵浦激光器2，合束器3，增益光纤4，高反射光纤光栅5和低反射光纤光栅6，所述合束器3上设有一合束端、一泵浦光输入端和一信号入射端，所述泵浦激光器2输出端与合束器3泵浦光输入端连接，所述高反射光纤光栅5一端与增益光纤4一端连接，增益光纤4另一端与合束器3的合束端连接，合束器3信号入射端与低反射光纤光栅6一端连接形成用于激光谐振的驻波腔，所述低反射光纤光栅6另一端作为纳秒脉冲输出端。
在本实施例中，所述泵浦激光器2采用输出连续光功率8-10W，中心波长976nm的半导体激光器。
所述合束器3采用(2+1)×1高功率合束器，信号入射端光纤类型采用10/125双包层光纤，合束端光纤类型采用10/125双包层光纤，泵浦光输入端光纤类型采用105/125传能光纤。
所述增益光纤4可采用掺稀土元素离子的单模或者双包层增益光纤，在本实施例中采用掺镱双包层增益光纤进行论述，其不作为对本案保护范围的限定。
所述高反射光纤光栅5采用中心波段1060nm，反射率大于99%的全光纤光栅，光纤类型采用10/125单模光纤。
所述低反射光纤光栅6采用中心波段1060nm，反射率采用5%的全光纤光栅，光纤类型采用10/125单模光纤。
半导体泵浦激光器2在脉冲调制电路1的驱动下，产生时域为近高斯型、脉冲宽度和重复频率可调谐的微秒量级泵浦光脉冲，泵浦光脉冲经合束器3的泵浦光输入端耦合进入驻波谐振腔，合束器3的合束端与增益光纤4的一端相连，泵浦光经过掺镱增益光纤4，产生自发辐射的小脉冲，增益光纤4的另一端与高反射光纤光栅5的一端相连，腔内自发辐射的激光脉冲经高反射光纤光栅5反射，再经过增益光纤4、合束器3到低反射光纤光栅6，一部分能量被反射，再进入驻波腔内进行放大，另一部分能量透过低反射光纤光栅6输出，实现纳秒脉冲的输出。
实施例2：
如图2所示，一种脉冲泵浦型驻波谐振腔纳秒脉冲激光器，包括有脉冲调制电路1，泵浦激光器2，合束器3，增益光纤4，高反射光纤光栅5和低反射光纤光栅6，所述合束器3上设有一合束端、一泵浦光输入端和一信号入射端，所述泵浦激光器2输出端与合束器3泵浦光输入端连接，所述高反射光纤光栅5一端与增益光纤4一端连接，增益光纤4另一端与低反射光纤光栅6一端连接形成驻波谐波腔，所述低反射光纤光栅6另一端与合束器3合束端连接，通过合束器3信号入射端输出纳秒脉冲。
在本实施例中，所述泵浦激光器2为输出连续光功率8-10W，中心波长976nm的半导体激光器。
所述合束器3采用(2+1)×1合束器，信号入射端光纤类型采用10/125双包层光纤，信号输出端光纤类型采用10/125双包层光纤，泵浦光输入端光纤类型采用105/125传能光纤。
所述增益光纤4为掺镱单模增益光纤。
所述高反射光纤光栅5采用中心波段1060nm，反射率大于99%的全光纤光栅，光纤类型采用10/125单模光纤。
所述低反射光纤光栅6采用中心波段1060nm，反射率为10%的全光纤光栅，光纤类型采用10/125单模光纤。
半导体泵浦激光器2在脉冲调制电路1的驱动下，产生时域为近高斯型、脉冲宽度和重复频率可调谐的微秒量级泵浦光脉冲，泵浦光脉冲经合束器3的泵浦光输入端耦合进入驻波腔，泵浦光经过合束器3、低反射光纤光栅6，在掺镱增益光纤4产生自发辐射的小脉冲，增益光纤4的另一端与高反射光纤光栅5的一端相连，腔内自发辐射的激光脉冲经高反射光纤光栅5反射，再经过增益光纤4到低反射光纤光栅6，一部分能量被反射，再进入驻波腔内进行放大，另一部分能量透过低反射光纤光栅6后，从合束器3信号入射端输出，实现纳秒脉冲的输出。
实施例3：
如图3所示，一种脉冲泵浦型驻波谐振腔纳秒脉冲激光器，包括有脉冲调制电路1，泵浦激光器2，合束器3，增益光纤4，高反射光纤光栅5和低反射光纤光栅6，所述合束器3上设有一合束端、一泵浦光输入端和一信号入射端，所述泵浦激光器2输出端与合束器3泵浦光输入端连接，所述高反射光纤光栅5一端与合束器3信号入射端连接，合束器3的合束端与增益光纤4一端连接，增益光纤4另一端与低反射光纤光栅6一端连接形成驻波谐振腔，所述低反射光纤光栅6另一端作为纳秒脉冲输出端。
在本实施例中，所述泵浦激光器2为输出连续光功率8-10W，中心波长976nm的半导体激光器。
所述合束器3采用波分复用器，信号入射端光纤类型采用10/125双包层光纤，合束端光纤类型采用10/125双包层光纤，泵浦光输入端光纤类型采用105/125传能光纤。
所述增益光纤4采用掺镱双包层增益光纤。
所述高反射光纤光栅5采用中心波段1060nm，反射率大于99%的全光纤光栅，光纤类型采用HI1060单模光纤。
所述低反射光纤光栅6采用中心波段1060nm，反射率为20%的全光纤光栅，光纤类型采用HI1060单模光纤。
半导体泵浦激光器2在脉冲调制电路1的驱动下，产生时域为近高斯型、脉冲宽度和重复频率可调谐的微秒量级泵浦光脉冲，泵浦光脉冲经合束器3的泵浦光输入端耦合进入驻波谐振腔，合束器3的合束端与增益光纤4的一端相连，泵浦光经过掺镱增益光纤4，产生自发辐射的小脉冲，增益光纤4的另一端与低反射光纤光栅6的一端相连，自发辐射的脉冲一部分能量经低反射光纤光栅6，实现纳秒脉冲的输出，另一部分能量被反射，再进入驻波腔内进行放大，合束器3的信号入射端与高反射光纤光栅5的一端相连，腔内自发辐射的脉冲在该处被反射，形成驻波谐振腔。
实施例4：
如图4所示，一种脉冲泵浦型驻波谐振腔纳秒脉冲激光器，包括有脉冲调制电路1，泵浦激光器2，合束器3，增益光纤4，高反射光纤光栅5和低反射光纤光栅6，所述合束器3上设有一合束端、一泵浦光输入端和一信号入射端，所述泵浦激光器2输出端与合束器3泵浦光输入端连接，所述高反射光纤光栅5一端与增益光纤4一端连接，增益光纤4另一端与低反射光纤光栅6一端连接形成驻波谐振腔，所述合束器3设置在高反射光纤光栅5另一端，合束器3的合束端与高反射光纤光栅5连接，所述低反射光纤光栅6另一端作为纳秒脉冲输出端。
在本实施例中，所述泵浦激光器2采用输出连续光功率8-10W，中心波长976nm的半导体激光器。
所述合束器3采用(2+1)×1高功率合束器，信号入射端光纤类型采用10/125双包层光纤，合束端光纤类型为10/125双包层光纤，泵浦光输入端光纤类型采用105/125传能光纤。
所述增益光纤4采用掺镱单模或者双包层增益光纤。
所述高反射光纤光栅5采用中心波段1060nm，反射率大于99%的全光纤光栅，光纤类型采用10/125单模光纤。
所述低反射光纤光栅6采用中心波段1060nm，反射率为20%的全光纤光栅，光纤类型采用10/125单模光纤。
半导体泵浦激光器2在脉冲调制电路1的驱动下，产生时域为近高斯型、脉冲宽度和重复频率可调谐的微秒量级泵浦光脉冲，泵浦光脉冲透过高反射光纤光栅5，作用到掺镱增益光纤4，产生自发辐射的小脉冲，增益光纤4的另一端与低反射光纤光栅6的一端相连，自发辐射的脉冲一部分能量经低反射光纤光栅6输出，实现纳秒脉冲的输出，另一部分能量被反射，经过增益光纤4，在高反射光纤光栅5处反射，形成驻波谐振腔。
如上所述，本案保护的是一种脉冲泵浦型驻波谐振腔纳秒脉冲激光器，高反射光纤光栅5通过增益光纤4与低反射光纤光栅6连接形成用于激光谐振的驻波谐振腔，泵浦激光器2的泵浦光通过合束器3耦合进入驻波谐振腔进行谐振，最终实现纳秒量级脉冲输出。一切与本案结构相同或是本案具体实施例的等同变换都应示为落入本案的保护范围内。
Claims (8)
1.一种脉冲泵浦型驻波谐振腔纳秒脉冲激光器，其特征在于：包括有泵浦激光器（2），与泵浦激光器（2）相连接的用于驱动泵浦激光器（2）输出所需泵浦光的脉冲调制电路（1），增益光纤（4），高反射光纤光栅（5）、低反射光纤光栅（6），所述高反射光纤光栅（5）一端通过增益光纤（4）与低反射光纤光栅（6）一端连接形成用于激光谐振的驻波谐振腔，所述低反射光纤光栅（6）远离高反射光纤光栅（5）的一端作为纳秒脉冲输出端，所述驻波谐振腔上设有用于将泵浦激光器（2）的泵浦光耦合注入驻波谐振腔的合束器（3），所述合束器（3）上设有一合束端、一泵浦光输入端和一信号入射端，所述泵浦激光器（2）输出端与合束器（3）泵浦光输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种脉冲泵浦型驻波谐振腔纳秒脉冲激光器，其特征在于所述合束器（3）设置在增益光纤（4）与低反射光纤光栅（6）之间，合束器（3）的合束端与增益光纤（4）连接，合束器（3）信号入射端与低反射光纤光栅（6）连接。
3.根据权利要求1所述的一种脉冲泵浦型驻波谐振腔纳秒脉冲激光器，其特征在于所述合束器（3）设置在低反射光纤光栅（6）远离高反射光纤光栅（5）的那一端，合束器（3）的合束端与低反射光纤光栅（6）连接，合束器（3）信号入射端输出纳秒脉冲。
4.根据权利要求1所述的一种脉冲泵浦型驻波谐振腔纳秒脉冲激光器，其特征在于所述合束器（3）设置在高反射光纤光栅（5）与增益光纤（4）之间，合束器（3）的合束端与增益光纤（4）连接，合束器（3）信号入射端与高反射光纤光栅（5）连接。
5.根据权利要求1所述的一种脉冲泵浦型驻波谐振腔纳秒脉冲激光器，其特征在于所述合束器（3）设置在高反射光纤光栅（5）远离低反射光纤光栅（6）的那一端，合束器（3）的合束端与高反射光纤光栅（5）连接。
6.根据权利要求1所述的一种脉冲泵浦型驻波谐振腔纳秒脉冲激光器，其特征在于所述泵浦激光器（2）为半导体激光器。
7.根据权利要求1所述的一种脉冲泵浦型驻波谐振腔纳秒脉冲激光器，其特征在于所述合束器（3）为波分复用器或高功率合束器。
8.根据权利要求1所述的一种脉冲泵浦型驻波谐振腔纳秒脉冲激光器，其特征在于所述增益光纤（4）为掺稀土元素离子的单模或者双包层增益光纤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20130612 |