CN104092093A - 连续/自调q运转的全光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种既可产生连续激光输出，可也产生自调Q脉冲输出的全光纤激光器。该激光器采用线性腔结构包括带尾纤的激光二极管、高反射率光纤布拉格光栅、光纤合束器、双包层增益光纤、低反射率光纤布拉格光栅，其特征在于将低反射率光纤布拉格光栅置于一个可改变其中心波长的装置上，通过调节低反射率光纤布拉格光栅的中心波长，从而使全光纤激光器实现连续运转或者自调Q运转。本发明具有结构简单、紧凑，光-光转换效率高，实现自调Q运转时腔内无需插入任何主动或被动的调Q器件，输出的脉冲宽度小、重复频率高、峰值功率高，且能快速实现连续和脉冲这两种激光模式之间的切换等特点。
Description
技术领域
本发明涉及光纤激光器，特别是一种连续运转和自调Q运转可相互切换的全光纤激光器，又称为连续/自调Q全光纤激光器。
背景技术
全光纤激光器由于结构简单紧凑、散热性能好、能量转换效率高等特点，得到快速发展及广泛地应用。目前，连续输出的光纤激光器的输出功率已达万瓦，被广泛应用于材料处理加工、焊接、打标等领域；调Q光纤激光器输出的脉冲激光的脉冲宽度为纳秒量级，且其峰值功率和重频频率都较高，在激光美容、激光测距、工业加工等领域均有广泛的应用。
传统的调Q激光器由于腔内插入了主动或被动的调Q器件，使系统较复杂、成本高[参见Bernard Dussardier，Maria，and Pavel Peterka，“Passively Q-switched ytterbium-and chromium-doped all-fiber laser”，in Applied Optics,2011,50(25):E20-E23.]，且在一些特定的应用领域，要求实现连续激光和脉冲激光的相互转换，传统方式通常是采用一台连续激光器加一台脉冲激光器来达到目的。
发明内容
本发明在于提供一种连续/自调Q运转的全光纤激光器，腔内无需插入任何主动或被动的调Q器件，通过改变低反射光纤布拉格光栅的中心波长，从而可以实现连续激光输出或自调Q脉冲激光输出两种不同的激光输出模式，具有结构简单紧凑、体积小、成本低、切换快速方便等特点。 本发明的技术解决方案如下：
一种连续/自调Q运转的全光纤激光器，包括带尾纤的激光二极管、高反射率光纤布拉格光栅、光纤合束器、双包层掺镱增益光纤、低反射率光纤布拉格光栅，其特征在于低反射率光纤布拉格光栅放置在一个可改变其中心波长的装置上，带尾纤的激光二极管输出端与光纤合束器的泵浦输入端相连接，光纤合束器的信号纤输入端与高反射率光纤布拉格光栅相连，信号纤输出端与双包层掺镱增益光纤的一端相连，双包层掺镱增益光纤的另一端与低反射率光纤布拉格光栅的一端连接，低反射率光纤布拉格光栅的另一端作为激光输出端，端面切成斜角，带尾纤的激光二极管的泵浦波长与双包层掺镱增益光纤的吸收波长相匹配，高反射率光纤布拉格光栅的中心波长与双包层掺镱增益光纤的发射波长相匹配，双包层掺镱增益光纤的纤芯/内包层直径及光纤长度的选取应满足下列公式：
PSBS＝21Aeff/gB(ΩB)Leff，
其中，PSBS为受激布里渊散射的阈值功率，Aeff为有效模场面积，gB(ΩB)为拉曼增益系数，Leff为有效光纤长度。
所述的带尾纤的激光二极管的数量为一个以上。
所述的高反射率光纤布拉格光栅的闲置端光纤端面切成斜角或崩碎。
所述的低反射率光纤布拉格光栅的中心波长可以被调节到高反射率光纤布拉格光栅的反射带宽内。
所述的可改变低反射率光纤布拉格光栅中心波长的装置为所述的低反射率光纤布拉格光栅的温度控制器或应力控制器。
附图说明
图1为本发明连续/自调Q运转的全光纤激光器结构示意图。
图2为本发明输出的连续激光的光谱图。
图3为本发明自调Q脉冲序列。
具体实施方式
请参阅图1，连续/自调Q运转的全光纤激光器，包括：包括带尾纤的激光二极管1、高反射率光纤布拉格光栅2、光纤合束器3、双包层掺镱增益光纤4、低反射率光纤布拉格光栅5和装置6。具体实施方式如下：带尾纤的激光二极管1输出的泵浦光经光纤合束器3进入双包层掺镱增益光纤4，泵浦光被吸收并产生激光，调节所述的装置6使低反射率光纤布拉格光栅5的中心波长在高反射率光纤布拉格光栅2的反射带宽之内，此时低反射率光纤布拉格光栅5起到提供激光反馈的作用，输出的是连续激光；调节所述的装置6使低反射率光纤布拉格光栅5的中心波长在高反射率光纤布拉格光栅2的反射带宽之外，此时低反射率光纤布拉格光栅5不起提供激光反馈的作用，腔损耗很大，激发受激布里渊散射效应，产生受激布里渊自调Q现象，输出自调Q脉冲激光。
下面是一个具体实施例：
采用两个最大输出功率为10W的带尾纤的激光二极管1，输出激光波长为975nm，双包层掺镱增益光纤4的纤芯/内包层直径为5/130μm，长13m，对泵浦光的吸收系数为1.65dB/m，高反射率光纤布拉格光栅2的中心波长为1080.7nm，3dB带宽为0.45nm。所述的装置6是一个应力控制器，通过改变应力控制器的应力，使得低反射率光纤布拉格光栅5的中心波长在1080.5～1080.9nm内，输出的激光为连续激光，光谱图如图 2所示，当泵浦功率为5.9W时，得到的平均输出功率为3W，光-光转换效率约为51%；当调节应力控制器的应力，使所述的低反射率光纤布拉格光栅5的中心波长小于1080.5nm或大于1080.9nm时，输出的激光为自调Q脉冲激光，脉宽为50ns，峰值功率约为500W，脉冲序列如图3所示。
Claims (5)
1.一种连续/自调Q运转的全光纤激光器，包括带尾纤的激光二极管（1）、高反射率光纤布拉格光栅（2）、光纤合束器（3）、双包层掺镱增益光纤（4）、低反射率光纤布拉格光栅（5），其特征在于所述的低反射率光纤布拉格光栅（5）放置在一个可改变低反射率光纤布拉格光栅（5）的中心波长的装置（6）上，所述的带尾纤的激光二极管的输出端与所述的光纤合束器的泵浦输入端相连接，所述的光纤合束器的信号纤输入端与所述的高反射率光纤布拉格光栅相连，所述的光纤合束器的信号纤输出端与所述的双包层掺镱增益光纤一端相连接，该双包层掺镱增益光纤的另一端与所述的低反射率光纤布拉格光栅的一端连接，该低反射率光纤布拉格光栅的另一端作为激光输出端，端面切成斜角，所述的带尾纤的激光二极管的泵浦波长与双包层掺镱增益光纤的吸收波长相匹配，所述的高反射率光纤布拉格光栅的中心波长与双包层掺镱增益光纤的发射波长相匹配，所述的双包层掺镱增益光纤的纤芯/内包层直径及光纤长度的选取应满足下列公式：
PSBS＝21Aeff/gB(ΩB)Leff，
其中，PSBS为受激布里渊散射的阈值功率，Aeff为有效模场面积，gB(ΩB)为拉曼增益系数，Leff为有效光纤长度。
2.根据权利要求1所述的连续/自调Q运转的全光纤激光器，其特征在于所述的带尾纤的激光二极管（1）的数量为一个以上。
3.根据权利要求1所述的连续/自调Q运转的全光纤激光器，其特征在于所述的高反射率光纤布拉格光栅（2）的闲置端光纤端面切成斜角或崩碎。
4.根据权利要求1所述的连续/自调Q运转的全光纤激光器，其特征在于所述的低反射率光纤布拉格光栅（5）的中心波长可以被调节到高反射率光纤布拉格光栅（2）的反射带宽内。
5.根据权利要求1所述的连续/自调Q运转的全光纤激光器，其特征在于所述的装置（6）为所述的低反射率光纤布拉格光栅的温度控制器或应力控制器。
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