CN104332809B - 基于声光开关的脉宽可调脉冲光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于声光开关的脉宽可调脉冲光纤激光器，包括光路模组(1)和电路模组(2)；光路模组(1)包括同轴依次连接的泵浦源(3)、谐振腔(4)、声光开关(5)、第一光纤放大器(7)、隔离器(8)和第二光纤放大器(9)，声光开关(5)通过电信号驱动；电路模组(2)包括泵浦驱动电路(11)、声光驱动电路(12)、输出控制电路(13)和保护电路(14)，其中泵浦驱动电路(11)与泵浦源(3)电连接，声光驱动电路(12)与声光开关(5)电连接；本发明具有脉宽可灵活调整的优点，使其应用更加灵活、加工效率更高。
Description
技术领域
本发明涉及一种光纤激光器，特别是一种基于声光开关的脉宽可调脉冲光纤激光器，属于激光设备领域。
背景技术
传统的脉冲光纤激光器，特点是谐振腔内加入了开关调制器件，所以其输出的激光以高能量脉冲的方式输出(如图3所示)，传统调Q光纤激光器在谐振腔内插入调Q开关来实现脉冲输出，由于脉冲宽度与激光器谐振腔腔长成正比，因此，传统调Q光纤激光器只能实现固定脉宽的脉冲输出，无法实现激光脉冲脉宽的可调，对于一台平均功率确定的脉冲光纤激光器，在重复频率一定的情况下，由于脉宽不可调节，其每个脉冲的峰值功率是固定的，限制了脉冲光纤激光器的应用灵活性。
在材料加工中，影响加工质量和生产能力的一些关键参数包括：峰值脉冲功率、脉冲能(mJ)、脉冲频率、平均功率、脉冲持续时间即脉宽和光束质量(M2)。例如：在加工敏感材料时，需要仔细控制热输入，通常最好采用较短的脉冲和较高的重复率，这就要求激光器的激光脉宽窄、峰值功率高。而在深度雕刻时，最好的雕刻质量却不是在峰值功率最高时取得，这就又要求激光器激光脉宽略宽、峰值功率略低。如果用户使用传统的脉冲光纤激光器来加工不同特性的材料，为了达到较佳效果，就要配备不同的激光器，大大增加了成本，如果共用加工平台，需要更换激光器，更是影响了加工效率。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种基于声光开关的脉宽可调脉冲光纤激光器，它具有脉宽可灵活调整的优点，使其应用更加灵活、加工效率更高。
本发明的技术方案：一种基于声光开关的脉宽可调脉冲光纤激光器，包括光路模组和电路模组；
所述光路模组包括同轴依次连接的泵浦源、谐振腔、声光开关、第一光纤放大器、隔离器和第二光纤放大器，声光开关通过电信号驱动；
泵浦源用于产生泵浦激光；谐振腔用于将所述的泵浦激光转换成连续激光；声光开关用于将连续激光调制成脉冲激光，并根据电信号的脉宽不同，把连续激光调制成不同脉宽的脉冲激光；第一光纤放大器和第二光纤放大器用于将脉冲激光进行功率放大；
所述电路模组包括泵浦驱动电路、声光驱动电路、输出控制电路和保护电路，其中泵浦驱动电路与泵浦源电连接，声光驱动电路与声光开关电连接；
泵浦驱动电路用于驱动泵浦源，产生泵浦激光；声光驱动电路用于驱动声光开关，使声光开关将连续激光调制成脉冲激光，并且根据电信号的脉宽不同，实现不同脉宽激光脉冲的输出；输出控制电路用于通过人机界面设置输出激光的脉宽、重频和功率，实现对激光器输出的控制；保护电路用于光纤激光器的光路监测和保护。
前述的这种基于声光开关的脉宽可调脉冲光纤激光器中，所述泵浦源包括m个泵浦激光器，m为自然数。m为1、2、3、4、5……
前述的这种基于声光开关的脉宽可调脉冲光纤激光器中，所述谐振腔内设有依次连接的高反射镜、(N+1)*1个第一合束器、第一增益光纤和低反射率光纤光栅，所述第一合束器的m个泵浦端(m小于等于N)连接于所述的m个泵浦激光器；低反射率光纤光栅与声光开关的输入端连接。
前述的这种基于声光开关的脉宽可调脉冲光纤激光器中，所述谐振腔内设有依次连接的宽带高反射率光纤光栅、(N+1)*1个第一合束器、第一增益光纤和低反射率光纤光栅，所述第一合束器的m个泵浦端(m小于等于N)连接于所述的m个泵浦激光器；低反射率光纤光栅与声光开关的输入端连接。
前述的这种基于声光开关的脉宽可调脉冲光纤激光器中，所述第一光纤放大器和第二光纤放大器的结构相同，均包括(N+1)*1个第二合束器、第二增益光纤和m个第二泵浦激光器；所述第一光纤放大器内的第二合束器与声光开关的输出端连接，第一光纤放大器内的第二增益光纤与隔离器的输入端连接；第二光纤放大器内的第二合束器与隔离器的输出端连接。
前述的这种基于声光开关的脉宽可调脉冲光纤激光器中，所述增益光纤为掺镱双包层光纤。
前述的这种基于声光开关的脉宽可调脉冲光纤激光器中，所述第一光纤放大器内的第二合束器与声光开关的光纤熔接点处设置有第一光电探测器；第二光纤放大器的尾部设置有第二光电探测器。第一光电探测器和第二光电探测器用于探测光信号，在探测不到光信号的时候保证整个装置的运行安全。
与现有技术相比，本发明摒弃了传统调Q光纤激光器在谐振腔内插入声光调制器件实现脉冲输出的做法，利用光纤耦合声光开关的斩波作用来实现光纤激光器的脉冲输出，这种新的脉冲输出方式可以根据不同模式下声光开关电信号脉宽的不同实现不同脉宽激光脉冲的输出，从而实现脉冲激光脉宽的可调，实验表明此方案可以实现光脉冲从4ns到us量级的可调。这样不同脉宽的光脉冲在经过后级相同的放大器时，其脉冲峰值功率和脉冲能量是不同的。
本发明可以通过一台光纤激光器设定不同的输出模式，灵活实现光脉冲脉宽和峰值功率的可调，大大提高了脉冲光纤激光器的应用灵活性。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图；
图2是本发明实施例2的结构示意图；
图3是传统声光调Q脉冲光纤激光器结构图。
附图中的标记为：1-光路模组，2-电路模组，3-泵浦源，4-谐振腔，5-声光开关，6-第一光电探测器，7-第一光纤放大器，8-隔离器，9-第二光纤放大器，10-第二光电探测器，11-泵浦驱动电路，12-声光驱动电路，13-输出控制电路，14-保护电路，15-高反射镜，16-第一合束器，17-第一增益光纤，18-低反射率光纤光栅，19-泵浦激光器,20-宽带高反射率光纤光栅，21-第二合束器，22-第二增益光纤，23-第二泵浦激光器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。
本发明的实施例1：如图1所示，一种基于声光开关的脉宽可调脉冲光纤激光器，包括光路模组1和电路模组2；
所述光路模组1包括同轴依次连接的泵浦源3、谐振腔4、声光开关5、第一光纤放大器7、隔离器8和第二光纤放大器9，声光开关5通过电信号驱动；
泵浦源3用于产生泵浦激光；谐振腔4用于将所述的泵浦激光转换成连续激光；声光开关5用于将连续激光调制成脉冲激光，并根据电信号的脉宽不同，把连续激光调制成不同脉宽的脉冲激光；第一光纤放大器7和第二光纤放大器9用于将脉冲激光进行功率放大；
所述电路模组2包括泵浦驱动电路11、声光驱动电路12、输出控制电路13和保护电路14，其中泵浦驱动电路11与泵浦源3电连接，声光驱动电路12与声光开关5电连接；
泵浦驱动电路11用于驱动泵浦源3，产生泵浦激光；声光驱动电路12用于驱动声光开关5，使声光开关5将连续激光调制成脉冲激光，并且根据电信号的脉宽不同，实现不同脉宽激光脉冲的输出；输出控制电路13用于通过人机界面设置输出激光的脉宽、重频和功率，实现对激光器输出的控制；保护电路14用于光纤激光器的光路监测和保护。
所述泵浦源3包括m个泵浦激光器19，m为自然数。
所述谐振腔4内设有依次连接的高反射镜15、(N+1)*1个第一合束器16、第一增益光纤17和低反射率光纤光栅18，所述第一合束器16的m个泵浦端m小于等于N连接于所述的m个泵浦激光器19；低反射率光纤光栅18与声光开关5的输入端连接。
所述第一光纤放大器7和第二光纤放大器9的结构相同，均包括(N+1)*1个第二合束器21、第二增益光纤22和m个第二泵浦激光器23；所述第一光纤放大器7内的第二合束器21与声光开关5的输出端连接，第一光纤放大器7内的第二增益光纤22与隔离器8的输入端连接；第二光纤放大器9内的第二合束器21与隔离器8的输出端连接。所述增益光纤17为掺镱双包层光纤。
所述第一光纤放大器7内的第二合束器21与声光开关5的光纤熔接点处设置有第一光电探测器6；第二光纤放大器9的尾部设置有第二光电探测器10。
本发明的实施例2：如图2所示，本发明的实施例1：如图1所示，一种基于声光开关的脉宽可调脉冲光纤激光器，包括光路模组1和电路模组2；
所述光路模组1包括同轴依次连接的泵浦源3、谐振腔4、声光开关5、第一光纤放大器7、隔离器8和第二光纤放大器9，声光开关5通过电信号驱动；
泵浦源3用于产生泵浦激光；谐振腔4用于将所述的泵浦激光转换成连续激光；声光开关5用于将连续激光调制成脉冲激光，并根据电信号的脉宽不同，把连续激光调制成不同脉宽的脉冲激光；第一光纤放大器7和第二光纤放大器9用于将脉冲激光进行功率放大；
所述电路模组2包括泵浦驱动电路11、声光驱动电路12、输出控制电路13和保护电路14，其中泵浦驱动电路11与泵浦源3电连接，声光驱动电路12与声光开关5电连接；
泵浦驱动电路11用于驱动泵浦源3，产生泵浦激光；声光驱动电路12用于驱动声光开关5，使声光开关5将连续激光调制成脉冲激光，并且根据电信号的脉宽不同，实现不同脉宽激光脉冲的输出；输出控制电路13用于通过人机界面设置输出激光的脉宽、重频和功率，实现对激光器输出的控制；保护电路14用于光纤激光器的光路监测和保护。
所述泵浦源3包括m个泵浦激光器19，m为自然数。
所述谐振腔4内设有依次连接的宽带高反射率光纤光栅20、(N+1)*1个第一合束器16、第一增益光纤17和低反射率光纤光栅18，所述第一合束器16的m个泵浦端m小于等于N连接于所述的m个泵浦激光器19；低反射率光纤光栅18与声光开关5的输入端连接。
所述第一光纤放大器7和第二光纤放大器9的结构相同，均包括(N+1)*1个第二合束器21、第二增益光纤22和m个第二泵浦激光器23；所述第一光纤放大器7内的第二合束器21与声光开关5的输出端连接，第一光纤放大器7内的第二增益光纤22与隔离器8的输入端连接；第二光纤放大器9内的第二合束器21与隔离器8的输出端连接。增益光纤17为掺镱双包层光纤。
所述第一光纤放大器7内的第二合束器21与声光开关5的光纤熔接点处设置有第一光电探测器6；第二光纤放大器9的尾部设置有第二光电探测器10。
Claims (6)
1.一种基于声光开关的脉宽可调脉冲光纤激光器，其特征在于：包括光路模组（1）和电路模组（2）；
所述光路模组（1）包括同轴依次连接的泵浦源（3）、谐振腔（4）、声光开关（5）、第一光纤放大器（7）、隔离器（8）和第二光纤放大器（9），声光开关（5）通过电信号驱动；所述第一光纤放大器（7）和第二光纤放大器（9）的结构相同，均包括(N+1)*1个第二合束器（21）、第二增益光纤（22）和m个第二泵浦激光器（23）；所述第一光纤放大器（7）内的第二合束器（21）与声光开关（5）的光纤熔接点处设置有第一光电探测器（6）；第二光纤放大器（9）的尾部设置有第二光电探测器（10）；
泵浦源（3）用于产生泵浦激光；谐振腔（4）用于将所述的泵浦激光转换成连续激光；声光开关（5）用于将连续激光调制成脉冲激光，并根据电信号的脉宽不同，把连续激光调制成不同脉宽的脉冲激光；第一光纤放大器（7）和第二光纤放大器（9）用于将脉冲激光进行功率放大；
所述电路模组（2）包括泵浦驱动电路（11）、声光驱动电路（12）、输出控制电路（13）和保护电路（14），其中泵浦驱动电路（11）与泵浦源（3）电连接，声光驱动电路（12）与声光开关（5）电连接；
泵浦驱动电路（11）用于驱动泵浦源（3），产生泵浦激光；声光驱动电路（12）用于驱动声光开关（5），使声光开关（5）将连续激光调制成脉冲激光，并且根据电信号的脉宽不同，实现不同脉宽激光脉冲的输出；输出控制电路（13）用于通过人机界面设置输出激光的脉宽、重频和功率，实现对激光器输出的控制；保护电路（14）用于光纤激光器的光路监测和保护。
2.根据权利要求1所述的一种基于声光开关的脉宽可调脉冲光纤激光器，其特征在于：所述泵浦源（3）包括m个泵浦激光器（19），m为自然数。
3.根据权利要求2所述的一种基于声光开关的脉宽可调脉冲光纤激光器，其特征在于：所述谐振腔（4）内设有依次连接的高反射镜（15）、(N+1)*1个第一合束器（16）、第一增益光纤（17）和低反射率光纤光栅（18），所述第一合束器（16）的m个泵浦端，m小于等于N，连接于所述的m个泵浦激光器（19）；低反射率光纤光栅（18）与声光开关（5）的输入端连接。
4.根据权利要求2所述的一种基于声光开关的脉宽可调脉冲光纤激光器，其特征在于：所述谐振腔（4）内设有依次连接的宽带高反射率光纤光栅（20）、(N+1)*1个第一合束器（16）、第一增益光纤（17）和低反射率光纤光栅（18），所述第一合束器（16）的m个泵浦端，m小于等于N，连接于所述的m个泵浦激光器（19）；低反射率光纤光栅（18）与声光开关（5）的输入端连接。
5.根据权利要求3或4所述的一种基于声光开关的脉宽可调脉冲光纤激光器，其特征在于：所述第一光纤放大器（7）内的第二合束器（21）与声光开关（5）的输出端连接，第一光纤放大器（7）内的第二增益光纤（22）与隔离器（8）的输入端连接；第二光纤放大器（9）内的第二合束器（21）与隔离器（8）的输出端连接。
6.根据权利要求5所述的一种基于声光开关的脉宽可调脉冲光纤激光器，其特征在于：所述增益光纤（17）为掺镱双包层光纤。
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