CN104752946A - 基于宽带种子源的脉宽可调脉冲光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于宽带种子源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宽带种子源(3)、第一光纤放大装置(4)、声光/电光调制器(6)、1个以上的第二光纤放大装置(7)和准直光隔离器(8)；电路模组(2)包括泵浦驱动电路(9)、声光/电光驱动电路(10)、输出控制电路(11)和保护电路(12)，声光/电光驱动电路(10)与声光/电光调制器(6)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，并且还具有功率高和稳定性好的优点。

Description

基于宽带种子源的脉宽可调脉冲光纤激光器

技术领域

本发明涉及一种光纤激光器，特别是一种基于宽带种子源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调制器调制器件，所以其输出的激光以高能量脉冲的方式输出，传统的光纤激光器有以下两个缺点：

缺点一，传统光纤激光器的光谱带宽窄，受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering，SBS)阈值功率低，在一定的脉冲峰值功率的情况下，容易产生非线性SBS,经放大后产生极高的峰值功率造成光纤烧断，这是目前国内外调Q脉冲光纤激光器难以实现高功率和可靠性差的根本原因之一。

缺点二，传统调Q光纤激光器在谐振腔内插入调Q调制器来实现脉冲输出，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，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：脉冲峰值功率、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，提供一种基于宽带种子源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，并且还具有功率高和稳定性好的优点。

本发明的技术方案：一种基于宽带种子源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宽带种子源、第一光纤放大装置、声光/电光调制器、1个以上的第二光纤放大装置和准直光隔离器；

所述电路模组包括泵浦驱动电路、声光/电光驱动电路、输出控制电路和保护电路，声 光/电光驱动电路与声光/电光调制器电连接；

泵浦驱动电路用于驱动宽带种子源、第一光纤放大装置和第二光纤放大装置产生泵浦激光；声光/电光驱动电路用于驱动声光/电光调制器，使声光/电光调制器将连续激光调制成脉冲激光，并且根据电信号脉宽的不同实现激光脉冲脉宽的可调，实现光脉宽从3ns到连续的可调；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。

前述的这种基于宽带种子源的脉宽可调脉冲光纤激光器中，所述宽带种子源包括依次连接的泵浦源、第一合束器、第一增益光纤、非掺杂光纤、零度角光纤切割点和宽带滤波器。

前述的这种基于宽带种子源的脉宽可调脉冲光纤激光器中，所述泵浦源包括m个第一泵浦激光器，所述第一合束器泵浦端连接于所述第一泵浦激光器，第一泵浦激光器与泵浦驱动电路电连接。

前述的这种基于宽带种子源的脉宽可调脉冲光纤激光器中，第一光纤放大装置包括第二在线光隔离器和第一光纤放大器，第一光纤放大器包括依次连接第二泵浦激光器、第二合束器和第一增益光纤；所述第二合束器的泵浦端连接于所述第二泵浦激光器，第二泵浦激光器与泵浦驱动电路电连接。

前述的这种基于宽带种子源的脉宽可调脉冲光纤激光器中，所述第二光纤放大装置包括第三在线光隔离器和第二光纤放大器，第二光纤放大器包括依次连接第三泵浦激光器、第三合束器和第二增益光纤；所述第三合束器的泵浦端连接于所述第三泵浦激光器，第三泵浦激光器与泵浦驱动电路电连接；第二增益光纤与准直光隔离器连接。

前述的这种基于宽带种子源的脉宽可调脉冲光纤激光器中，所述第一增益光纤和第二增益光纤为掺镱双包层光纤。

前述的这种基于宽带种子源的脉宽可调脉冲光纤激光器中，第二增益光纤与准直光隔离器的熔接点处设置有光电探测器。

与现有技术相比，本发明为了克服传统脉冲激光器难以实现高功率和可靠性差的问题，摒弃了使用高低反光栅来产生种子光的传统做法，充分利用了宽带种子源的光谱带宽的特点和优势，种子光的光谱带宽可以达到使用高低反光栅来产生种子光带宽的5-7倍(使用高低反光栅产生的种子光一般带宽为2nm左右，本发明中的种子光3dB带宽大于10nm,如图2种子光经过第一级放大后，3dB带宽依旧大于10nm，如图3，再经过电光/声光调制器后，带宽变窄，但3dB带宽仍有6.5nm，如图4，并且再放大，光谱带宽基本不变，稳定在7nm左右，远大于使用高低反光栅产生的种子光带宽，因此，此发明极大的提高了激光器每一级发 生SBS的阈值功率，使脉冲激光器可以输出更高的功率。同时，有效提升了脉冲光纤激光器的稳定性。

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/电光调制器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/电光调制器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3ns到连续的可调。这样不同脉宽的光脉冲在经过后级相同的放大器时，虽然其平均功率是相同的，但是其脉冲峰值功率和脉冲能量是不同的。因此本发明可以通过一台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是本发明的结构示意图；

图2是宽带种子源经过滤波器后的光谱图；

图3是经过宽带滤波器后的宽带种子源经过第一级放大后的光谱图；

图4是经过电光/声光调制器后的光谱图；

附图中的标记为：1-光路模组，2-电路模组，3-宽带种子源，4-第一光纤放大装置，5-第一在线光隔离器，6-声光/电光调制器，7-第二光纤放大装置，8-准直光隔离器，9-泵浦驱动电路，10-声光/电光驱动电路，11-输出控制电路，12-保护电路，13-泵浦源，14-第一合束器，15-第一增益光纤，16-宽带滤波器，17-第一泵浦激光器，18-第一光纤放大器，19-第二泵浦激光器，20-第二合束器，21-第二增益光纤，22-第二在线光隔离器，23-第二光纤放大器，24-第三泵浦激光器，25-第三合束器，26-第三增益光纤，27-光电探测器，28-非掺杂光纤，29-零度角光纤切割点。

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，一种基于宽带种子源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宽带种子源3、第一光纤放大装置4、声光调制器6、1个以上的第二光纤放大装置7和准直光隔离器8；所述第二光纤放大装置7的数量为2个。

所述电路模组2包括泵浦驱动电路9、声光驱动电路10、输出控制电路11和保护电路12，声光驱动电路10与声光调制器6电连接；

泵浦驱动电路9用于驱动宽带种子源3、第一光纤放大装置4和第二光纤放大装置7产生泵浦激光；声光驱动电路10用于驱动声光调制器6，使声光调制器6将连续激光调制成脉冲激光，并且根据电信号脉宽的不同实现激光脉冲脉宽的可调，实现光脉宽从3ns到连续的可调；输出控制电路11用于通过人机界面设置输出激光的脉宽、重复频率和功率，实现对激光器输出的控制；保护电路12用于光纤激光器的光路监测和保护。

所述宽带种子源3包括依次连接的泵浦源13、第一合束器14、第一增益光纤15、非掺杂光纤28、零度角光纤切割点29和宽带滤波器16。

所述泵浦源13包括第一泵浦激光器17，所述第一合束器14的泵浦端连接于所述第一泵浦激光器17，第一泵浦激光器17与泵浦驱动电路9电连接。

第一光纤放大装置4包括第一在线光隔离器5和第一光纤放大器18，第一光纤放大器18包括依次连接的第二泵浦激光器19、第二合束器20和第二增益光纤21；所述第二合束器20的泵浦端连接于所述第二泵浦激光器19，第二泵浦激光器19与泵浦驱动电路9电连接。

所述第二光纤放大装置7包括第三在线光隔离器22和第二光纤放大器23，第二光纤放大器23包括依次连接的第三泵浦激光器24、第三合束器25和第三增益光纤26；所述第三合束器25的泵浦端连接于所述第三泵浦激光器24，第三泵浦激光器24与泵浦驱动电路9电连接；第三增益光纤26与准直光隔离器8连接。所述第一增益光纤15，第二增益光纤21和第三增益光纤26为掺镱双包层光纤。第三增益光纤26与准直光隔离器8的熔接点处设置有光电探测器27，用于检测光路是否受损，一旦光纤烧断会立即断电防止漏光给光路带来持续损伤。

本发明的实施例2：如图1所示，一种基于宽带种子源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宽带种子源3、第一光纤放大装置4、电光调制器6、1个以上的第二光纤放大装置7和准直光隔离器8；

所述电路模组2包括泵浦驱动电路9、电光驱动电路10、输出控制电路11和保护电路12，电光驱动电路10与电光调制器6电连接；

泵浦驱动电路9用于驱动宽带种子源3、第一光纤放大装置4和第二光纤放大装置7产生泵浦激光；电光驱动电路10用于驱动电光调制器6，使电光调制器6将连续激光调制成脉冲激光，并且根据电信号脉宽的不同实现激光脉冲脉宽的可调，实现光脉宽从3ns到连续的可调；输出控制电路11用于通过人机界面设置输出激光的脉宽、重复频率和功率，实现 对激光器输出的控制；保护电路12用于光纤激光器的光路监测和保护。

所述宽带种子源3包括依次连接的泵浦源13、第一合束器14、第一增益光纤15、非掺杂光纤28、零度角光纤切割点29和宽带滤波器16。

所述泵浦源13包括第一泵浦激光器17，所述第一合束器14的泵浦端连接于所述第一泵浦激光器17，第一泵浦激光器17与泵浦驱动电路9电连接。

第一光纤放大装置4包括第一在线光隔离器5和第一光纤放大器18，第一光纤放大器18包括依次连接的第二泵浦激光器19、第二合束器20和第二增益光纤21；所述第二合束器20的泵浦端连接于所述第二泵浦激光器19，第二泵浦激光器19与泵浦驱动电路9电连接。

所述第二光纤放大装置7包括第二在线光隔离器22和第二光纤放大器23，第二光纤放大器23包括依次连接的第三泵浦激光器24、第三合束器25和第三增益光纤26；所述第三合束器25的泵浦端连接于所述第三泵浦激光器24，第三泵浦激光器24与泵浦驱动电路9电连接；第三增益光纤26与准直光隔离器8连接。所述第一增益光纤15，第二增益光纤21和第三增益光纤，为掺镱双包层光纤。第二增益光纤26与准直光隔离器8的熔接点处设置有光电探测器27，用于检测光路是否受损，一旦光纤烧断会立即断电防止漏光给光路带来持续损伤。

Claims (8)

1.一种基于宽带种子源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宽带种子源(3)、第一光纤放大装置(4)、声光/电光调制器(6)、1个以上的第二光纤放大装置(7)和准直光隔离器(8)；

所述电路模组(2)包括泵浦驱动电路(9)、声光/电光驱动电路(10)、输出控制电路(11)和保护电路(12)，声光/电光驱动电路(10)与声光/电光调制器(6)电连接；

泵浦驱动电路(9)用于驱动宽带种子源(3)、第一光纤放大装置(4)和第二光纤放大装置(7)产生泵浦激光；声光/电光驱动电路(10)用于驱动声光/电光调制器(6)，使声光/电光调制器(6)将连续激光调制成脉冲激光，并且根据电信号脉宽的不同实现激光脉冲脉宽的可调，实现光脉宽从3ns到连续的可调；输出控制电路(11)用于通过人机界面设置输出激光的脉宽、重复频率和功率，实现对激光器输出的控制；保护电路(12)用于光纤激光器的光路监测和保护。

2.根据权利要求1所述的基于宽带种子源的脉宽可调脉冲光纤激光器，其特征在于：所述宽带种子源(3)包括依次连接的泵浦源(13)、第一合束器(14)、第一增益光纤(15)、非掺杂光纤(28)、零度角光纤切割点(29)和宽带滤波器(16)。

3.根据权利要求2所述的基于宽带种子源的脉宽可调脉冲光纤激光器，其特征在于：所述泵浦源(13)包括第一泵浦激光器(17)，所述第一合束器(14)泵浦端连接于所述第一泵浦激光器(17)，第一泵浦激光器(17)与泵浦驱动电路(9)电连接。

4.根据权利要求1所述的基于宽带种子源的脉宽可调脉冲光纤激光器，其特征在于：第一光纤放大装置(4)包括第二在线光隔离器(5)和第一光纤放大器(18)，第一光纤放大器(18)包括依次连接第二泵浦激光器(19)、第二合束器(20)和第一增益光纤(21)；所述第二合束器(20)泵浦端连接于所述第二泵浦激光器(19)，第二泵浦激光器(19)与泵浦驱动电路(9)电连接。

5.根据权利要求4所述的基于宽带种子源的脉宽可调脉冲光纤激光器，其特征在于：所述第一增益光纤(21)为掺镱双包层光纤。

6.根据权利要求1所述的基于宽带种子源的脉宽可调脉冲光纤激光器，其特征在于：所述第二光纤放大装置(7)包括第三在线光隔离器(22)和第二光纤放大器(23)，第二光纤放大器(23)包括依次连接第三泵浦激光器(24)、第三合束器(25)和第二增益光纤(26)；所述第三合束器(25)泵浦端连接于所述第三泵浦激光器(24)，第三泵浦激光器(24)与泵浦驱动电路(9)电连接；第二增益光纤(26)与准直光隔离器(8)连接。

7.根据权利要求6所述的基于宽带种子源的脉宽可调脉冲光纤激光器，其特征在于：所述第二增益光纤(26)为掺镱双包层光纤。

8.根据权利要求6所述的基于宽带种子源的脉宽可调脉冲光纤激光器，其特征在于：第二增益光纤(26)与准直光隔离器(8)的熔接点处设置有光电探测器(27)。