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 BrillouinScattering,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。