CN105846297A - 一种白光激光产生系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种白光激光产生系统，属于光纤激光器领域。所述白光激光产生系统包括脉冲光纤激光器、功率放大器、超连续谱产生装置以及白光提取装置。脉冲光纤激光器发出的脉冲激光入射到功率放大器。经功率放大器放大后的脉冲激光入射到超连续谱产生装置，经超连续谱产生装置光谱展宽处理后入射到白光提取装置，经白光提取装置的分离处理后输出白光激光。相比于现有的白光激光产生装置，本实施例提供的白光激光产生系统稳定性较好，具有更高的白光激光输出功率。

Description

一种白光激光产生系统

技术领域

本发明涉及光纤激光器领域，具体而言，涉及一种白光激光产生系统。

背景技术

白光激光具有空间相干性和较宽的光谱范围，被广泛地应用于彩色显示、特种照明、外科诊断等领域。由于不同频率的激光会相互影响，通过多种单色激光(红、绿、蓝)混合，很难形成白光激光。目前实现白光激光的方法一般为采用可见光波段的泵浦激光器直接泵浦非线性材料实现宽谱可见光输出。但是由于可见光波段的泵浦激光器一般采用固体激光器，光路为空间结构，稳定性差，并且由于固体激光器的增益介质受限，功率难以提升，导致产生的白光激光功率较低且稳定性难以保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种白光激光产生系统，以改善上述问题。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种白光激光产生系统，包括脉冲光纤激光器、功率放大器、超连续谱产生装置以及白光提取装置。所述脉冲光纤激光器发出的脉冲激光入射到所述功率放大器，经所述功率放大器放大后的脉冲激光入射到所述超连续谱产生装置，经所述超连续谱产生装置光谱展宽处理后入射到所述白光提取装置，经所述白光提取装置的分离处理后输出白光激光。

结合第一方面，本发明实施例还提供了第一方面的第一种可能实施方式，其中，所述白光提取装置包括第一光调节器、可见光反射装置、第二光调节器，由所述超连续谱产生装置出射的激光入射到所述第一光调节器，经所述第一光调节器准直后入射到所述可见光反射装置，入射到所述可见光反射装置的可见光波段的激光经所述可见光反射装置反射到所述第二光调节器，经所述第二光调节器会聚形成白光激光输出。

结合第一方面的第一种可能实施方式，本发明实施例还提供了第一方面的第二种可能实施方式，其中，所述白光提取装置还包括壳体，所述第一光调节器、所述可见光反射装置、所述第二光调节器均集成在所述壳体内，所述壳体上设置有第一通光孔和第二通光孔，所述第一光调节器通过所述第一通光孔与所述超连续谱产生装置耦合，所述第二光调节器与所述第二通光孔耦合。

结合第一方面的第二种可能实施方式，本发明实施例还提供了第一方面的第三种可能实施方式，其中，所述白光提取装置还包括第一光纤和第二光纤，所述第一光纤的一端穿过所述第一通光孔与所述壳体内的第一光调节器耦合，所述第二光纤的一端穿过所述第二通光孔与所述壳体内的第二光调节器耦合。

结合第一方面的第二种可能实施方式或第一方面的第三种可能实施方式，本发明实施例还提供了第一方面的第四种可能实施方式，其中，所述白光提取装置还包括第三光调节器和第三通光孔，所述第三光调节器设置在所述壳体内部，所述第三通光孔设置在所述壳体上，入射到所述可见光反射装置的非可见光波段的激光透过所述可见光反射装置入射到所述第三光调节器，经所述第三光调节器会聚到所述第三通光孔输出。

结合第一方面的第四种可能实施方式，本发明实施例还提供了第一方面的第五种可能实施方式，其中，所述白光提取装置还包括第三光纤，所述第三光纤的一端穿过所述第三通光孔与所述壳体内的第三光调节器耦合，经所述第三光调节器会聚后输出的非可见光波段的激光经所述第三光纤输出。

结合第一方面的第五种可能实施方式，本发明实施例还提供了第一方面的第六种可能实施方式，其中，所述第三光纤为多模光纤。

结合第一方面的第六种可能实施方式，本发明实施例还提供了第一方面的第七种可能实施方式，其中，所述白光激光产生系统还包括激光吸收装置，所述激光吸收装置用于吸收经所述第三光调节器会聚后由所述第三光纤输出的非可见光波段的激光。

结合第一方面的第一种可能实施方式，本发明实施例还提供了第一方面的第八种可能实施方式，其中，所述第一光调节器和所述第二光调节器均为可见光消色差准直器，所述第一光调节器用于准直由所述超连续谱产生装置出射的激光并对其中包含的可见光波段的激光进行消色差；所述第二光调节器用于会聚经所述可见光反射装置反射的可见光波段的激光并对所述可见光波段的激光进行消色差。

结合第一方面，本发明实施例还提供了第一方面的第九种可能实施方式，其中，所述脉冲光纤激光器为锁模掺镱光纤激光器。

本发明实施例提供的白光激光产生系统采用具有高的光光转换效率的脉冲光纤激光器作为种子光源，通过功率放大器将种子光源发出的脉冲激光进行功率放大，通过超连续谱产生装置将放大后的脉冲激光的光谱展宽到可见光范围，最后通过白光提取装置从超连续谱产生装置输出的激光中的分离出白光激光。相比于现有的白光激光产生装置，本白光激光产生系统稳定性较好，具有更高的白光激光输出功率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1示出了本发明实施例提供的一种白光激光产生系统的结构示意图；

图2示出了本发明实施例提供的另一种白光激光产生系统的结构示意图。

图中，附图标记分别为：

白光激光产生系统100；脉冲光纤激光器110；功率放大器120；超连续谱产生装置130；白光提取装置140；壳体141；第一通光孔1411；第二通光孔1412；第三通光孔1413；第一光调节器142；可见光反射装置143；第二光调节器144；第三光调节器145；第一光纤146；第二光纤147；第三光纤148。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“耦合”、“连接”应做广义理解，例如，“耦合”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

目前实现白光激光的方法一般为采用可见光波段的泵浦激光器直接泵浦非线性材料实现宽谱可见光输出。但是由于可见光波段的泵浦激光器一般采用固体激光器，光路为空间结构，稳定性差，并且由于固体激光器的增益介质受限，功率难以提升，导致产生的白光激光功率较低且稳定性难以保证。鉴于此，本发明实施例提供了一种白光激光产生系统，用于输出较高功率的白光激光。

如图1所示，本发明实施例提供的白光激光产生系统100包括脉冲光纤激光器110、功率放大器120、超连续谱产生装置130以及白光提取装置140。其中，脉冲光纤激光器110具有较高的光光转换效率。

脉冲光纤激光器110发出的脉冲激光入射到功率放大器120。功率放大器120对所述脉冲激光进行功率放大，并将放大后的脉冲激光入射到超连续谱产生模块。超连续谱产生模块对放大后的脉冲激光进行光谱展宽，使得放大后的脉冲激光的光谱范围展宽到可见光波段，并将光谱范围展宽到可见光波段的脉冲激光入射到白光提取装置140。白光提取装置140将光谱范围展宽到可见光波段的脉冲激光中的可见光波段范围的激光分离出来并形成白光激光输出。

其中，脉冲光纤激光器110作为形成白光激光的种子光源。本实施例中，脉冲光纤激光器110为掺镱(Yb)波段的超短脉冲光纤激光器，输出中心波长为1064纳米的脉冲激光。掺Yb波段的超短脉冲光纤激光器具有较高的激光产生效率，其泵浦光与所产生的脉冲激光的光光转换效率可以达到80％。因此，本白光激光产生系统100可以实现数百瓦的超短脉冲放大，从而实现百瓦级的超连续谱激光输出。其中，可见光部分占比可以达到10％，即可实现十瓦级甚至更高功率的白光激光输出。优选的，脉冲光纤激光器110为锁模掺镱光纤激光器。

本实施例中，功率放大器120可以为利用光纤的非线性效应制作的光纤放大器，如拉曼光纤放大器，也可以为利用半导体制作的半导体光放大器，还可以为稀土掺杂的光纤放大器。本实施例中，功率放大器120优选采用稀土掺杂的光纤放大器，且当脉冲光纤激光器110采用锁模掺镱光纤激光器时，功率放大器120优选为掺镱光纤放大器。采用稀土掺杂的光纤放大器一方面有利于提高功率放大器120的增益系数，另一方面有利于实现白光激光产生系统100结构的全光纤化。

超连续谱产生装置130用于将脉冲激光的光谱范围展宽到可见光波段。例如，当脉冲光纤激光器110采用锁模掺镱光纤激光器时，将锁模掺镱光纤激光器输出的中心波长为1064纳米的脉冲激光的光谱范围展宽到可见-红外波段。本实施例中，超连续谱产生装置130可以包括光子晶体光纤，当然，也可以采用其它高非线性光纤。

白光提取装置140用于从超连续谱产生装置130输出的激光中分离出白光激光输出。例如，白光提取装置140可以包括准直透镜、激光滤光片以及会聚透镜。其中，激光滤光片的工作波长在可见光波段。超连续谱产生装置130输出的激光入射到准直透镜，经准直透镜准直后入射到激光滤光片。通过激光滤光片可以将超连续谱产生装置130输出的激光中的可见光波段的激光透射到会聚透镜，经会聚透镜会聚形成白光激光输出。

具体的，如图2所示，本发明实施例中，白光提取装置140包括壳体141、第一光调节器142、可见光反射装置143、第二光调节器144。第一光调节器142、可见光反射装置143、第二光调节器144均集成在壳体141内。壳体141上设置有第一通光孔1411和第二通光孔1412，超连续谱产生装置130通过第一通光孔1411与第一光调节器142耦合，第二光调节器144与第二通光孔1412耦合。其中，第一通光孔1411用于超连续谱产生装置130输出的激光进入白光提取装置140的壳体141，从而入射到第一光调节器142。第二通光孔1412用于白光激光的输出。

其中，可见光反射装置143具有选频特性，用于反射可见光，透过非可见光。本实施例中，可见光反射装置143优选为可见光高反镜。

进一步地，为了得到稳定的白光激光，第一光调节器142除了用于准直由超连续谱产生装置130出射的激光外，还具有对可见光波段的激光进行消色差的功能。此外，第二光调节器144除了用于会聚经可见光反射装置143反射的可见光波段的激光外，也具有对可见光波段的激光进行消色差的功能。也就是说，第一光调节器142和第二光调节器144均为具有消色差功能的准直透镜组。优选的，第一光调节器142和第二光调节器144均为可见光消色差准直器。

本实施例中，为了便于超连续谱产生装置130输出的激光与白光提取装置140的耦合，所述白光提取装置140还可以包括第一光纤146。第一光纤146的一端穿过第一通光孔1411与壳体141内的第一光调节器142耦合。使用时，将第一光纤146的另一端与超连续谱产生装置130的输出端耦合。同理，为了便于白光提取装置140所分离出的白光激光的输出及应用，白光提取装置140还可以包括第二光纤147，第二光纤147的一端穿过第二通光孔1412与壳体141内的第二光调节器144耦合，此时，白光提取装置140所分离出的白光激光由第二光纤147的另一端输出。

由超连续谱产生装置130出射的激光经第一光纤146进入白光提取装置140的壳体141内，入射到第一光调节器142，经第一光调节器142准直后入射到可见光反射装置143。此时，入射到可见光反射装置143的激光包括可见光波段的激光及非可见光波段的激光。其中，可见光波段的激光经可见光反射装置143反射到第二光调节器144，经第二光调节器144会聚后形成白光激光并耦合到第二光纤147中输出。

入射到可见光反射装置143的非可见光波段的激光由可见光反射装置143透射，为了避免透过可见光反射装置143的非可见光波段的激光入射到壳体141内壁后，经壳体141内壁多次反射后混入白光激光中输出，本实施例提供的白光提取装置140还包括第三光调节器145和第三通光孔1413。第三光调节器145设置在壳体141内部，第三通光孔1413设置在壳体141上。透过可见光反射装置143的非可见光波段的激光入射到第三光调节器145，经第三光调节器145会聚到第三通光孔1413输出。

第三光调节器145用于将透过可见光反射装置143的非可见光波段的激光会聚到第三通光孔1413输出。本实施例中，第三光调节器145优选为红外激光准直器。

为了方便控制由第三通光孔1413输出的非可见光激光，白光提取装置140还包括第三光纤148。第三光纤148的一端穿过第三通光孔1413与第三光调节器145耦合。经第三光调节器145会聚后输出的非可见光波段的激光经第三光纤148输出。且为了提高第三光调节器145会聚后输出的非可见光波段的激光与第三光纤148的耦合效率，第三光纤148优选为多模光纤。

另外，为了避免由本白光激光产生系统100出射的非可见光波段的激光造成安全隐患，本实施例提供的白光激光产生系统100还包括激光吸收装置。所述激光吸收装置设置在白光提取装置140的壳体141外，用于吸收经第三光调节器145会聚后由第三光纤148输出的非可见光波段的激光。

当脉冲光纤激光器110采用锁模掺镱光纤激光器，功率放大器120采用掺镱光纤放大器，超连续谱产生装置130包括光子晶体光纤时，本发明实施例提供的白光激光产生系统100的工作过程可以为：

锁模掺镱光纤激光器产生的中心波长为1064纳米的脉冲激光作为种子激光入射到掺镱光纤放大器。所述种子激光经所述掺镱光纤放大器功率放大后入射到超连续谱产生装置130。超连续谱产生装置130利用光子晶体光纤实现功率放大后的种子激光的超宽光谱展宽，使得种子激光的光谱范围展宽至可见-红外波段范围。超连续谱产生装置130输出的可见-红外波段范围的激光经第一光纤146耦合进入白光提取装置140的壳体141内，入射到第一光调节器142，经第一光调节器142准直后入射到可见光反射装置143。可见光反射装置143将可将光波段的激光反射到第二光调节器144，经第二光调节器144会聚耦合到第二光纤147形成白光激光输出。可见光反射装置143将红外波段的激光透射到第三光调节器145，经第三光调节器145会聚耦合到第三光纤148中输出。第三光纤148中输出的红外波段的激光可以被激光吸收装置吸收。

因此，综上所述，本发明实施例提供的白光激光产生系统100采用具有较高光光转换效率的脉冲光纤激光器110作为种子光源。通过功率放大器120将种子光源发出的脉冲激光进行功率放大，通过超连续谱产生装置130将放大后的脉冲激光的光谱展宽到可见光范围，最后通过白光提取装置140从超连续谱产生装置130输出的激光中的分离出白光激光。相比于现有的白光激光产生装置，本白光激光产生系统100具有更高的白光激光输出功率，结构紧凑，稳定可靠。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种白光激光产生系统，其特征在于，包括脉冲光纤激光器、功率放大器、超连续谱产生装置以及白光提取装置；

所述脉冲光纤激光器发出的脉冲激光入射到所述功率放大器，经所述功率放大器放大后的脉冲激光入射到所述超连续谱产生装置，经所述超连续谱产生装置光谱展宽处理后入射到所述白光提取装置，经所述白光提取装置的分离处理后输出白光激光。

2.根据权利要求1所述的白光激光产生系统，其特征在于，所述白光提取装置包括第一光调节器、可见光反射装置、第二光调节器，由所述超连续谱产生装置出射的激光入射到所述第一光调节器，经所述第一光调节器准直后入射到所述可见光反射装置，入射到所述可见光反射装置的可见光波段的激光经所述可见光反射装置反射到所述第二光调节器，经所述第二光调节器会聚形成白光激光输出。

3.根据权利要求2所述的白光激光产生系统，其特征在于，所述白光提取装置还包括壳体，所述第一光调节器、所述可见光反射装置、所述第二光调节器均集成在所述壳体内，所述壳体上设置有第一通光孔和第二通光孔，所述第一光调节器通过所述第一通光孔与所述超连续谱产生装置耦合，所述第二光调节器与所述第二通光孔耦合。

4.根据权利要求3所述的白光激光产生系统，其特征在于，所述白光提取装置还包括第一光纤和第二光纤，所述第一光纤的一端穿过所述第一通光孔与所述壳体内的第一光调节器耦合，所述第二光纤的一端穿过所述第二通光孔与所述壳体内的第二光调节器耦合。

5.根据权利要求3或4所述的白光激光产生系统，其特征在于，所述白光提取装置还包括第三光调节器和第三通光孔，所述第三光调节器设置在所述壳体内部，所述第三通光孔设置在所述壳体上，入射到所述可见光反射装置的非可见光波段的激光透过所述可见光反射装置入射到所述第三光调节器，经所述第三光调节器会聚到所述第三通光孔输出。

6.根据权利要求5所述的白光激光产生系统，其特征在于，所述白光提取装置还包括第三光纤，所述第三光纤的一端穿过所述第三通光孔与所述壳体内的第三光调节器耦合，经所述第三光调节器会聚后输出的非可见光波段的激光经所述第三光纤输出。

7.根据权利要求6所述的白光激光产生系统，其特征在于，所述第三光纤为多模光纤。

8.根据权利要求7所述的白光激光产生系统，其特征在于，还包括激光吸收装置，所述激光吸收装置用于吸收经所述第三光调节器会聚后由所述第三光纤输出的非可见光波段的激光。

9.根据权利要求2所述的白光激光产生系统，其特征在于，所述第一光调节器和所述第二光调节器均为可见光消色差准直器，所述第一光调节器用于准直由所述超连续谱产生装置出射的激光并对其中包含的可见光波段的激光进行消色差；所述第二光调节器用于会聚经所述可见光反射装置反射的可见光波段的激光并对所述可见光波段的激光进行消色差。

10.根据权利要求1所述的白光激光产生系统，其特征在于，所述脉冲光纤激光器为锁模掺镱光纤激光器。