CN106558828A - 环形谐振腔调q的脉冲mopa光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环形谐振腔调Q的脉冲MOPA光纤激光器，采用环形谐振腔结构的调Q脉冲激光器作为放大器的种子光，能够有效抑制放大光路中非线性效应产生。环形谐振腔内利用一个声光调制器产生宽脉冲激光，在环形谐振腔输出端增加一个声光调制器，通过延迟电路调控第二声光调制器的延迟时间，对输出的激光脉冲裁剪削波，可获得窄脉宽激光。利用程序控制两个声光调制器的延迟时间，可获得脉冲宽度连续可调的脉冲激光输出。经过声光调制器调节脉宽后的脉冲光信号经光纤放大器有效放大，从而获得高功率激光输出。
Description
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，具体是涉及一种环形谐振腔调Q的脉冲MOPA光纤激光器。
背景技术
高功率脉冲光纤激光器主要是将低功率的脉冲光信号进行后续的光功率放大。光纤激光器使用单模光纤耦合半导体激光器作为光纤放大器种子源，其输出光作为放大器的种子光，激光器采用主振荡器部分以获得高峰值功率和窄脉宽激光脉冲。由于单模光纤耦合半导体激光器输出的种子光功率低，单脉冲能量小，至少需要二级或二级以上多级放大才能获得高输出功率；同时由于放大光路中存在受激自发辐射光和非线性光干扰，影响了激光器的效率和性能，并且种子源价格昂贵，产品生产成本高。
发明内容
针对目前调Q激光器存在的问题，本发明提供一种环形谐振腔调Q的脉冲MOPA光纤激光器，通过双声光调制器调节脉宽后的脉冲光信号再经光纤放大器有效放大，可获得高功率激光输出，且激光脉宽可调，激光器结构简单，生产成本较低。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种环形谐振腔调Q的脉冲MOPA光纤激光器，包括用于生成种子脉冲激光的主振荡器部分和用于将所述种子脉冲激光进行功率放大后输出的光纤放大器部分，所述主振荡器部分包括泵浦源、光纤合束器、激光增益介质、第一声光调制器AOM、第二声光调制器AOM和位于第一声光调制器AOM和第二声光调制器AOM之间的光纤耦合器；所述光纤放大器部分为一级放大器或多级放大器，每级放大器包括放大器泵浦源组、放大器光纤合束器和放大器激光增益介质，多级放大器的相邻放大器之间通过光纤隔离器连接，且最外一级放大器连接一光纤隔离器；所述光纤合束器、激光增益介质、第一声光调制器及光纤耦合器共同组成环形谐振腔，其中，所述光纤耦合器的一输出端与所述第二声光调制器AOM连接，另一输出端接入环形谐振腔，与光纤合束器信号输入端连接；还包括控制电路部分，所述控制电路部分包括连接泵浦源并驱动泵浦源发光的泵浦源驱动电路、调制第一声光调制器AOM的开闭状态及开关频率的第一声光调制器驱动电路、调制第二声光调制器AOM的开闭状态及开关频率的第二声光调制器驱动电路、分别控制第一声光调制器驱动电路和第二声光调制器驱动电路，从而调制第一声光调制器和第二声光调制器之间的延迟时间的延迟电路、连接放大器泵浦源组并驱动放大器泵浦源组发光的放大器泵浦源驱动电路、分别控制所述泵浦源驱动电路、延迟电路及放大器泵浦源驱动电路的控制电路。
进一步的，设有光纤隔离器，所述光纤隔离器位于所述激光增益介质和所述第一声光调制器AOM之间，或者位于所述第一声光调制器AOM和所述光纤耦合器之间；或者位于所述光纤耦合器的一输出端和所述第二声光调制器AOM之间；或者位于所述光纤耦合器的另一输出端和所述光纤合束器之间。
进一步的，所述光纤隔离器位于环形谐振腔内，所述光纤耦合器的一输入端接入环形谐振腔，另一输入端设有一用于监控放大级脉冲激光的波形和光谱的监控PD。
进一步的，所述光纤耦合器的一输入端接入环形谐振腔，另一输入端设有一高反光纤布拉格光栅或一镀膜光纤或一反射型滤波器。
进一步的，该环形谐振腔调Q的脉冲MOPA光纤激光器的泵浦方式为正向泵浦、反向泵浦或者双向泵浦，双向泵浦工作时，激光增益介质两端泵浦源以相同的工作模式工作或不同的工作模式工作，激光增益介质两端的泵浦源同时泵浦掺杂光纤或有延时的泵浦掺杂光纤。
进一步的，环形谐振腔内设置有滤波器，所述滤波器位于所述激光增益介质和所述第一声光调制器AOM之间，或者位于所述第一声光调制器AOM和所述光纤耦合器之间，或者位于所述光纤耦合器的一输出端和所述第二声光调制器AOM之间，或者位于所述光纤耦合器的另一输出端和所述光纤合束器之间。
进一步的，所述滤波器为固定带宽的滤波器，或者为可调带宽的滤波器。
进一步的，所述激光增益介质为单模光纤、双包层光纤或LMA光子晶体光纤。
进一步的，所述激光增益介质为Yb掺杂光纤、Er掺杂光纤、Yb、Er共掺光纤、Tm掺杂光纤和Nd掺杂光纤。
进一步的，所述光纤合束器为侧泵型光纤合束器、端泵型光纤合束器或波分复用器WDM。
本发明的有益效果是：本发明提供一种环形谐振腔结构的调Q脉冲MOPA激光器，环形谐振腔具有宽谱输出的特点，采用环形谐振腔结构的调Q脉冲激光器作为放大器的种子光，能够有效抑制放大光路中非线性效应产生。环形谐振腔内利用一个声光调制器产生宽脉冲激光，在环形谐振腔输出端增加一个声光调制器，通过延迟电路调控第二声光调制器的延迟时间，对输出的激光脉冲裁剪削波，可获得窄脉宽激光。利用程序控制两个声光调制器的延迟时间，可获得脉冲宽度连续可调的脉冲激光输出。经过声光调制器调节脉宽后的脉冲光信号经光纤放大器有效放大，从而获得高功率激光输出。
附图说明
图1为本发明实施例1环形谐振腔调Q的脉冲MOPA光纤激光器的结构示意图；
图2为本发明实施例2环形谐振腔调Q的脉冲MOPA光纤激光器的结构示意图；
图3为本发明实施例3环形谐振腔调Q的脉冲MOPA光纤激光器的结构示意图。
图4为本发明实施例4环形谐振腔调Q的脉冲MOPA光纤激光器的结构示意图。
图5为本发明实施例5环形谐振腔调Q的脉冲MOPA光纤激光器的结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明，其目的仅在于更好理解本发明的内容而非限制本发明的保护范围。
实施例1
实施例1的结构示意图如图1所示，一种环形谐振腔调Q的脉冲MOPA光纤激光器100，包括用于生成种子脉冲激光的主振荡器部分和用于将所述种子脉冲激光进行功率放大后输出的光纤放大器部分，所述主振荡器部分包括泵浦源12、光纤合束器13、激光增益介质14、第一声光调制器AOM 17、第二声光调制器AOM 21和位于第一声光调制器AOM和第二声光调制器AOM之间的光纤耦合器19(其中191、192分别是光纤耦合器的两个输入端，193、194分别为耦合器的两个输出端，其中192端端面经过特殊光学处理，比如切斜角或者切平角或者端面镀膜，或点高折射率胶让光漏出去)；所述光纤放大器部分为一级放大器或多级放大器，每级放大器23包括放大器泵浦源组231、放大器光纤合束器232和放大器激光增益介质233；多级放大器的相邻放大器之间通过光纤隔离器连接，且最外一级放大器连接一光纤隔离器；所述光纤合束器、激光增益介质、第一声光调制器及光纤耦合器共同组成环形谐振腔，其中，所述光纤耦合器的一输出端193与所述第二声光调制器AOM连接，另一输出端194接入环形谐振腔，与光纤合束器信号输入端连接；还包括控制电路部分，所述控制电路部分包括连接泵浦源并驱动泵浦源发光的泵浦源驱动电路11、调制第一声光调制器AOM的开闭状态及开关频率的第一声光调制器驱动电路16、调制第二声光调制器AOM的开闭状态及开关频率的第二声光调制器驱动电路20、分别控制第一声光调制器驱动电路和第二声光调制器驱动电路，从而调制第一声光调制器和第二声光调制器之间的延迟时间的延迟电路15、连接放大器泵浦源组并驱动放大器泵浦源组发光的放大器泵浦源驱动电路22、分别控制所述泵浦源驱动电路、延迟电路及放大器泵浦源驱动电路的控制电路10。这样，采用环形谐振腔结构的调Q脉冲激光器作为放大器的种子光，能够有效抑制放大光路中非线性效应产生。环形谐振腔内利用一个声光调制器产生宽脉冲激光，在环形谐振腔输出端增加一个声光调制器，通过延迟电路调控第二声光调制器的延迟时间，对输出的激光脉冲裁剪削波，可获得窄脉宽激光。利用程序控制两个声光调制器的延迟时间，可获得脉冲宽度连续可调的脉冲激光输出。经过声光调制器调节脉宽后的脉冲光信号经光纤放大器有效放大，从而获得高功率激光输出。
优选的，设有光纤隔离器，所述光纤隔离器位于所述激光增益介质和所述第一声光调制器AOM之间，或者位于所述第一声光调制器AOM和所述光纤耦合器之间；或者位于所述光纤耦合器的一输出端和所述第二声光调制器AOM之间；或者位于所述光纤耦合器的另一输出端和所述光纤合束器之间。光纤隔离器位于环形谐振腔内时可保证环形谐振腔内的激光振荡方向为单方向。
优选的，光纤隔离器位于环形谐振腔外时，得到的窄脉宽激光经过光纤隔离器输出，可以有效防止反射光的影响。
优选的，延迟电路为可编程延迟电路，这样，脉冲宽度可通过程序精确控制。
实施例1所述环形谐振腔调Q的脉冲MOPA光纤激光器的工作方式为：
实施案例1所述环形谐振腔调Q的脉冲MOPA光纤激光器的工作方式为：
泵浦源是一种光纤耦合半导体激光器，为激光增益介质(掺杂光纤)提供能量。控制电路10分别控制泵浦源驱动电路、延迟电路以及放大器泵浦源驱动电路。泵浦源驱动电路连接泵浦源，驱动泵浦源发光；可编程延迟电路通过芯片将控制电路发出的TTL信号进行延时处理，发出两个具有延时的TTL信号，分别控制第一声光调制器驱动电路和第二声光调制器驱动电路，从而调制第一声光调制器和第二声光调制器之间的延迟时间、声光调制器驱动电路调制声光调制器(Q开关)的开闭状态以及开关的频率。光纤合束器、掺杂光纤、第一声光调制器、光纤隔离器以及光纤耦合器共同组成环形谐振腔，构成了环形腔调Q光纤激光器，该激光器与第二声光调制器共同构成了调Q光纤激光器的主振荡器，光纤隔离器保证环形谐振腔内的激光振荡方向为单方向。泵浦源发出的光经过掺杂光纤后被光纤中掺杂的激活离子吸收，形成粒子数反转。调Q开关关闭时，激光器的振荡阈值很高，谐振腔内不能产生激光振荡；当调Q开关打开时，激光振荡迅速建立，产生的激光一部分经过光纤耦合器一输出端193输出，另一部分经光纤耦合器的另一输出端194后经过光纤合束器的信号端在环形谐振腔内形成环形激光受激振荡。输出激光的脉冲宽度与谐振腔的长度、声光开关、及谐振腔的损耗有关。理论上脉冲宽度可以长达毫秒级以上，但通常500ns以内的脉冲宽度足以满足实际工业应用要求。相对于主振荡器输出的激光脉冲，延迟电路调节第二声光调制器驱动的光学开关延迟1～500ns，光纤耦合器一输出端193输出的脉冲激光经过第二声光调制器的调制被削波，其后输出的脉冲宽度可在1～500ns变化，且可程序控制。得到的窄脉宽激光可经过光纤隔离器，然后被光纤放大器有效放大，放大的脉冲激光经可经光纤隔离器输出。光纤隔离器可以有效防止反射光的影响，调制第二声光调制器开启的延迟时间，可以得到不同脉宽的激光脉冲。
实施例2
实施例2的结构示意图如图2所示，一种环形腔调Q的脉冲MOPA光纤激光器200，包括控制电路10、泵浦源驱动电路11、泵浦源12、光纤合束器13、激光增益介质14、可编程延迟电路15、第一声光调制器驱动电路16、第一声光调制器AOM17、光纤隔离器18、光纤耦合器19(其中191、192分别是光纤耦合器的两个输入端，193、194分别为光纤耦合器的两个输出端)、第二声光调制器驱动电路20、第二声光调制器AOM21、放大器泵浦源驱动电路22、光纤放大器23(其中231是放大器泵浦源组，232是放大器光纤合束器，233是放大器激光增益介质)、光纤隔离器24、监控PD 25。
与实施例1不同的是，实施例2在光纤耦合器的一输入端192增加了一个监控PD，用于监控放大级脉冲激光的波形和光谱。
实施例3
实施例3的结构示意图如图3所示，一种环形腔调Q的脉冲MOPA光纤激光器300，包括控制电路10、泵浦源驱动电路11、泵浦源12、光纤合束器13、激光增益介质14、可编程延迟电路15、第一声光调制器驱动电路16、第一声光调制器AOM17、光纤隔离器18、光纤耦合器19(其中191、192分别是光纤耦合器的两个输入端，193、194分别为耦合器的两个输出端)、第二声光调制器驱动电路20、第二声光调制器AOM 21、放大器泵浦源驱动电路22、光纤放大器23(其中231是放大器泵浦源组，232是放大器光纤合束器，233是放大器增益介质)、光纤隔离器24、高反光纤布拉格光栅26。
与实施例1不同的是，实施例3中光纤隔离器在环形谐振腔外，由于谐振腔内产生的激光振荡是双向的，在光纤耦合器一输入端192增加一个高反光纤布拉格光栅，将光纤耦合器输入端192输出的激光反射回环形谐振腔内，最后由光纤耦合器输出端193输出激光，增加激光的输出功率，同时高反光纤布拉格光栅具有选频的作用。高反光纤布拉格光栅还可以替换为镀膜光纤或者反射型滤波器。
实施例4
实施例4的结构示意图如图4所示，一种环形腔调Q的脉冲MOPA光纤激光器400，包括控制电路10、第一泵浦源驱动电路11、第一泵浦源12、第一光纤合束器13、第二泵浦源驱动电路27、第二泵浦源28、第二合束器29、激光增益介质14、延迟电路15、第一声光调制器驱动电路16、第一声光调制器AOM 17、光纤隔离器18、光纤耦合器19(其中191、192分别是光纤耦合器的两个输入端，193、194分别为耦合器的两个输出端)、第二声光调制器驱动电路20、第二声光调制器AOM21、放大器泵浦源驱动电路22、光纤放大器23(其中231是放大器泵浦源组，232是放大器光纤合束器，233是放大器增益介质)、光纤隔离器24。
与实施例1不同的是，实施例4采用双向泵浦的方式，泵浦源可以工作在连续模式下，也可以工作在脉冲模式下；两端泵浦源可以以相同的工作模式工作，也可以以不同的工作模式工作；两端泵浦源可以同时泵浦掺杂光纤，也可以有延时的泵浦掺杂光纤。
实施例5
实施例5的结构示意图如图5所示，一种环形腔调Q的脉冲MOPA光纤激光器500，包括控制电路10、泵浦源驱动电路11、泵浦源12、光纤合束器13、激光增益介质14、可编程延迟电路15、第一声光调制器驱动电路16、第一声光调制器AOM17、光纤隔离器18、光纤耦合器19(其中191、192分别是光纤耦合器的两个输入端，193、194分别为耦合器的两个输出端)、第二声光调制器驱动电路20、第二声光调制器AOM 21、放大器泵浦源驱动电路22、光纤放大器23(其中231是放大器泵浦源组，232是放大器光纤合束器，233是放大器增益介质)、光纤隔离器24、滤波器30。
与实施例1不同的是，实施例5中增加了一个带通滤波器，可以用来优化输出脉冲激光的光谱线宽。该滤波器可以为固定带宽的滤波器，也可以为可调带宽的滤波器。滤波器可位于掺杂光纤和第一声光调制器AOM之间，也可位于第一声光调制器AOM和光纤耦合器之间，也可位于光纤耦合器的输出端193和第二声光调制器AOM之间，也可位于光纤耦合器的输出端194和光纤合束器之间。
上述各实施例中，泵浦源的波长范围可以为808nm、915nm、940nm、980nm等或其他掺杂光纤中激活离子的吸收波长。
上述各实施例中，激光增益介质可以为Yb掺杂光纤，Er掺杂光纤，Yb/Er共掺光纤，Tm掺杂光纤，Nd掺杂光纤等稀土元素掺杂的单模光纤、双包层光纤或LMA光子晶体光纤。
上述各实施例中，泵浦源可以工作在连续模式下，也可以工作在脉冲模式下。
上述各实施例中，光纤合束器可以为侧泵型(1+1)×1、(2+1)×1等光纤合束器，也可以为端泵型(3+1)×1、(6+1)×1、(18+1)×1等光纤合束器，也可以为波分复用器WDM。
上述各实施例中，引入第二声光调制器，通过可编程延迟电路调控第二声光调制器驱动延迟时间1-500ns，最长延迟时间包括但不限于500ns；第二声光调制器对谐振腔产生的脉冲激光进行削波，脉宽变窄，脉冲宽度1～500ns，包括但不限于500ns。得到的可调脉宽激光经过光纤隔离器后，被光纤放大器有效放大，最后经过光纤隔离器输出。
综上，本发明提供了一种环形腔调Q的脉冲MOPA光纤激光器，采用环形谐振腔结构的调Q脉冲激光器作为放大器的种子光，能够有效抑制放大光路中非线性效应产生。环形谐振腔内利用一个声光调制器产生宽脉冲激光，在环形谐振腔输出端增加一个声光调制器，通过延迟电路调控第二声光调制器的延迟时间，对输出的激光脉冲裁剪削波，可获得窄脉宽激光。利用程序控制两个声光调制器的延迟时间，可获得脉冲宽度连续可调的脉冲激光输出。经过声光调制器调节脉宽后的脉冲光信号经光纤放大器有效放大，从而获得高功率激光输出。
以上实施例是参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明。本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本发明的实质的情况下，都落在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种环形谐振腔调Q的脉冲MOPA光纤激光器，其特征在于：包括用于生成种子脉冲激光的主振荡器部分和用于将所述种子脉冲激光进行功率放大后输出的光纤放大器部分，所述主振荡器部分包括泵浦源、光纤合束器、激光增益介质、第一声光调制器AOM、第二声光调制器AOM和位于第一声光调制器AOM和第二声光调制器AOM之间的光纤耦合器；所述光纤放大器部分为一级放大器或多级放大器，每级放大器包括放大器泵浦源组、放大器光纤合束器和放大器激光增益介质，多级放大器的相邻放大器之间通过光纤隔离器连接，且最外一级放大器连接一光纤隔离器；所述光纤合束器、激光增益介质、第一声光调制器及光纤耦合器共同组成环形谐振腔，其中，所述光纤耦合器的一输出端与所述第二声光调制器AOM连接，另一输出端接入环形谐振腔，与光纤合束器信号输入端连接；还包括控制电路部分，所述控制电路部分包括连接泵浦源并驱动泵浦源发光的泵浦源驱动电路、调制第一声光调制器AOM的开闭状态及开关频率的第一声光调制器驱动电路、调制第二声光调制器AOM的开闭状态及开关频率的第二声光调制器驱动电路、分别控制第一声光调制器驱动电路和第二声光调制器驱动电路，从而调制第一声光调制器和第二声光调制器之间的延迟时间的延迟电路、连接放大器泵浦源组并驱动放大器泵浦源组发光的放大器泵浦源驱动电路、分别控制所述泵浦源驱动电路、延迟电路及放大器泵浦源驱动电路的控制电路。
2.根据权利要求1所述的环形谐振腔调Q的脉冲MOPA光纤激光器，其特征在于：设有光纤隔离器，所述光纤隔离器位于所述激光增益介质和所述第一声光调制器AOM之间，或者位于所述第一声光调制器AOM和所述光纤耦合器之间；或者位于所述光纤耦合器的一输出端和所述第二声光调制器AOM之间；或者位于所述光纤耦合器的另一输出端和所述光纤合束器之间。
3.根据权利要求2所述的环形谐振腔调Q的脉冲MOPA光纤激光器，其特征在于：所述光纤隔离器位于环形谐振腔内，所述光纤耦合器的一输入端接入环形谐振腔，另一输入端设有一用于监控放大级脉冲激光的波形和光谱的监控PD。
4.根据权利要求2所述的环形谐振腔调Q的脉冲MOPA光纤激光器，其特征在于：所述光纤耦合器的一输入端接入环形谐振腔，另一输入端设有一高反光纤布拉格光栅或一镀膜光纤或一反射型滤波器。
5.根据权利要求1所述的环形谐振腔调Q的脉冲MOPA光纤激光器，其特征在于：该环形谐振腔调Q的脉冲MOPA光纤激光器的泵浦方式为正向泵浦、反向泵浦或者双向泵浦，双向泵浦工作时，激光增益介质两端泵浦源以相同的工作模式工作或不同的工作模式工作，激光增益介质两端的泵浦源同时泵浦掺杂光纤或有延时的泵浦掺杂光纤。
6.根据权利要求1所述的环形谐振腔调Q的脉冲MOPA光纤激光器，其特征在于：环形谐振腔内设置有滤波器，所述滤波器位于所述激光增益介质和所述第一声光调制器AOM之间，或者位于所述第一声光调制器AOM和所述光纤耦合器之间，或者位于所述光纤耦合器的一输出端和所述第二声光调制器AOM之间，或者位于所述光纤耦合器的另一输出端和所述光纤合束器之间。
7.根据权利要求6所述的环形谐振腔调Q的脉冲MOPA光纤激光器，其特征在于：所述滤波器为固定带宽的滤波器，或者为可调带宽的滤波器。
8.根据权利要求1所述的环形谐振腔调Q的脉冲MOPA光纤激光器，其特征在于：所述激光增益介质为单模光纤、双包层光纤或LMA光子晶体光纤。
9.根据权利要求1所述的环形谐振腔调Q的脉冲MOPA光纤激光器，其特征在于：所述激光增益介质为Yb掺杂光纤、Er掺杂光纤、Yb、Er共掺光纤、Tm掺杂光纤和Nd掺杂光纤。
10.根据权利要求1所述的环形谐振腔调Q的脉冲MOPA光纤激光器，其特征在于：所述光纤合束器为侧泵型光纤合束器、端泵型光纤合束器或波分复用器WDM。
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| CN201710053532.5A CN106558828A (zh) | 2017-01-22 | 2017-01-22 | 环形谐振腔调q的脉冲mopa光纤激光器 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115621827A (zh) * | 2022-12-02 | 2023-01-17 | 中国电子科技集团公司第十一研究所 | 一种大动态范围输出光束质量保持抗失谐激光器 |
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- 2017-01-22 CN CN201710053532.5A patent/CN106558828A/zh active Pending
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