CN106654825B - 同时输出纳秒和皮秒脉冲的光纤激光器 - Google Patents
同时输出纳秒和皮秒脉冲的光纤激光器 Download PDFInfo
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Abstract
一种同时输出纳秒和皮秒脉冲的光纤激光器，包括：一第一信号源、一第二信号源、一泵浦源、一第一激光脉冲选择器、一第二激光脉冲选择器、一控制器、一2×1光纤合束器、一光纤隔离器、一包层光剥离器、一增益光纤、一耦合输出镜和一聚焦镜；其中该增益光纤，用于放大输入的种子信号源，实现脉冲激光的放大输出，该增益光纤将第一激光脉冲选择器、第二激光脉冲选择器、2×1光纤合束器、光纤隔离器和包层光剥离器串接在一起；该聚焦镜位于耦合输出镜和泵浦源之间。本发明为输出时域上可控的纳秒和皮秒的脉冲序列。
Description
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种同时输出纳秒和皮秒脉冲的光纤激光器。
背景技术
纳秒和皮秒脉冲激光在材料加工领域有重要的应用，这些包括在材料表面可以诱导出特殊的微纳米结构，微纳加工，表面处理等。连续激光加工由于热效应往往会降低材料加工的质量和精度，一般纳秒激光器加工机制仍然属于热烧蚀，但是具有速度快的优点，而皮秒激光器具有的短脉冲和高脉冲能量使其已经几乎为冷加工机制，并且加工更为精细。在材料加工领域两者结合可以同时实现两者的优点，对实际应用具有重要的意义。
目前两种或者多种脉冲组合输出主要通过两台激光器或者多台激光器同步输出。控制其同步输出的电路往往比较复杂，还存在器件时间抖动和随机时间延迟；而通过一台激光器输出两种脉冲的过程往往是两个不同的过程，需要增加或者去掉某一器件，操作上不简便。
中国专利“双脉宽输出激光器”，专利号，CN201075571，发表日期2008年6月，该专利中提出了双脉宽输出激光器，该激光器采用切换开关连接不同的驱动电路来控制激光发生器在不同输出工作模式间进行切换，使得同时输出纳秒和微秒脉冲，不适合精细加工领域。中国专利“一种同时输出纳秒和皮秒脉冲的激光器”，专利号CN102709801A，发表日期2012年10月，该专利中提出了同时输出纳秒和皮秒脉冲的激光器，通过腔外普克尔盒和腔内普克尔盒联合的电光控制技术，实现有信号光导入情况下的再生放大过程，获得高能皮秒激光输出；和没有信号光导入的情况下的腔倒空过程，获得纳秒脉冲的输出。其结构比较复杂，体积庞大操作上比较复杂。
发明内容
针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种同时输出纳秒和皮秒脉冲的光纤激光器，通过光纤合束器将纳秒和皮秒信号输入到增益光纤中，通过两个激光脉冲选择器和控制器来控制信号光的脉冲的时域特征，通过控制器控制激光脉冲选择器的触发时间，从而输出时域上可控的纳秒和皮秒的脉冲序列。
为达到上述目的，本发明提供一种同时输出纳秒和皮秒脉冲的光纤激光器，包括：
一第一信号源，用于提供纳秒脉冲的种子信号；
一第二信号源，用于提供皮秒脉冲的种子信号；
一泵浦源，用于提供泵浦能量；
一第一激光脉冲选择器，用于选择从第一信号源输出的纳秒脉冲信号，控制其时域序列，该第一激光脉冲选择器的一输入端与第一信号源的输出端连接；
一第二激光脉冲选择器，用于选择从第二信号源输出的皮秒脉冲信号，控制其时域序列，该第二激光脉冲选择器的一输入端与第二信号源的输出端连接；
一控制器，用于控制第一脉冲选择器和第二激光脉冲选择器的触发时间，从而控制两种脉冲信号在时域上的关系，该控制器的输出端分别与第一激光脉冲选择器和第二激光脉冲选择器的另一输入端连接；
一2×1光纤合束器，用于将第一信号源和第二信号源耦合，该2×1光纤合束器的输入端分别与第一激光脉冲选择器和第二激光脉冲选择器的输出端连接；
一光纤隔离器，用于隔离返回的放大光，防止其影响第一、第二信号源的稳定性；
一包层光剥离器，用于将残余泵浦光导出光纤；
一增益光纤，用于放大输入的种子信号源，实现脉冲激光的放大输出，该增益光纤将第一激光脉冲选择器、第二激光脉冲选择器、2×1光纤合束器、光纤隔离器和包层光剥离器串接在一起；
一耦合输出镜，为平面镜，该耦合输出镜位于泵浦源的输出光路上，并与输出光路形成一夹角；
一聚焦镜，其位于耦合输出镜和泵浦源之间。
本发明的有益效果是，本发明提供的这种同时输出纳秒和皮秒脉冲的光纤激光器，巧妙利用激光脉冲选择器控制脉冲激光的时域特征，结合光纤合束器，在一个增益光纤中实现两种脉宽激光的放大。这种技术结构简单，性能优异，在激光加工，设计材料结构等科学研究领域具有非常重要的应用。
附图说明
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明，其中：
图1是依照本发明实施例的同时输出纳秒和皮秒脉冲的光纤激光器的结构示意图；
图2是依照本发明实施例的同时输出纳秒和皮秒脉冲单次交替运转输出的脉冲序列图；
图3是依照本发明实施例的同时输出纳秒和皮秒脉冲串交替出现的激光脉冲序列图；
图4是依照本发明实施例的同时输出两个纳秒和皮秒串脉冲串交替出现的激光脉冲序列图。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明提供一种同时输出纳秒和皮秒脉冲的光纤激光器，包括：
一第一信号源111，用于提供纳秒脉冲的种子信号，所述第一信号源111为纳秒脉冲信号源，输出功率为100mW-500mW，脉冲重复频率为1-100KHz，脉冲宽度为10-30ns，中心波长为1064nm；
一第二信号源112，用于提供皮秒脉冲的种子信号，所述第二信号源112为皮秒脉冲信号源，输出功率为200-800mW，脉冲重频为50-100MHz，脉冲宽度为1-20ps，中心波长为1064nm；
一泵浦源121，用于提供泵浦能量，所述泵浦源121为光纤耦合的半导体激光器，输出功率为80W，光纤为105/125，数值孔径0.22，中心波长为975nm；泵浦光通过聚焦透镜耦合至增益光纤的包层实现泵浦。
一第一激光脉冲选择器131，用于选择从第一信号源111输出的纳秒脉冲信号，选择纳秒脉冲信号的重频，使其在小于100KHz可调，从而控制其时域序列，该第一激光脉冲选择器131的一输入端与第一信号源111的输出端连接；
一第二激光脉冲选择器132，用于选择从第二信号源112输出的皮秒脉冲信号，选择皮秒脉冲信号的重频，使其在小于100MHz可调，输出的皮秒脉冲信号是不同频率的单一的脉冲信号，也可以是包含不同个数的脉冲串信号，从而控制其时域序列，该第二激光脉冲选择器132的一输入端与第二信号源112的输出端连接；
一控制器133，用于控制第一脉冲选择器131和第二激光脉冲选择器132的触发时间，从而控制两种脉冲信号在时域上的关系，该控制器133的输出端分别与第一激光脉冲选择器131和第二激光脉冲选择器132的另一输入端连接，所述通过控制器133控制第一激光脉冲选择器131，使得增益光纤142放大输出后的信号是单一的纳秒脉冲信号，或是皮秒脉冲信号，或是同时输出纳秒和皮秒的脉冲信号，并且时域上可控；
一2×1光纤合束器134，用于将第一信号源111和第二信号源112耦合，该2×1光纤合束器134的输入端分别与第一激光脉冲选择器131和第二激光脉冲选择器132的输出端连接；
一光纤隔离器135，用于隔离返回的放大光，防止其影响第一、第二信号源111、112的稳定性；
一包层光剥离器141，用于将残余泵浦光导出光纤；
一增益光纤142，用于放大输入的种子信号源，实现脉冲激光的放大输出，该增益光纤142为双包层掺镱光纤，泵浦光在包层，信号光在纤芯中进行放大，该增益光纤142将第一激光脉冲选择器131、第二激光脉冲选择器132、2×1光纤合束器134、光纤隔离器135和包层光剥离器141串接在一起；
一耦合输出镜143，为平面镜，该耦合输出镜143位于泵浦源121的输出光路上，并与输出光路形成一夹角，所述耦合输出镜143的两面都镀有泵浦光976nm的高透膜，朝向腔内的一面镀有1064nm振荡激光的高反膜，所述耦合输出镜143与输出光路形成一夹角，该夹角的角度为100-160度；从增益光纤142中放大后的激光经过输出镜143输出。
一聚焦镜122，其位于耦合输出镜143和泵浦源121之间，所述其中聚焦镜122的曲率为100，两面镀有泵浦光的增透膜。
请参阅图2所示，本发明提供一种同时输出纳秒和皮秒脉冲的光纤激光器，通过控制器和脉冲选择器的控制实现纳秒脉冲和皮秒脉冲单次交替运转输出的脉冲序列，脉冲重复频率为1kHz，脉冲间隔为1ms。
请参阅图3所示，过控制器和脉冲选择器的控制，使得放大后的信号为3个皮秒脉冲串和纳秒脉冲交替出现的激光脉冲序列，脉冲重复频率为1kHz，脉冲间隔为1ms。
请参阅图4所示，过控制器和脉冲选择器的控制，为两个纳秒脉冲的脉冲和皮秒脉冲串交替出现的脉冲序列，脉冲重复频率为1kHz，脉冲间隔为1ms。
本发明的工作过程为：
第一信号源111产生的纳秒脉冲信号分别经过第一激光脉冲选择器131后，产生不同频率的纳秒脉冲信号，第二信号源112产生的皮秒脉冲信号第二激光脉冲选择器132之后，产生不同频率的皮秒脉冲信号或者皮秒串脉冲信号，通过控制器控制两个激光脉冲选择器的触发时间，从而控制纳秒脉冲和皮秒脉冲的时间间隔。脉冲信号经过2×1光纤合束器134经过光纤隔离器135耦合至增益光纤142，泵浦光121经过聚焦镜122反向耦合至增益光纤142进行泵浦，残余泵浦光经过光包层剥离器141剥离出增益光纤，放大后的脉冲光经过反射镜143输出。
同时，本发明不仅仅局限于重复频率为1kHz，也可以是其他脉冲重复频率，同时增益光纤也可以采用其他的掺杂的光纤。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种同时输出纳秒和皮秒脉冲的光纤激光器，包括：
一第一信号源，用于提供纳秒脉冲的种子信号；
一第二信号源，用于提供皮秒脉冲的种子信号；
一泵浦源，用于提供泵浦能量；
一第一激光脉冲选择器，用于选择从第一信号源输出的纳秒脉冲信号，控制其时域序列，该第一激光脉冲选择器的一输入端与第一信号源的输出端连接；
一第二激光脉冲选择器，用于选择从第二信号源输出的皮秒脉冲信号，控制其时域序列，该第二激光脉冲选择器的一输入端与第二信号源的输出端连接；
一控制器，用于控制第一脉冲选择器和第二激光脉冲选择器的触发时间，从而控制两种脉冲信号在时域上的关系，该控制器的输出端分别与第一激光脉冲选择器和第二激光脉冲选择器的另一输入端连接；
一2×1光纤合束器，用于将第一信号源和第二信号源耦合，该2×1光纤合束器的输入端分别与第一激光脉冲选择器和第二激光脉冲选择器的输出端连接；
一光纤隔离器，用于隔离返回的放大光，防止其影响第一、第二信号源的稳定性；
一包层光剥离器，用于将残余泵浦光导出光纤；
一增益光纤，用于放大输入的种子信号源，实现脉冲激光的放大输出，该增益光纤将第一激光脉冲选择器、第二激光脉冲选择器、2×1光纤合束器、光纤隔离器和包层光剥离器串接在一起；
一耦合输出镜，为平面镜，该耦合输出镜位于泵浦源的输出光路上，并与输出光路形成一夹角；
一聚焦镜，其位于耦合输出镜和泵浦源之间；其中，
通过控制器控制第一激光脉冲选择器和第二激光脉冲选择器，使得增益光纤放大输出后的信号是单一的纳秒脉冲信号，或是皮秒脉冲信号，或是同时输出纳秒和皮秒的脉冲信号，并且时域上可控。
2.根据权利要求1所述的同时输出纳秒和皮秒脉冲的光纤激光器，其中所述第一信号源为纳秒脉冲信号源，输出功率为100mW-500mW，脉冲重复频率为1-100KHz，脉冲宽度为10-30ns。
3.根据权利要求1所述的同时输出纳秒和皮秒脉冲的光纤激光器，其中所述第二信号源为皮秒脉冲信号源，输出功率为200-800mW，脉冲重频为50-100MHz，脉冲宽度为1-20ps。
4.根据权利要求1所述的同时输出纳秒和皮秒脉冲的光纤激光器，其中所述泵浦源为光纤耦合的半导体激光器，输出功率为80W，光纤为105/125。
5.根据权利要求1所述的同时输出纳秒和皮秒脉冲的光纤激光器，其中所述耦合输出镜的两面都镀有泵浦光976nm的高透膜，朝向腔内的一面镀有1064nm振荡激光的高反膜。
6.根据权利要求1所述的同时输出纳秒和皮秒脉冲的光纤激光器，其中所述耦合输出镜与输出光路形成一夹角，该夹角的角度为100-160度。
7.根据权利要求1所述的同时输出纳秒和皮秒脉冲的光纤激光器，其中所述其中聚焦镜的曲率为100，两面镀有泵浦光的增透膜。
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