CN106785875A - 脉宽可调的mopa光纤激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种脉宽可调的MOPA光纤激光器，利用程序控制延迟电路调控两个声光调制器的延迟时间，其中第一声光调制器作为线性脉冲调Q光纤激光器的开关器件，调Q光纤激光器输出高功率宽脉冲激光；第二声光调制器作为光开关实现对输出激光脉冲裁剪削波，控制第二声光调制器的延时时间，可获得脉宽可调的激光输出。这样经过双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，获得高功率激光输出，激光脉宽可调，激光器结构简单。

Description

脉宽可调的MOPA光纤激光器
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，具体是涉及一种脉宽可调的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，激光器采用主振荡功率放大(MOPA)结构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，本发明提供一种脉宽可调的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：
一种脉宽可调的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、高反光纤布拉格光栅、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之间的低反光纤布拉格光栅；所述光纤放大器部分为一级放大器或多级放大器，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；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；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，该脉宽可调的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，所述泵浦源工作在连续模式或者脉冲模式。
进一步的，所述光纤放大器部分与所述主振荡器部分之间通过光纤隔离器连接，或者所述主振荡器部分的低反光纤布拉格光栅与第二声光调制器AOM通过光纤隔离器连接。
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，所述合束器为侧泵型合束器、端泵型合束器或波分复用器WDM。
进一步的，所述泵浦源的波长范围为808nm、915nm、940nm、980nm或其他掺杂光纤中激活离子的吸收波长。
进一步的，通过延迟电路调控第二声光调制器驱动延迟时间为1-500ns。
本发明的有益效果是：本发明基于线性腔光纤激光器的基础结构，采用双声光调制器实现了一种脉宽可调的MOPA光纤激光器，利用延迟电路调控两个声光调制器的延迟时间，其中第一声光调制器作为线性脉冲调Q光纤激光器的开关器件，调Q光纤激光器输出高功率宽脉冲激光；第二声光调制器作为光开关实现对输出激光脉冲裁剪削波，控制第二声光调制器的延时时间，可获得脉宽可调的激光输出。这样经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。优选的，引入第二声光调制器，通过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。
附图说明
图1为本发明实施例1脉宽可调的MOPA光纤激光器的结构示意图；
图2为本发明实施例2脉宽可调的MOPA光纤激光器的结构示意图；
图3为本发明实施例3脉宽可调的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，一种脉宽可调的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、高反光纤布拉格光栅15、第一声光调制器AOM 18、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之间的低反光纤布拉格光栅19；所述光纤放大器部分24为一级放大器或多级放大器，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；每级放大器包括放大器泵浦源组241、放大器光纤合束器242和放大器激光增益介质243；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17、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16、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23、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，利用延迟电路调控两个声光调制器的延迟时间，其中第一声光调制器作为线性脉冲调Q光纤激光器的开关器件，调Q光纤激光器输出高功率宽脉冲激光；第二声光调制器作为光开关实现对输出激光脉冲裁剪削波，控制第二声光调制器相对于调Q光纤激光器主振荡器输出激光脉冲的延时时间，可获得脉宽可调的激光输出。这样经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。
优选的，所述光纤放大器部分与所述主振荡器部分之间通过光纤隔离器连接，或者所述主振荡器部分的低反光纤布拉格光栅与第二声光调制器AOM通过光纤隔离器连接。
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所述脉宽可调的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；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；第一、第二声光调制器驱动电路调制各自声光调制器AOM(Q开关)的开闭状态以及开关频率。高反光纤布拉格光栅具有对泵浦光高透、对信号光高反的特性。高反光纤布拉格光栅、激光增益介质(掺杂光纤)、光纤合束器、第一声光调制器以及低反光纤布拉格光栅共同构成线性调Q光纤激光器的光学谐振腔。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，产生的激光由输出光栅(低反光纤布拉格光栅)输出。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。理论上通过改变线性谐振腔的长度输出结构脉冲宽度可以长达毫秒级以上，但500ns以内的脉冲宽度足以满足实际工业应用要求。通过调控延迟电路调节第二声光调制器驱动相对第一声光驱动器延迟1-500ns，输出的激光脉冲经过第二声光调制器后被削波，输出的脉冲宽度变窄。得到的窄脉宽激光经过光纤隔离器后，被后续光纤放大器有效放大，放大的脉冲激光经光纤隔离器输出。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，脉冲宽度可通过程序精确控制。
实施例2
实施例2结构示意图如图2所示，一种脉宽可调的MOPA光纤激光器200，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26、第二泵浦源27、第二光纤合束器28、激光增益介质14、高反光纤布拉格光栅15、延迟电路16、第一声光调制器驱动电路17、第一声光调制器AOM 18、低反光纤布拉格光栅19、第二声光调制器驱动电路20、第二声光调制器AOM 21、光纤隔离器22、器泵浦源驱动电路23、光纤放大器部分24，其中241是放大器泵浦源组，242是放大器光纤合束器，243是放大器激光增益介质、光纤隔离器25。
与实施例1不同的是，实施例2采用的是双向泵浦方式，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。在其他实施例中还可以为反向泵浦。
实施例3
实施例3的结构示意图如图3所示，一种脉宽可调的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、高反光纤布拉格光栅15、延迟电路16、第一声光调制器驱动电路17、第一声光调制器AOM 18、低反光纤布拉格光栅19、第二声光调制器驱动电路20、第二声光调制器AOM 21、光纤隔离器22、一级放大器泵浦源驱动电路23、二级放大器泵浦源驱动电路29、光纤放大器24、其中241是放大器泵浦源组，242是放大器光纤合束器，243是放大器激光增益介质(掺杂光纤)、光纤隔离器25。
与实施例1不同的是，实施案例3的光纤放大器采用两级放大，还可以采用多级放大方式，各放大级之间通过光纤隔离器连接。多级放大有利于得到高信噪比的脉冲信号和更高的激光功率输出。
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等合束器，也可以为端泵型(3+1)×1、(6+1)×1、(18+1)×1等合束器，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，本发明基于线性腔光纤激光器的基础结构，采用双声光调制器实现了一种脉宽可调的MOPA光纤激光器，利用程序控制延迟电路调控两个声光调制器的延迟时间，其中第一声光调制器作为线性脉冲调Q光纤激光器的开关器件，调Q光纤激光器输出高功率宽脉冲激光；第二声光调制器作为光开关实现对输出激光脉冲裁剪削波，控制第二声光调制器的延时时间，可获得脉宽可调的激光输出。这样经过双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，获得高功率激光输出，激光脉宽可调，激光器结构简单。
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 (9)

1.一种脉宽可调的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、高反光纤布拉格光栅、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之间的低反光纤布拉格光栅；所述光纤放大器部分为一级放大器或多级放大器，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；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；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所述的脉宽可调的MOPA光纤激光器，其特征在于：该脉宽可调的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。
3.根据权利要求1所述的脉宽可调的MOPA光纤激光器，其特征在于：所述泵浦源工作在连续模式或者脉冲模式。
4.根据权利要求1所述的脉宽可调的MOPA光纤激光器，其特征在于：所述光纤放大器部分与所述主振荡器部分之间通过光纤隔离器连接，或者所述主振荡器部分的低反光纤布拉格光栅与第二声光调制器AOM通过光纤隔离器连接。
5.根据权利要求1所述的脉宽可调的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。
6.根据权利要求1所述的脉宽可调的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。
7.根据权利要求1所述的脉宽可调的MOPA光纤激光器，其特征在于：所述合束器为侧泵型合束器、端泵型合束器或波分复用器WDM。
8.根据权利要求1所述的脉宽可调的MOPA光纤激光器，其特征在于：所述泵浦源的波长范围为808nm、915nm、940nm、980nm或其他掺杂光纤中激活离子的吸收波长。
9.根据权利要求1所述的脉宽可调的MOPA光纤激光器，其特征在于：通过延迟电路调控第二声光调制器驱动延迟时间为1-500ns。
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