CN106877125A - 一种高稳高重频锁模脉冲光纤激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高稳高重频锁模脉冲光纤激光器，其由激光放大装置、脉冲压窄装置、第一环形器、第二环形器、窄反射谱光纤光栅串、光纤耦合器以及单模光纤组成；所述激光放大装置通过光纤依次连接脉冲压窄装置、第一环形器、单模光纤、光纤耦合器与第二环形器，第二环形器通过光纤再次连接至所述激光放大装置；所述窄反射谱光纤光栅串通过光纤分别连接第一环形器与第二环形器。本发明为全光纤结构，激光器更加紧凑稳定；且本发明中光纤光栅的反射波长间距及数目可调，可控性更强，通过控制光纤光栅串的波长和波长间隔，即可灵活低控制工作波长和脉冲重复频率，可实现极高的脉冲重复频率和极窄的脉冲宽度。

Description

一种高稳高重频锁模脉冲光纤激光器
技术领域
本发明涉及一种光纤激光器，具体是一种高稳高重频锁模脉冲光纤激光器。
背景技术
锁模脉冲激光由于其极窄的脉宽和极高的峰值功率在激光加工及金属表面等离子体激发方面有很强的应用，而高重频锁模激光更是在高精度激光加工领域有着很大的需求。超短脉冲光纤激光器由于腔长的限制，通常都工作在较低的脉冲重复频率(MHz量级)，实现高重频超短脉冲光纤激光器的技术难点在于：如何通过可控的光谱滤波方式，选择出N个稳定的等波长间隔的纵模波长参与锁模，以提高脉冲的重复频率。
目前很多高重频锁模的光纤激光器大多采用在腔内加入光学F-P滤波装置来实现对激光纵模的选择，从而实现锁模脉冲的高次谐波。但由于光学F-P滤波器对反射面平整度及平行度要求极高，因此实现难度大，稳定性低，且难以灵活控制。
光纤光栅器件可以作为窄带宽、低损耗的滤波元件，但由于光纤光栅通常为反射型滤波器件，但在锁模光纤激光器内引入多个光纤光栅滤波器的同时，难以保证所对应多个波长的光程相等，因此导致锁模困难。针对上述问题，现提供一种解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于光纤光栅串的高重复频率光纤被动锁模光纤激光器，全新光路设计中引入多个光纤光栅滤波器，设计了一种等光程光路结构，解决现有技术问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种高稳高重频锁模脉冲光纤激光器，其由激光放大装置、脉冲压窄装置、第一环形器、第二环形器、窄反射谱光纤光栅串、光纤耦合器以及单模光纤组成；所述激光放大装置通过光纤依次连接脉冲压窄装置、第一环形器、单模光纤、光纤耦合器与第二环形器，第二环形器通过光纤再次连接至所述激光放大装置；所述窄反射谱光纤光栅串通过光纤分别连接第一环形器与第二环形器。
所述窄反射谱光纤光栅串由不少于一个的光纤光栅串联构成。
所述激光放大装置为半导体光放大器、基于稀土掺杂光纤的光纤放大结构或基于拉曼效应的拉曼光纤放大结构。
所述脉冲压窄装置为基于非线性偏振旋转效应的脉冲压窄机制或基于非线性光纤环镜的脉冲压窄机制或基于半导体可饱和吸收体的脉冲压窄机制。
所述窄反射谱光纤光栅串中每个光纤光栅的中心反射波长相差激光器纵模间隔或纵模间隔的整数倍。
振荡脉冲经所述激光放大装置得到有效放大形成初试脉冲，再经过脉冲压窄装置被压窄整形，经由第一环形器和窄反射谱光纤光栅串选出若干支纵模继续参与谐振，再经由第二环形器和窄反射谱光纤光栅串反射，对不同纵模进行光程补偿，使得每支纵模运转一周经过的光程相等，使得不同纵模达到稳定的时域干涉以形成稳定的锁模脉冲，得到的锁模脉冲经由光纤耦合器输出。
本发明的有益效果：本发明为全光纤结构，激光器更加紧凑稳定；且本发明中光纤光栅的反射波长间距及数目可调，可控性更强，通过控制光纤光栅串的波长和波长间隔，即可灵活低控制工作波长和脉冲重复频率，可实现极高的脉冲重复频率和极窄的脉冲宽度。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明一种高稳高重频锁模脉冲光纤激光器结构示意图；
图2为实施例中不同纵模运转一周经过的光程示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种高稳高重频锁模脉冲光纤激光器，由激光放大装置4、脉冲压窄装置5、第一环形器1、第二环形器2、窄反射谱光纤光栅串、光纤耦合器6以及单模光纤7组成；激光放大装置4通过光纤依次连接脉冲压窄装置5、第一环形器1、单模光纤7、光纤耦合器6与第二环形器2，第二环形器2通过光纤再次连接至激光放大装置4；窄反射谱光纤光栅串通过光纤分别连接第一环形器1与第二环形器2；
其中，窄反射谱光纤光栅串由不少于一个的光纤光栅3串联构成；窄反射谱光纤光栅串的窄谱反射特性可以由短周期光纤光栅的高次谐波耦合来实现；每个光纤光栅的中心波长通过TEC温控方式或PZT等机械拉伸方式控制；
激光放大装置4可以为半导体光放大器、基于稀土掺杂光纤的光纤放大结构或基于拉曼效应的拉曼光纤放大结构；
脉冲压窄装置5可以为基于非线性偏振旋转效应(NPR)的脉冲压窄机制或基于非线性光纤环镜(NALM)的脉冲压窄机制或基于半导体可饱和吸收体的脉冲压窄机制；
激光沿逆时针方向运转，其单向性由第一环形器1、第二环形器2保证；其中，窄反射谱光纤光栅串中每个光纤光栅的中心反射波长相差激光器纵模间隔或纵模间隔的整数倍；腔内随机振荡脉冲经激光放大装置4得到有效放大形成初试脉冲，再经过脉冲压窄装置5被压窄整形，经由第一环形器1和窄反射谱光纤光栅串选出若干支纵模继续参与谐振，再经由第二环形器2和窄反射谱光纤光栅串反射，对不同纵模进行光程补偿，使得每支纵模运转一周经过的光程相等，从而使得不同纵模可以达到稳定的时域干涉以形成稳定的锁模脉冲，得到的锁模脉冲经由光纤耦合器6输出。
激光器的纵模间隔以及脉冲基频由激光器腔长决定：其中c为光速，n为光纤折射率，L为激光器所有光纤长度之和，光纤光栅串的中心反射波长的间隔决定了脉冲的高次谐波阶数N：其中λ为激光器中心波长，Δλ为光栅串的中心波长间隔，因此通过调节波长间隔和单模光纤长度即可实现脉冲重复频率调节。
如图2所示，以两根窄反射谱光纤光栅为例，阐述了不同纵模运转一周经过的光程相等，其中实线和虚线分别对应光纤光栅1和光纤光栅2反射波长对应的纵模运转一周经过的光程，非反射波长的光在光纤光栅处为全透射，因此其他波长不满足单向运转条件从而没办法继续参与谐振。拓展到光纤光栅串时，则所有纵模运转一周经过的光程相等，且光栅数目可控，光栅间光纤长度无需调节。
相对于使用光学F-P多波长滤波器的传统方案，由于本发明为全光纤结构，因此激光器更加紧凑稳定。且本发明中光纤光栅的反射波长间距及数目可调，因此本发明的可控性更强，通过控制光纤光栅串的波长和波长间隔，即可灵活低控制工作波长和脉冲重复频率，理论上，只要使用足够数量的光纤光栅滤波器，就可实现极高的脉冲重复频率和极窄的脉冲宽度。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.一种高稳高重频锁模脉冲光纤激光器，其特征在于，其由激光放大装置(4)、脉冲压窄装置(5)、第一环形器(1)、第二环形器(2)、窄反射谱光纤光栅串、光纤耦合器(6)以及单模光纤(7)组成；所述激光放大装置(4)通过光纤依次连接脉冲压窄装置(5)、第一环形器(1)、单模光纤(7)、光纤耦合器(6)与第二环形器(2)，第二环形器(2)通过光纤再次连接至所述激光放大装置(4)；所述窄反射谱光纤光栅串通过光纤分别连接第一环形器(1)与第二环形器(2)。
2.根据权利要求1所述的一种高稳高重频锁模脉冲光纤激光器，其特征在于，所述窄反射谱光纤光栅串由不少于一个的光纤光栅(3)串联构成。
3.根据权利要求1所述的一种高稳高重频锁模脉冲光纤激光器，其特征在于，所述激光放大装置(4)为半导体光放大器、基于稀土掺杂光纤的光纤放大结构或基于拉曼效应的拉曼光纤放大结构。
4.根据权利要求1所述的一种高稳高重频锁模脉冲光纤激光器，其特征在于，所述脉冲压窄装置(5)为基于非线性偏振旋转效应的脉冲压窄机制或基于非线性光纤环镜的脉冲压窄机制或基于半导体可饱和吸收体的脉冲压窄机制。
5.根据权利要求1所述的一种高稳高重频锁模脉冲光纤激光器，其特征在于，所述窄反射谱光纤光栅串中每个光纤光栅的中心反射波长相差激光器纵模间隔或纵模间隔的整数倍。
6.根据权利要求1所述的一种高稳高重频锁模脉冲光纤激光器，其特征在于，振荡脉冲经所述激光放大装置(4)得到有效放大形成初试脉冲，再经过脉冲压窄装置(5)被压窄整形，经由第一环形器(1)和窄反射谱光纤光栅串选出若干支纵模继续参与谐振，再经由第二环形器(2)和窄反射谱光纤光栅串反射，对不同纵模进行光程补偿，使得每支纵模运转一周经过的光程相等，使得不同纵模达到稳定的时域干涉以形成稳定的锁模脉冲，得到的锁模脉冲经由光纤耦合器(6)输出。
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