CN108023268B - 一种突发脉冲模式超快激光器及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种突发脉冲模式超快激光器及其工作方法，包括射频源、激光振荡器、光纤耦合的声光/电光调制器、声光/电光调制驱动器、一级主振荡放大器、声光调制器、声光调制驱动器，激光振荡器、光纤耦合的声光/电光调制器、一级主振荡放大器、声光调制器依次沿光路放置；声光/电光调制驱动器连接光纤耦合声光/电光调制器，声光调制驱动器连接声光调制器；光束从具有稳定脉冲重复频率frep的所述激光振荡器，由光纤耦合声光/电光调制器将脉冲重复频率降低为frep/n，再经过一级主振荡放大器放大，最后由声光调制器产生突发脉冲模式。
Description
技术领域
本发明涉及一种突发脉冲模式超快激光器及其工作方法，属于超快激光技术领域。
背景技术
超快激光器是很多工业加工处理、自由电子激光器、电子加速器等领域的关键技术。锁模激光器能够产生超快脉冲，但其输出能量一般在纳焦量级，很难直接应用。实现超快激光实用化，主要需要解决输出功率低的问题。常用的放大技术是主振荡功率放大系统(MOPA)，大多数MOPA设计中存在为实现高效率而引起的增益饱和以及为达到高放大率而需要足够大的增益之间的矛盾。也就是说为了提高输出功率，MOPA要求具有高增益，而高功率又反过来使增益介质出现增益饱和，进一步增加功率变得举步维艰。而且，为了维持长时间的高功率输出，不仅在激光介质出现热量的集聚效应，同时在受体上由于连续脉冲串的作用也会堆积热量，这样的后果是不仅使激光器本身的输出特性发生变化，也会使得受体物质本身的特性发生改变，难以控制，不利于在工业和商业实际应用。
从上述论述中可以得出，目前，超快激光器存在着两个主要问题制约了其在商业和工业的发展：第一、增益介质的增益饱和使激光器的输出功率失去了进一步提升的空间；第二、在运行过程中激光放大介质的热效率以及连续脉冲串带来的热量堆积，使激光的可靠性和稳定性发生变化。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种突发脉冲模式超快激光器；
本发明还提供了上述突发脉冲模式超快激光器的工作方法；
本发明能够调制脉冲频率、突发脉冲内超快脉冲数量、高增益、高稳定性可靠性。
本发明的技术方案为：
一种突发脉冲模式超快激光器，包括射频源、激光振荡器、光纤耦合声光/电光调制器、声光/电光调制驱动器、一级主振荡放大器、声光调制器、声光调制驱动器，所述激光振荡器、所述光纤耦合声光/电光调制器、所述一级主振荡放大器、所述声光调制器依次沿光路放置；所述声光/电光调制驱动器连接所述光纤耦合声光/电光调制器，所述声光调制驱动器连接所述声光调制器；
所述一级主振荡放大器包括放置在所述光纤耦合声光/电光调制器后面的、沿光路依次放置的半波片、第一法拉第隔离器、第一激光二极管、第一激光增益晶体；
所述第一激光增益晶体为Nd:YVO4晶体。
所述射频源产生突发脉冲时间信号；还用于产生标准脉冲重复频率信号frep，通过和激光振荡器输出的光电信号比对，控制反馈电路，通过所述激光振荡器配合将激光振荡器的脉冲重复频率稳定在frep；
所述激光振荡器产生脉冲重复频率为frep的超快脉冲，该光束作为所述光纤耦合声光/电光调制器的种子源；同时，一小部分光束与所述射频源产生的标准脉冲重复频率信号比对，实现所述激光振荡器脉冲重复频率frep的稳定；
一般情况下，锁模脉冲激光器的脉冲重复频率frep较高，在几十MHz到GHz之间，所述光纤耦合声光/电光调制器进一步降低脉冲重复频率到frep/n，n为任意正整数，n由用户调节；同时，经过所述光纤耦合声光/电光调制器后的所述突发脉冲模式超快激光器的输出功率也降低到原来的1/n；
所述一级主振荡放大器将较小的种子源功率进一步放大到数W甚至数十W，主要取决于泵浦光功率的大小。
所述声光调制器产生衍射光，该衍射光由突发脉冲时间信号触发所述声光调制驱动器产生，当没有突发脉冲时间信号触发时，该衍射光被阻断(衍射光由光阻隔器阻断)，当有突发脉冲时间信号触发时，其零级衍射光没有改变光路，仍然被阻断，其一级衍射光具有突发脉冲模式。但是由于声光调制器的性能限制，突发脉冲的占空比在10％以下。由此，输出光的功率降低到一级主振荡放大器输出功率的10％以下。
光束从具有稳定脉冲重复频率frep的所述激光振荡器，由光纤耦合声光/电光调制器将脉冲重复频率降低为frep/n，再经过一级主振荡放大器放大，最后由声光调制器产生突发脉冲模式。
根据本发明优选的，所述突发脉冲模式超快激光器还包括二级主振荡放大器，所述二级主振荡放大器包括放置在声光调制器后面的、沿光路依次放置的第二法拉第隔离器、第二激光二极管、第二激光增益晶体；所述第二激光增益晶体为Nd:YVO4晶体。
鉴于突发脉冲模式的光功率较低，一般只有一级主振荡放大器输出功率的1％，为进一步提高输出功率和输出能量，可建立二级主振荡放大器进行进一步放大，二级主振荡放大器的结构和一级主振荡放大器的结构一致。
在经过声光/电光调制器产生突发脉冲模式之后，为将输出能量提高至微焦量级或毫焦量级，可经过二级主振荡放大器放大。
根据本发明优选的，所述突发脉冲模式超快激光器还包括一级啁啾放大器、二级啁啾放大器，所述一级啁啾放大器设置在所述激光振荡器与所述光纤耦合声光/电光调制器之间；所述二级啁啾放大器设置在所述光纤耦合声光/电光调制器与所述一级主振荡放大器之间。
当所述突发脉冲模式超快激光器输出功率远不大于10mW时，通过所述一级啁啾放大器放大，提高光纤耦合声光/电光调制器的输出功率和信噪比；
当n>10时，通过所述二级啁啾放大器放大，将所述突发脉冲模式超快激光器输出功率进行放大。
考虑到自发辐射放大效应(ASE)，考虑到激光振荡器的输出功率在10mW量级，为提高光纤耦合声光/电光调制器的输出功率和信噪比，可通过一级啁啾放大器放大。当突发脉冲模式超快激光器输出功率远大于10mW时，可以不用打开一级啁啾放大器。
鉴于光纤耦合声光/电光调制器降低脉冲重复频率的同时，也将光功率进一步降低到激光振荡器的1/n(n为任意正整数)，当n>10时，因此有必要将激光输出功率进行放大。二级啁啾放大器的结构基本和一级啁啾放大器的结构一致，其光纤长度，泵浦电流可能有所不同。
当具有稳定脉冲重复频率frep的超快锁模激光振荡器的输出功率较低时，由于会降低光纤耦合声光/电光调制器的信噪比，因此可以经过一级啁啾放大器放大。当经过脉冲重复频率frep/n的光纤耦合声光/电光调制器的输出功率较低时，需要二级啁啾放大器放大。
根据本发明优选的，所述一级啁啾放大器包括第三激光二极管、第一带通滤波器、第一保偏波分复用器、第一掺镱保偏光纤、第一保偏隔离器、第一保偏耦合器；
所述第一带通滤波器连接所述激光振荡器，所述第三激光二极管、所述第一带通滤波器均连接所述第一保偏波分复用器，所述第一保偏波分复用器、所述第一掺镱保偏光纤、所述第一保偏隔离器、所述第一保偏耦合器依次沿光路连接；所述保偏耦合器连接所述光纤耦合声光/电光调制器；
光从所述激光振荡器输出，经所述第一带通滤波器连接到所述第一保偏波分复用器作为种子源，入射到所述第一掺镱保偏光纤，泵浦光由所述第三激光二极管发出，经所述第一保偏波分复用器耦合到所述第一掺镱保偏光纤中，在所述第一掺镱保偏光纤，种子源得到增益和放大。
为防止放大后的超快激光背向发射破坏第三激光二极管，在第一掺镱保偏光纤后连接到带有一定单模保偏光纤的第一保偏隔离器，为了监测其输出功率和光谱信号，在第一保偏隔离器后连接第一保偏耦合器耦合输出小部分光信号。通过监测第一保偏耦合器的输出信号，可以适当调节第三激光二极管的泵浦电流，以减少三阶非线性效应，并获得较高输出功率。
考虑到光纤锁模激光器的输出功率Pout约为数十mW，因此，在激光振荡器之后加上一级啁啾放大器，其输出特点是既要实现激光输出功率的放大，又不能引入太多的自发辐射放大(ASE)和自相位调制(SPM)，因为在增益光纤中1030nm的受激发射界面大于1064nm的受激发射界面，也就是说1030nm更容易得到放大，同时由于光纤具有很强的三阶非线性，在高功率下较容易发生自相位调制，因此，要求泵浦功能不能太高或太低，需要在一个合理的范围。
根据本发明优选的，所述二级啁啾放大器包括依次沿光路连接的第四激光二极管、第二保偏波分复用器、第二掺镱保偏光纤、第一光纤准直器；所述光纤耦合声光/电光调制器连接所述第二保偏波分复用器，所述第一光纤准直器连接所述一级主振荡放大器；
种子光从所述光纤耦合声光/电光调制器输出到所述第二保偏波分复用器作为种子源，入射到所述第二掺镱保偏光纤，泵浦光由第四激光二极管发出，经第二保偏波分复用器耦合到第二掺镱保偏光纤中，在所述第二掺镱保偏光纤种子源得到增益和放大，放大后的超快激光经过所述第一光纤准直器输出。
根据本发明优选的，所述激光振荡器包括第五激光二极管、第三保偏波分复用器、第二保偏隔离器、第二保偏耦合器、保偏光纤啁啾布拉格光栅、第三掺镱保偏光纤、第二光纤准直器、第二带通滤波器、起偏器、第一透镜、饱和吸收体、两个压电陶瓷；两个所述压电陶瓷包括低频响应压电陶瓷、高频响应压电陶瓷；
所述第五激光二极管、所述第三保偏波分复用器、所述第二保偏隔离器、所述第二保偏耦合器、所述保偏光纤啁啾布拉格光栅、所述一级啁啾放大器依次连接；
所述第三保偏波分复用器、所述第三掺镱保偏光纤、所述第二光纤准直器、所述低频响应压电陶瓷、所述第二带通滤波器、所述起偏器、所述第一透镜、所述高频响应压电陶瓷、所述饱和吸收体依次连接；所述第二光纤准直器固定设置在具有所述低频响应压电陶瓷的底座上，所述饱和吸收体固定设置在所述高频响应压电陶瓷上；
超快激光在所述保偏光纤啁啾布拉格光栅、所述第三掺镱保偏光纤、所述第二光纤准直器、所述第二带通滤波器、所述起偏器、所述第一透镜、所述饱和吸收体之间振荡，所述第二带通滤波器将增益带宽限制在1064nm，所述饱和吸收体实现锁模，超快激光由所述保偏光纤啁啾布拉格光栅耦合输出经所述第三保偏波分复用器，所述第二保偏隔离器和所述第二保偏耦合器连接到所述第一带通滤波器，第二保偏耦合器耦合输出一部分光，经过光电变换和射频源标准信号比对，通过反馈电路调节所述低频响应压电陶瓷和所述高频响应压电陶瓷，将激光器的脉冲重复频率稳定在frep。
根据本发明优选的，所述激光振荡器设置在密闭空间内，所述密闭空间由热电控制器TEC控制在固定的温度。
为进一步减小自由空间和光纤温度变化引起的光程变化，将激光振荡器置于密闭空间内，该密闭空间的温度由一热电控制器TEC控制在固定的温度，以帮助实现激光器的脉冲重复频率稳定在frep。具有温度控制系统的激光振荡器，有助于进一步稳定输出脉冲重复频率。
本发明需要专门设计保偏光纤啁啾布拉格光栅，根据具体的脉冲重复频率所对应的激光腔长，通过改变保偏光纤啁啾布拉格光栅的设计参数，使激光振荡器工作在正常色散区。此激光振荡器和射频源同步，并通过两个压电陶瓷实现激光脉冲重复频率的稳定。当激光输出能量较低，不利用光纤耦合声光/电光调制器工作时，需要在激光振荡器之后增加一级啁啾放大器，实现信号的放大。当脉冲重复频率降低到原来的整数分之一时，需要二级啁啾放大器。鉴于Nd:YVO4晶体仅能支持ps脉冲，故无必要将脉冲宽度压缩到fs量级。将此种子注入到一级主振荡放大器之后，可以获得大于约30dB的增益。然后，通过声光调制器，可以获得高脉冲能量的突发脉冲模式，而且通过信号发生器的调控，可以实现输出脉冲形状的改变。最后，由准连续激光二极管泵浦的二级主振荡放大器将脉冲能量进一步放大。值得说明的是，当激光振荡器输出功率较大时，可能不需要一级啁啾放大器、二级啁啾放大器，同时在输出功率或能量要求不大时，二级主振荡放大器也不是必需的。这不妨碍本发明的突发脉冲模式超快激光器的调制和实现。
上述突发脉冲模式超快激光器的工作方法，包括：
(1)调节所述激光振荡器实现1064nm锁模脉冲激光输出，并将之与射频源同步；
(2)将步骤(1)产生的1064nm锁模脉冲激光中的大部分激光直接通过所述光纤耦合声光/电光调制器，所述光纤耦合声光/电光调制器驱动器与所述射频源同步，通过设置所述光纤耦合声光/电光调制器驱动器的输出，将1064nm锁模脉冲激光的脉冲重复频率frep调节为frep/n；n为任意正整数；
(3)将步骤(2)产生的1064nm锁模脉冲激光经过所述一级主振荡放大器，利用所述一级主振荡放大器的高增益特性将激光输出功率由100mW量级放大到XW，X的取值范围为0-99；
(4)将步骤(3)产生的1064nm锁模脉冲激光进入与激光脉冲重复频率同步的所述声光调制器产生突发脉冲模式。
根据本发明优选的，所述步骤(1)，调节所述激光振荡器实现1064nm锁模脉冲激光输出，并将之与射频源同步，包括：超快激光由所述保偏光纤啁啾布拉格光栅耦合，输出经所述第三保偏波分复用器、所述第二保偏隔离器、所述第二保偏耦合器连接到所述第一带通滤波器；所述第二保偏耦合器耦合输出一部分光，经过光电变换与所述射频源产生的标准信号比对，通过反馈电路调节所述低频响应压电陶瓷和所述高频响应压电陶瓷(饱和吸收体固定在高频响应压电陶瓷上，可以调节数十kHz的范围，光纤准直器固定在低频响应压电陶瓷上，可以调节0-2kHz范围)，将激光器的脉冲重复频率稳定在frep。由于激光器的脉冲重复频率和射频源标准信号同步锁定，时域上脉冲信号与脉冲信号的时间抖动在50fs左右。
根据本发明优选的，所述步骤(2)之前，执行以下步骤：
A、激光从所述激光振荡器输出，经所述第一带通滤波器连接到所述第一保偏波分复用器作为种子源，入射到所述第一掺镱保偏光纤；
B、泵浦光由所述第三激光二极管发出，经所述第一保偏波分复用器耦合到所述第一掺镱保偏光纤中；
C、在所述第一掺镱保偏光纤，种子源得到增益和放大；为防止放大后的超快激光背向发射破坏第三激光二极管，在第一掺镱保偏光纤后连接到带有一定单模保偏光纤的第一保偏隔离器；
D、所述第一保偏耦合器耦合输出小部分光信号，监测激光的输出功率和光谱信号，调节第三激光二极管的泵浦电流，减少三阶非线性效应，获得较高输出功率。
根据本发明优选的，所述步骤(2)之后，执行以下步骤：
E、种子光从所述光纤耦合声光/电光调制器输出到所述第二保偏波分复用器作为种子源，种子源的光在几百微瓦，入射到所述第二掺镱保偏光纤；
F、泵浦光由第四激光二极管发出，经第二保偏波分复用器耦合到第二掺镱保偏光纤中；
G、在所述第二掺镱保偏光纤种子源得到增益和放大，放大后的超快激光经过所述第一光纤准直器输出。其输出功率可以到几十mW。
考虑到激光经过同步声光或电光调制器件后，其输出功率下降到至多为原来的1/n，当输出功率特别小时，如果直接输入到主振荡放大器Nd:YVO4MOPA中，需放大信号由于信噪比较低，很容易淹没在噪声中，对时间输出特性有一定影响。故激光先经过二级啁啾放大器，其要求是信噪比高，信号得到有效放大。
根据本发明优选的，所述步骤(3)之后，执行以下步骤：通过所述二级主振荡放大器对输出功率进一步放大。
将突发脉冲模式激光器通过准连续泵浦的二级主振荡放大器Nd:YVO4MOPA中，其输出能量会提高到100μJ到数mJ，峰值功率在MW—GW，对工业应用特别是控制热量堆积的情况有明显的改善。
本发明的有益效果为：
1、本发明使用Nd:YVO4晶体作为激光增益介质，解决了激光增益饱和的问题。本发明选用保偏光纤超快激光器，配合了Nd:YVO4晶体，充分利用种子源，获得了高增益和高功率输出。
2、本发明选择准连续泵浦和突发脉冲模式的结合，解决了热量堆积的问题。
3、本发明使用由射频源标准信号触发的声光/电光调制驱动器驱动的光纤耦合声光/电光调制器，可以实现由用户设定的脉冲重复频率的抽样数n，将激光的脉冲重复频率降低为用户可控的frep/n。
4、本发明采用声光调制器实现了突发脉冲魔术超快激光的输出，并由Nd:YVO4晶体MOPA实现输出功率和输出能量的放大。
5.本发明使用保偏掺镱光纤作为增益介质，利用半导体饱和吸收体在线性腔中实现1064nm皮秒激光输出。
6.本发明所使用的Nd:YVO4和掺镱光纤激光工作物质增益高，带宽大，泵浦光源市场成熟，经济成本低，可创造巨大经济效益。
附图说明
图1为本发明突发脉冲模式超快激光器电路控制系统简图。
图2为本发明突发脉冲模式超快激光器光路简图。
图3为本发明激光振荡器、一级啁啾放大器、二级啁啾放大器的输出光谱示意图；
图4为本发明二级啁啾放大器的自相关信号强度曲线示意图；
图5为本发明一级主振荡放大器和二级主振荡放大器的输出光谱示意图；
图6为本发明一级主振荡放大器的自相关信号强度曲线；
图7为本发明二级主振荡放大器的自相关信号强度曲线；
图8为本发明一级主振荡放大器和二级主振荡放大器输出能量示意图；
图9为本发明二级主振荡放大器输出突发脉冲模式示意图；
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。
实施例1
一种突发脉冲模式超快激光器，如图1所示，包括射频源、激光振荡器、光纤耦合声光/电光调制器、声光/电光调制驱动器、一级主振荡放大器、声光调制器、声光调制驱动器，激光振荡器、光纤耦合声光/电光调制器、一级主振荡放大器、声光调制器依次沿光路放置；声光/电光调制驱动器连接光纤耦合声光/电光调制器，声光调制驱动器连接声光调制器；
一级主振荡放大器包括放置在光纤耦合声光/电光调制器后面的、沿光路依次放置的半波片、第一法拉第隔离器、第一激光二极管、第一激光增益晶体；第一激光增益晶体为Nd:YVO4晶体。
Nd:YVO4晶体具有受激辐射横截面积大、增益带宽高等优点，而且其输出激光具有偏振特性，其与其它激光晶体的性能比较见表1，表1中对Nd:YVO4晶体、Nd:GdVO4晶体、Nd:YAG晶体、主要光学性能进行的比较。
表1
| 晶体 | Nd:YVO4 | Nd:YAG | Nd:GdVO4 |
| 808nm吸收横截面积 | 60×10-20cm2 | 7.7×10-20cm2 | 49×10-20cm2 |
| 1064nm受激辐射横截面积 | 114×10-20cm2 | 28×10-20cm2 | 76×10-20cm2 |
| 增益带宽 | 1nm | 0.45nm | -- |
由表1可知，Nd:YVO4晶体在同等条件下增益最大，也就是Nd:YVO4激光晶体最不容易达到增益饱和。
射频源产生突发脉冲时间信号，以作为光纤耦合声光/电光调制器、激光二极管驱动电路的触发信号，作为时间上的参考；还用于产生标准脉冲重复频率信号frep，通过和激光振荡器输出的光电信号比对，控制反馈电路，通过激光振荡器配合低频响应压电陶瓷和高频响应压电陶瓷相互配合将激光振荡器的脉冲重复频率稳定在frep；
激光振荡器产生脉冲重复频率为frep的超快脉冲，该光束作为一级啁啾放大器和光纤耦合声光/电光调制器的种子源；同时，一小部分光束从第二保偏耦合器耦合输出，连接光电信号转换器件，与射频源产生的标准脉冲重复频率信号比对，实现激光振荡器脉冲重复频率frep的稳定；
一般情况下，锁模脉冲激光器的脉冲重复频率frep较高，在几十MHz到GHz之间，光纤耦合声光/电光调制器进一步降低脉冲重复频率到frep/n，n为任意正整数，n由用户调节；同时，经过光纤耦合声光/电光调制器后的突发脉冲模式超快激光器的输出功率也降低到原来的1/n；一级主振荡放大器将较小的种子源功率进一步放大到数W甚至数十W，主要取决于泵浦光功率的大小。
声光调制器产生衍射光，该衍射光由突发脉冲时间信号触发声光调制驱动器产生，当没有突发脉冲时间信号触发时，该衍射光被阻断(衍射光由光阻隔器阻断)，当有突发脉冲时间信号触发时，其零级衍射光没有改变光路，仍然被阻断，其一级衍射光具有突发脉冲模式。但是由于声光调制器的性能限制，突发脉冲的占空比在10％以下。由此，输出光的功率降低到一级主振荡放大器输出功率的10％以下。光束从具有稳定脉冲重复频率frep的激光振荡器，由光纤耦合声光/电光调制器将脉冲重复频率降低为frep/n，再经过一级主振荡放大器放大，最后由声光调制器产生突发脉冲模式。
激光振荡器包括第五激光二极管、第三保偏波分复用器、第二保偏隔离器、第二保偏耦合器、保偏光纤啁啾布拉格光栅、第三掺镱保偏光纤、第二光纤准直器、第二带通滤波器、起偏器、第一透镜、饱和吸收体、两个压电陶瓷；两个压电陶瓷包括低频响应压电陶瓷、高频响应压电陶瓷；
第五激光二极管、第三保偏波分复用器、第二保偏隔离器、第二保偏耦合器、保偏光纤啁啾布拉格光栅、一级啁啾放大器依次连接；
第三保偏波分复用器、第三掺镱保偏光纤、第二光纤准直器、低频响应压电陶瓷、第二带通滤波器、起偏器、第一透镜、高频响应压电陶瓷、饱和吸收体依次连接；第二光纤准直器固定设置在具有低频响应压电陶瓷的底座上，饱和吸收体固定设置在高频响应压电陶瓷上；
超快激光在保偏光纤啁啾布拉格光栅、第三掺镱保偏光纤、第二光纤准直器、第二带通滤波器、起偏器、第一透镜、饱和吸收体之间振荡，第二带通滤波器将增益带宽限制在1064nm，饱和吸收体实现锁模，超快激光由保偏光纤啁啾布拉格光栅耦合输出经第三保偏波分复用器，第二保偏隔离器和第二保偏耦合器连接到第一带通滤波器，第二保偏耦合器耦合输出一部分光，经过光电变换和射频源标准信号比对，通过反馈电路调节低频响应压电陶瓷和高频响应压电陶瓷，将激光器的脉冲重复频率稳定在frep。
激光振荡器设置在密闭空间内，密闭空间由热电控制器TEC控制在固定的温度。
为进一步减小自由空间和光纤温度变化引起的光程变化，将激光振荡器置于密闭空间内，该密闭空间的温度由一热电控制器TEC控制在固定的温度，以帮助实现激光器的脉冲重复频率稳定在frep。具有温度控制系统的激光振荡器，有助于进一步稳定输出脉冲重复频率。
本发明需要专门设计保偏光纤啁啾布拉格光栅，根据具体的脉冲重复频率所对应的激光腔长，通过改变保偏光纤啁啾布拉格光栅的设计参数，使激光振荡器工作在正常色散区。此激光振荡器和射频源同步，并通过两个压电陶瓷实现激光脉冲重复频率的稳定。当激光输出能量较低，不利用光纤耦合声光/电光调制器工作时，需要在激光振荡器之后增加一级啁啾放大器，实现信号的放大。当脉冲重复频率降低到原来的整数分之一时，需要二级啁啾放大器。鉴于Nd:YVO4晶体仅能支持ps脉冲，故无必要将脉冲宽度压缩到fs量级。将此种子注入到一级主振荡放大器之后，可以获得大于约30dB的增益。然后，通过声光调制器，可以获得高脉冲能量的突发脉冲模式，而且通过信号发生器的调控，可以实现输出脉冲形状的改变。最后，由准连续激光二极管泵浦的二级主振荡放大器将脉冲能量进一步放大。值得说明的是，当激光振荡器输出功率较大时，可能不需要一级啁啾放大器、二级啁啾放大器，同时在输出功率或能量要求不大时，二级主振荡放大器也不是必需的。这不妨碍本发明的突发脉冲模式超快激光器的调制和实现。
实施例2
根据实施例1所述的一种突发脉冲模式超快激光器，其区别在于，
突发脉冲模式超快激光器还包括二级主振荡放大器，二级主振荡放大器包括放置在声光调制器后面的、沿光路依次放置的第二法拉第隔离器、第二激光二极管、第二激光增益晶体；第二激光增益晶体为Nd:YVO4晶体。
鉴于突发脉冲模式的光功率较低，一般只有一级主振荡放大器输出功率的1％，为进一步提高输出功率和输出能量，可建立二级主振荡放大器进行进一步放大，二级主振荡放大器的结构和一级主振荡放大器的结构一致。
在经过声光/电光调制器产生突发脉冲模式之后，为将输出能量提高至微焦量级或毫焦量级，可经过二级主振荡放大器放大。
实施例3
根据实施例1或2所述的一种突发脉冲模式超快激光器，如图2所示，其区别在于，
突发脉冲模式超快激光器还包括一级啁啾放大器、二级啁啾放大器，一级啁啾放大器设置在激光振荡器与光纤耦合声光/电光调制器之间；二级啁啾放大器设置在光纤耦合声光/电光调制器与一级主振荡放大器之间。
当突发脉冲模式超快激光器输出功率远不大于10mW时，通过一级啁啾放大器放大，提高光纤耦合声光/电光调制器的输出功率和信噪比；当n>10时，通过二级啁啾放大器放大，将突发脉冲模式超快激光器输出功率进行放大。
考虑到自发辐射放大效应(ASE)，考虑到激光振荡器的输出功率在10mW量级，为提高光纤耦合声光/电光调制器的输出功率和信噪比，可通过一级啁啾放大器放大。当突发脉冲模式超快激光器输出功率远大于10mW时，可以不用打开一级啁啾放大器。
鉴于光纤耦合声光/电光调制器降低脉冲重复频率的同时，也将光功率进一步降低到激光振荡器的1/n(n为任意正整数)，当n>10时，因此有必要将激光输出功率进行放大。二级啁啾放大器的结构基本和一级啁啾放大器的结构一致，其光纤长度，泵浦电流可能有所不同。
当具有稳定脉冲重复频率frep的超快锁模激光振荡器的输出功率较低时，由于会降低光纤耦合声光/电光调制器的信噪比，因此可以经过一级啁啾放大器放大。当经过脉冲重复频率frep/n的光纤耦合声光/电光调制器的输出功率较低时，需要二级啁啾放大器放大。
一级啁啾放大器包括第三激光二极管、第一带通滤波器、第一保偏波分复用器、第一掺镱保偏光纤、第一保偏隔离器、第一保偏耦合器；
第一带通滤波器连接激光振荡器，第三激光二极管、第一带通滤波器均连接第一保偏波分复用器，第一保偏波分复用器、第一掺镱保偏光纤、第一保偏隔离器、第一保偏耦合器依次沿光路连接；保偏耦合器连接光纤耦合声光/电光调制器；
光从激光振荡器输出，经第一带通滤波器连接到第一保偏波分复用器作为种子源，入射到第一掺镱保偏光纤，泵浦光由第三激光二极管发出，经第一保偏波分复用器耦合到第一掺镱保偏光纤中，在第一掺镱保偏光纤，种子源得到增益和放大。
为防止放大后的超快激光背向发射破坏第三激光二极管，在第一掺镱保偏光纤后连接到带有一定单模保偏光纤的第一保偏隔离器，为了监测其输出功率和光谱信号，在第一保偏隔离器后连接第一保偏耦合器耦合输出小部分光信号。通过监测第一保偏耦合器的输出信号，可以适当调节第三激光二极管的泵浦电流，以减少三阶非线性效应，并获得较高输出功率。
考虑到光纤锁模激光器的输出功率Pout约为数十mW，因此，在激光振荡器之后加上一级啁啾放大器，其输出特点是既要实现激光输出功率的放大，又不能引入太多的自发辐射放大(ASE)和自相位调制(SPM)，因为在增益光纤中1030nm的受激发射界面大于1064nm的受激发射界面，也就是说1030nm更容易得到放大，同时由于光纤具有很强的三阶非线性，在高功率下较容易发生自相位调制，因此，要求泵浦功能不能太高或太低，需要在一个合理的范围。
二级啁啾放大器包括依次沿光路连接的第四激光二极管、第二保偏波分复用器、第二掺镱保偏光纤、第一光纤准直器；光纤耦合声光/电光调制器连接第二保偏波分复用器，第一光纤准直器连接一级主振荡放大器；
种子光从光纤耦合声光/电光调制器输出到第二保偏波分复用器作为种子源，入射到第二掺镱保偏光纤，泵浦光由第四激光二极管发出，经第二保偏波分复用器耦合到第二掺镱保偏光纤中，在第二掺镱保偏光纤种子源得到增益和放大，放大后的超快激光经过第一光纤准直器输出。
实施例4
实施例1所述突发脉冲模式超快激光器的工作方法，包括：
(1)调节激光振荡器实现1064nm锁模脉冲激光输出，并将之与射频源同步；包括：超快激光由保偏光纤啁啾布拉格光栅耦合，输出经第三保偏波分复用器、第二保偏隔离器、第二保偏耦合器连接到第一带通滤波器；第二保偏耦合器耦合输出一部分光，经过光电变换与射频源产生的标准信号比对，通过反馈电路调节低频响应压电陶瓷和高频响应压电陶瓷(饱和吸收体固定在高频响应压电陶瓷上，可以调节数十kHz的范围，光纤准直器固定在低频响应压电陶瓷上，可以调节0-2kHz范围)，将激光器的脉冲重复频率稳定在frep。由于激光器的脉冲重复频率和射频源标准信号同步锁定，时域上脉冲信号与脉冲信号的时间抖动在50fs左右。
(2)将步骤(1)产生的1064nm锁模脉冲激光中的大部分激光直接通过光纤耦合声光/电光调制器，光纤耦合声光/电光调制器驱动器与射频源同步，通过设置光纤耦合声光/电光调制器驱动器的输出，将1064nm锁模脉冲激光的脉冲重复频率frep调节为frep/n；n为任意正整数；
(3)将步骤(2)产生的1064nm锁模脉冲激光经过一级主振荡放大器，利用一级主振荡放大器的高增益特性将激光输出功率由100mW量级放大到XW，X的取值范围为0-99；
(4)将步骤(3)产生的1064nm锁模脉冲激光进入与激光脉冲重复频率同步的声光调制器产生突发脉冲模式。
实施例5
实施例3所述突发脉冲模式超快激光器的工作方法，包括：
(1)调节激光振荡器实现1064nm锁模脉冲激光输出，并将之与射频源同步；包括：超快激光由保偏光纤啁啾布拉格光栅耦合，输出经第三保偏波分复用器、第二保偏隔离器、第二保偏耦合器连接到第一带通滤波器；第二保偏耦合器耦合输出一部分光，经过光电变换与射频源产生的标准信号比对，通过反馈电路调节低频响应压电陶瓷和高频响应压电陶瓷(饱和吸收体固定在高频响应压电陶瓷上，可以调节数十kHz的范围，光纤准直器固定在低频响应压电陶瓷上，可以调节0-2kHz范围)，将激光器的脉冲重复频率稳定在frep。由于激光器的脉冲重复频率和射频源标准信号同步锁定，时域上脉冲信号与脉冲信号的时间抖动在50fs左右。
(2)通过一级啁啾放大器放大输出功率，包括：
A、激光从激光振荡器输出，经第一带通滤波器连接到第一保偏波分复用器作为种子源，入射到第一掺镱保偏光纤；
B、泵浦光由第三激光二极管发出，经第一保偏波分复用器耦合到第一掺镱保偏光纤中；
C、在第一掺镱保偏光纤，种子源得到增益和放大；为防止放大后的超快激光背向发射破坏第三激光二极管，在第一掺镱保偏光纤后连接到带有一定单模保偏光纤的第一保偏隔离器；
D、第一保偏耦合器耦合输出小部分光信号，监测激光的输出功率和光谱信号，调节第三激光二极管的泵浦电流，减少三阶非线性效应，获得较高输出功率。
(3)将步骤(2)产生的1064nm锁模脉冲激光中的大部分激光直接通过光纤耦合声光/电光调制器，光纤耦合声光/电光调制器驱动器与射频源同步，通过设置光纤耦合声光/电光调制器驱动器的输出，将1064nm锁模脉冲激光的脉冲重复频率frep调节为frep/n；n为任意正整数；
(4)通过二级啁啾放大器放大输出功率，包括：
E、种子光从光纤耦合声光/电光调制器输出到第二保偏波分复用器作为种子源，种子源的光在几百微瓦，入射到第二掺镱保偏光纤；
F、泵浦光由第四激光二极管发出，经第二保偏波分复用器耦合到第二掺镱保偏光纤中；
G、在第二掺镱保偏光纤种子源得到增益和放大，放大后的超快激光经过第一光纤准直器输出。其输出功率可以到几十mW。
激光振荡器、一级啁啾放大器、二级啁啾放大器的输出光谱如图3所示；图3中，虚线方框是Nd:YVO4的增益带宽，从中可以看出，从二级啁啾放大器输出的光谱在Nd:YVO4的增益带宽处有个非常明显的发射峰，十分适合作为Nd:YVO4主振荡放大器的种子源。
二级啁啾放大器的自相关信号强度曲线如图4所示，采用双曲正切曲线拟合，其脉冲宽度在3.24皮秒。
一级主振荡放大器和二级主振荡放大器的输出光谱如图5所示，一级主振荡放大器和二级主振荡放大器的输出脉冲宽度在10皮秒以内。一级主振荡放大器和二级主振荡放大器输出能量如图8所示；在一级主振荡放大器泵浦电流为60A的时候，二级主振荡放大器的输出能量在140A的泵浦电流下可以输出到100微焦以上，在200A的泵浦电流下可以输出>160微焦。二级主振荡放大器输出突发脉冲模式如图9所示；突发脉冲模式下的超快脉冲信号基本上一致，其突发脉冲模式下的个数是60，脉冲重复频率为1.1MHz。
一级主振荡放大器的自相关信号强度曲线如图6所示，采用双曲正切曲线拟合，其脉冲宽度在7.55皮秒；
二级主振荡放大器的自相关信号强度曲线如图7所示；采用双曲正切曲线拟合，其脉冲宽度在9.06皮秒；
考虑到激光经过同步声光或电光调制器件后，其输出功率下降到至多为原来的1/n，当输出功率特别小时，如果直接输入到主振荡放大器Nd:YVO4MOPA中，需放大信号由于信噪比较低，很容易淹没在噪声中，对时间输出特性有一定影响。故激光先经过二级啁啾放大器，其要求是信噪比高，信号得到有效放大。
(5)将步骤(2)产生的1064nm锁模脉冲激光经过一级主振荡放大器，利用一级主振荡放大器的高增益特性将激光输出功率由100mW量级放大到XW，X的取值范围为0-99；
(6)通过二级主振荡放大器对输出功率进一步放大。将突发脉冲模式激光器通过准连续泵浦的二级主振荡放大器Nd:YVO4MOPA中，其输出能量会提高到100μJ到数mJ，峰值功率在MW—GW，对工业应用特别是控制热量堆积的情况有明显的改善。
(7)将步骤(6)产生的1064nm锁模脉冲激光进入与激光脉冲重复频率同步的声光调制器产生突发脉冲模式。
本实施例所使用的Nd:YVO4和掺镱光纤激光工作物质增益高，带宽大，泵浦光源市场成熟，经济成本低，可创造巨大经济效益。表2为目前市场高功率/能量超快激光器性能成本与本发明对比表；
表2
| 目前市场产品 | AMPHOS | AmplitueSystemes | Time-Bandwidth | 本发明 |
| 输出功率 | >400W | 50W | 50W | >200W |
| 最高输出脉冲能量 | >300μJ | 0.5μJ@4.5MHz | <10μJ@1MHz | >150μJ |
| 脉宽 | <1ps…>5ps | 3ps or 20ps | 10ps | ～8ps |
| 脉冲重复频率 | 1.4MHz…20MHz | 4.5MHz | 200kHz…8MHz | 1to 20MHz |
| 市场价 | ～600万元人民币 | ～400万元人民币 | ～250万元人民币 | -- |
Claims (9)
1.一种突发脉冲模式超快激光器，其特征在于，包括射频源、激光振荡器、光纤耦合声光/电光调制器、声光/电光调制驱动器、一级主振荡放大器、声光调制器、声光调制驱动器，所述激光振荡器、所述光纤耦合声光/电光调制器、所述一级主振荡放大器、所述声光调制器依次沿光路放置；所述声光/电光调制驱动器连接所述光纤耦合声光/电光调制器，所述声光调制驱动器连接所述声光调制器；
所述一级主振荡放大器包括放置在所述光纤耦合声光/电光调制器后面的、沿光路依次放置的半波片、第一法拉第隔离器、第一激光二极管、第一激光增益晶体；
所述第一激光增益晶体为Nd:YVO4晶体；
所述射频源产生突发脉冲时间信号；还用于产生标准脉冲重复频率信号frep，通过和激光振荡器输出的光电信号比对，控制反馈电路，通过所述激光振荡器配合将激光振荡器的脉冲重复频率稳定在frep；
所述激光振荡器产生脉冲重复频率为frep的超快脉冲，该光束作为所述光纤耦合声光/电光调制器的种子源；同时，一小部分光束与所述射频源产生的标准脉冲重复频率信号比对，实现所述激光振荡器脉冲重复频率frep的稳定；
所述光纤耦合声光/电光调制器进一步降低脉冲重复频率到frep/n，n为任意正整数；同时，经过所述光纤耦合声光/电光调制器后的所述突发脉冲模式超快激光器的输出功率也降低到原来的1/n；
所述声光调制器产生衍射光，该衍射光由突发脉冲时间信号触发所述声光调制驱动器产生，当没有突发脉冲时间信号触发时，该衍射光被阻断，当有突发脉冲时间信号触发时，其零级衍射光没有改变光路，仍然被阻断，其一级衍射光具有突发脉冲模式；
所述突发脉冲模式超快激光器还包括二级主振荡放大器，所述二级主振荡放大器包括放置在声光调制器后面的、沿光路依次放置的第二法拉第隔离器、第二激光二极管、第二激光增益晶体；所述第二激光增益晶体为Nd:YVO4晶体。
2.根据权利要求1所述的一种突发脉冲模式超快激光器，其特征在于，所述突发脉冲模式超快激光器还包括一级啁啾放大器、二级啁啾放大器，所述一级啁啾放大器设置在所述激光振荡器与所述光纤耦合声光/电光调制器之间；所述二级啁啾放大器设置在所述光纤耦合声光/电光调制器与所述一级主振荡放大器之间；
当所述突发脉冲模式超快激光器输出功率远不大于10mW时，通过所述一级啁啾放大器放大，提高光纤耦合声光/电光调制器的输出功率和信噪比；当n>10时，通过所述二级啁啾放大器放大，将所述突发脉冲模式超快激光器输出功率进行放大。
3.根据权利要求2所述的一种突发脉冲模式超快激光器，其特征在于，所述一级啁啾放大器包括第三激光二极管、第一带通滤波器、第一保偏波分复用器、第一掺镱保偏光纤、第一保偏隔离器、第一保偏耦合器；
所述第一带通滤波器连接所述激光振荡器，所述第三激光二极管、所述第一带通滤波器均连接所述第一保偏波分复用器，所述第一保偏波分复用器、所述第一掺镱保偏光纤、所述第一保偏隔离器、所述第一保偏耦合器依次沿光路连接；所述保偏耦合器连接所述光纤耦合声光/电光调制器；
光从所述激光振荡器输出，经所述第一带通滤波器连接到所述第一保偏波分复用器作为种子源，入射到所述第一掺镱保偏光纤，泵浦光由所述第三激光二极管发出，经所述第一保偏波分复用器耦合到所述第一掺镱保偏光纤中，在所述第一掺镱保偏光纤，种子源得到增益和放大。
4.根据权利要求3所述的一种突发脉冲模式超快激光器，其特征在于，所述二级啁啾放大器包括依次沿光路连接的第四激光二极管、第二保偏波分复用器、第二掺镱保偏光纤、第一光纤准直器；所述光纤耦合声光/电光调制器连接所述第二保偏波分复用器，所述第一光纤准直器连接所述一级主振荡放大器；
种子光从所述光纤耦合声光/电光调制器输出到所述第二保偏波分复用器作为种子源，入射到所述第二掺镱保偏光纤，泵浦光由第四激光二极管发出，经第二保偏波分复用器耦合到第二掺镱保偏光纤中，在所述第二掺镱保偏光纤种子源得到增益和放大，放大后的超快激光经过所述第一光纤准直器输出。
5.根据权利要求4所述的一种突发脉冲模式超快激光器，其特征在于，所述激光振荡器包括第五激光二极管、第三保偏波分复用器、第二保偏隔离器、第二保偏耦合器、保偏光纤啁啾布拉格光栅、第三掺镱保偏光纤、第二光纤准直器、第二带通滤波器、起偏器、第一透镜、饱和吸收体、两个压电陶瓷；两个所述压电陶瓷包括低频响应压电陶瓷、高频响应压电陶瓷；
所述第五激光二极管、所述第三保偏波分复用器、所述第二保偏隔离器、所述第二保偏耦合器、所述保偏光纤啁啾布拉格光栅、所述一级啁啾放大器依次连接；
所述第三保偏波分复用器、所述第三掺镱保偏光纤、所述第二光纤准直器、所述低频响应压电陶瓷、所述第二带通滤波器、所述起偏器、所述第一透镜、所述高频响应压电陶瓷、所述饱和吸收体依次连接；所述第二光纤准直器固定设置在具有所述低频响应压电陶瓷的底座上，所述饱和吸收体固定设置在所述高频响应压电陶瓷上；
超快激光在所述保偏光纤啁啾布拉格光栅、所述第三掺镱保偏光纤、所述第二光纤准直器、所述第二带通滤波器、所述起偏器、所述第一透镜、所述饱和吸收体之间振荡，所述第二带通滤波器将增益带宽限制在1064nm，所述饱和吸收体实现锁模，超快激光由所述保偏光纤啁啾布拉格光栅耦合输出经所述第三保偏波分复用器，所述第二保偏隔离器和所述第二保偏耦合器连接到所述第一带通滤波器，第二保偏耦合器耦合输出一部分光，经过光电变换和射频源标准信号比对，通过反馈电路调节所述低频响应压电陶瓷和所述高频响应压电陶瓷，将激光器的脉冲重复频率稳定在frep；所述激光振荡器设置在密闭空间内，所述密闭空间由热电控制器TEC控制在固定的温度。
6.权利要求5所述的突发脉冲模式超快激光器的工作方法，其特征在于，包括：
(1)调节所述激光振荡器实现1064nm锁模脉冲激光输出，并将之与射频源同步；
(2)将步骤(1)产生的1064nm锁模脉冲激光中的大部分激光直接通过所述光纤耦合声光/电光调制器，所述光纤耦合声光/电光调制器驱动器与所述射频源同步，通过设置所述光纤耦合声光/电光调制器驱动器的输出，将1064nm锁模脉冲激光的脉冲重复频率frep调节为frep/n；n为任意正整数；
(3)将步骤(2)产生的1064nm锁模脉冲激光经过所述一级主振荡放大器，利用所述一级主振荡放大器的高增益特性将激光输出功率由100mW量级放大到XW，X的取值范围为0-99；
(4)将步骤(3)产生的1064nm锁模脉冲激光进入与激光脉冲重复频率同步的所述声光调制器产生突发脉冲模式。
7.根据权利要求6所述的突发脉冲模式超快激光器的工作方法，其特征在于，所述步骤(1)，调节所述激光振荡器实现1064nm锁模脉冲激光输出，并将之与射频源同步，包括：超快激光由所述保偏光纤啁啾布拉格光栅耦合，输出经所述第三保偏波分复用器、所述第二保偏隔离器、所述第二保偏耦合器连接到所述第一带通滤波器；所述第二保偏耦合器耦合输出一部分光，经过光电变换与所述射频源产生的标准信号比对，通过调节所述低频响应压电陶瓷和所述高频响应压电陶瓷，将激光器的脉冲重复频率稳定在frep。
8.根据权利要求6所述的突发脉冲模式超快激光器的工作方法，其特征在于，所述步骤(2)之前，执行以下步骤：
A、激光从所述激光振荡器输出，经所述第一带通滤波器连接到所述第一保偏波分复用器作为种子源，入射到所述第一掺镱保偏光纤；
B、泵浦光由所述第三激光二极管发出，经所述第一保偏波分复用器耦合到所述第一掺镱保偏光纤中；
C、在所述第一掺镱保偏光纤，种子源得到增益和放大；
D、所述第一保偏耦合器耦合输出小部分光信号，监测激光的输出功率和光谱信号，调节第三激光二极管的泵浦电流。
9.根据权利要求6所述的突发脉冲模式超快激光器的工作方法，其特征在于，所述步骤(2)之后，执行以下步骤：
E、种子光从所述光纤耦合声光/电光调制器输出到所述第二保偏波分复用器作为种子源，入射到所述第二掺镱保偏光纤；
F、泵浦光由第四激光二极管发出，经第二保偏波分复用器耦合到第二掺镱保偏光纤中；
G、在所述第二掺镱保偏光纤种子源得到增益和放大，放大后的超快激光经过所述第一光纤准直器输出；
所述步骤(3)之后，执行以下步骤：通过所述二级主振荡放大器对输出功率进一步放大。
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| CN109510057B (zh) * | 2018-12-14 | 2020-07-10 | 山西大学 | 1μm波段高峰值功率纳秒脉冲激光的产生方法 |
| CN109830880B (zh) * | 2019-01-24 | 2020-06-26 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种1.7μm光纤激光放大器 |
| CN110474227B (zh) * | 2019-08-16 | 2021-01-26 | 清华大学 | 一种基于Burst模式的短脉冲激光器系统及控制方法 |
| CN113644534B (zh) * | 2021-06-30 | 2022-08-23 | 北京无线电测量研究所 | 一种超快沿微波脉冲产生装置及方法 |
| CN114512889B (zh) * | 2022-02-15 | 2023-08-08 | 天津大学四川创新研究院 | 一种簇式脉冲产生器及高功率窄脉宽超短脉冲激光器 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6185235B1 (en) * | 1998-11-24 | 2001-02-06 | Spectra-Physics Lasers, Inc. | Lasers with low doped gain medium |
| US6347101B1 (en) * | 1998-04-16 | 2002-02-12 | 3D Systems, Inc. | Laser with absorption optimized pumping of a gain medium |
| JP2004260342A (ja) * | 2003-02-24 | 2004-09-16 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | トランシーバ |
| CN102265214A (zh) * | 2008-12-02 | 2011-11-30 | 费姆托激光产品股份有限公司 | 用于产生自参照光学梳形频谱的方法和设备 |
| CN103869302A (zh) * | 2014-03-27 | 2014-06-18 | 北京空间机电研究所 | 一种2μm全光纤相干测风激光雷达脉冲信号发射系统 |
| CN103869301A (zh) * | 2014-03-27 | 2014-06-18 | 北京空间机电研究所 | 一种相干测风激光雷达脉冲信号发射系统 |
| US9160136B1 (en) * | 2014-05-30 | 2015-10-13 | Lee Laser, Inc. | External diffusion amplifier |
| CN105375249A (zh) * | 2015-12-23 | 2016-03-02 | 上海朗研光电科技有限公司 | 偏振稳定的高功率皮秒光纤激光器 |
| CN205811268U (zh) * | 2016-07-18 | 2016-12-14 | 湖北久之洋红外系统股份有限公司 | 全光纤化调q光纤种子源激光器 |
| CN207896414U (zh) * | 2018-01-05 | 2018-09-21 | 褚宏伟 | 一种突发脉冲模式超快激光器 |
-
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Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6347101B1 (en) * | 1998-04-16 | 2002-02-12 | 3D Systems, Inc. | Laser with absorption optimized pumping of a gain medium |
| US6185235B1 (en) * | 1998-11-24 | 2001-02-06 | Spectra-Physics Lasers, Inc. | Lasers with low doped gain medium |
| JP2004260342A (ja) * | 2003-02-24 | 2004-09-16 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | トランシーバ |
| CN102265214A (zh) * | 2008-12-02 | 2011-11-30 | 费姆托激光产品股份有限公司 | 用于产生自参照光学梳形频谱的方法和设备 |
| CN103869302A (zh) * | 2014-03-27 | 2014-06-18 | 北京空间机电研究所 | 一种2μm全光纤相干测风激光雷达脉冲信号发射系统 |
| CN103869301A (zh) * | 2014-03-27 | 2014-06-18 | 北京空间机电研究所 | 一种相干测风激光雷达脉冲信号发射系统 |
| US9160136B1 (en) * | 2014-05-30 | 2015-10-13 | Lee Laser, Inc. | External diffusion amplifier |
| CN105375249A (zh) * | 2015-12-23 | 2016-03-02 | 上海朗研光电科技有限公司 | 偏振稳定的高功率皮秒光纤激光器 |
| CN205811268U (zh) * | 2016-07-18 | 2016-12-14 | 湖北久之洋红外系统股份有限公司 | 全光纤化调q光纤种子源激光器 |
| CN207896414U (zh) * | 2018-01-05 | 2018-09-21 | 褚宏伟 | 一种突发脉冲模式超快激光器 |
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| High power generation of adaptive laser beams in a Nd YVO4 MOPA system;S.H.Noh et al.;Chinese Optics Letters;第15卷(第12期);第120801-1页-120801-5页 * |
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