CN110233414B - 一种基于光纤激光器泵浦的脉冲光纤激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光纤激光器领域，提出一种基于光纤激光器泵浦的脉冲光纤激光器，包括种子源激光器、泵浦激光器、合束器、光纤放大器、输出隔离器以及种子源供电电路、泵浦供电电路，其中种子源激光器、合束器、光纤放大器、输出隔离器依次通过光路连接，泵浦激光器与合束器通过光路连接；种子源激光器的供电端与种子源供电电路的输出端电连接，泵浦激光器的供电端与泵浦供电电路的输出端电连接。种子源激光器出射的种子光以及泵浦激光器出射的泵浦光通过合束器进行耦合，然后通过作为放大级的光纤放大器进行放大后，通过输出隔离器输出。其中，泵浦激光器周期性地通过合束器提供放大的激励源，从而使输出的脉冲宽度更窄，峰值功率更高。

Description

一种基于光纤激光器泵浦的脉冲光纤激光器
技术领域
本发明涉及光纤激光器领域，更具体地，涉及一种基于光纤激光器泵浦的脉冲光纤激光器。
背景技术
由于1064nm脉冲光纤激光器具备光束质量好、峰值功率高、环保无污染等优点，因此1064nm脉冲光纤激光器广泛应用于材料加工等领域，特别地，脉冲光纤激光器适用于激光清洗产业。但随着工业技术的发展，对脉冲光纤激光器器件的尺寸、精度、效率的加工要求越来越高，这对脉冲光纤激光器的输出脉冲宽度和峰值功率提出来更高的要求。
目前，大功率1064nm脉冲光纤激光器主要采用主振荡功率放大(MasterOscillator Power-Amplifier，MOPA)方案，主要利用性能优良的小功率激光器作为主振荡器，产生用于放大的信号光，掺杂光纤作为放大级，对信号光进行功率放大，其中，放大级主要采用半导体激光器进行泵浦光放大，这样输出的激光脉冲宽度能够在100ns以上，峰值功率在10KW级。然而，现有的大功率脉冲光纤激光器在特殊的精密加工领域不能满足其高精度的要求，当脉冲光纤激光器应用于清洗较厚的油漆层时，要求其输出的峰值功率大于100KW，平均功率约为100W，而现有的大功率脉冲光纤激光器的单脉冲能量一般为5mJ，峰值功率为50kW，显然当现有的大功率脉冲光纤激光器应用在激光清洗产业中，不能满足其清洗加工要求。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的现有的脉冲光纤激光器不能满足激光清洗产业中的清洗加工要求的缺陷，提供一种基于光纤激光器泵浦的脉冲光纤激光器。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种基于光纤激光器泵浦的脉冲光纤激光器，包括种子源激光器、泵浦激光器、合束器、光纤放大器、输出隔离器以及种子源供电电路、泵浦供电电路，其中种子源激光器、合束器、光纤放大器、输出隔离器依次通过光路连接，泵浦激光器与合束器通过光路连接；种子源激光器的供电端与种子源供电电路的输出端电连接，泵浦激光器的供电端与泵浦供电电路的输出端电连接。
本技术方案中，种子源供电电路持续对种子源激光器进行供电，泵浦供电电路周期性对泵浦激光器进行供电；种子源激光器出射的种子光以及泵浦激光器出射的泵浦光通过合束器进行耦合，然后通过作为放大级的光纤放大器进行放大后，通过输出隔离器输出。其中，泵浦激光器周期性地通过合束器提供放大的激励源，从而使输出的脉冲宽度更窄，峰值功率更高。
优选地，脉冲光纤激光器还包括用于避免种子光与泵浦光不匹配的光纤模场适配器，光纤模场适配器通过光路连接设置在所述种子源激光器和合束器之间。
优选地，脉冲光纤激光器还包括用于使泵浦激光器的脉冲时序与种子源激光器的脉冲时序重合的时序控制电路。本优选方案中的时序控制电路通过控制泵浦供电电路对泵浦激光器的供电时序，实现使泵浦激光器的脉冲时序与种子源激光器的脉冲时序重合。
优选地，时序控制电路包括采样电路和时延电路，其中采样电路的输入端与种子源激光器的输出端电连接，采样电路的输出端与时延电路的输入端电连接，时延电路的输出端与泵浦供电电路的输入端电连接。其中，采样电路用于采集种子源激光器的周期信号或频率信号，然后传送到时延电路中进行延时处理，时延电路对所采集的周期信号或频率信号再延时一个与其相同的周期得到最终的时序信号，然后传送到泵浦供电电路中，泵浦供电电路根据接收的时序信号中的周期对泵浦激光器进行周期性供电。
优选地，种子源激光器采用波长为1064nm的脉冲光纤激光器，泵浦激光器采用波长为1018nm的脉冲光纤激光器。
优选地，光纤放大器为掺镱有源光纤。
优选地，泵浦激光器的数量为2个。
优选地，合束器为(2+1)×1合束器。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：通过结合种子源激光器和泵浦激光器，使输出的平均功率和峰值功率满足激光清洗产业的加工要求；通过采用时序控制电路控制泵浦供电电路，使泵浦激光器的脉冲时序与种子源激光器的脉冲时序重合，进一步使输出的平均功率和峰值功率更高，脉冲宽度更窄。
附图说明
图1为实施例1的基于光纤激光器泵浦的脉冲光纤激光器的结构示意图。
图2为实施例2的基于光纤激光器泵浦的脉冲光纤激光器的结构示意图。
图3为实施例2的时序控制电路的结构示意图。
其中，1-种子源激光器，2-泵浦激光器，3-光纤模场适配器，4-合束器，5-光纤放大器，6-输出隔离器，7-种子源供电电路，8-泵浦供电电路，9-时序控制电路，91-采样电路，92-时延电路。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1所示，为本实施例的基于光纤激光器泵浦的脉冲光纤激光器的结构示意图。
本实施例的基于光纤激光器泵浦的脉冲光纤激光器，包括种子源激光器1、泵浦激光器2、光纤模场适配器3、合束器4、光纤放大器5、输出隔离器6、种子源供电电路7、泵浦供电电路8，其中种子源激光器1、光纤模场适配器3、合束器4、光纤放大器5、输出隔离器6依次通过光路连接，泵浦激光器2与合束器4通过光路连接；种子源激光器1的供电端与种子源供电电路7的输出端电连接，泵浦激光器2的供电端与泵浦供电电路8的输出端电连接。
本实施例中采用波长为1064nm的脉冲光纤激光器作为种子源激光器1，采用2个波长为1018nm的脉冲光纤激光器作为泵浦激光器2，合束器4为(2+1)×1合束器，光纤放大器5为30/250掺镱有源光纤。
在具体实施过程中，种子源供电电路7持续对种子源激光器1进行供电，泵浦供电电路8周期性对泵浦激光器2进行供电，种子源激光器1经过光纤模场适配器3后与泵浦激光器2的输出光通过合束器4进行耦合，然后通过光纤放大器5对信号进一步放大，最后通过输出隔离器6进行输出。其中光纤模场适配器3用于解决种子源与泵浦不匹配的问题，光纤放大器5用于对完成耦合的输出信号进一步放大。
本实施例中，应用波长为1064nm的脉冲光纤激光器作为种子源激光器1；应用波长为1018nm的脉冲光纤激光器作为泵浦激光器2，用于提供放大的激励源；应用30/250掺镱有源光纤作为光纤放大器5，用于对种子源进行进一步的放大，且在波长为1064nm的种子源下的掺镱有源光纤能够有更好的放大效果，因此采用本实施例的基于光纤激光器泵浦的脉冲光纤激光器，能够实现最佳的放大效果。
实施例2
如图2所示，为本实施例的基于光纤激光器泵浦的脉冲光纤激光器的结构示意图。
本实施例的基于光纤激光器泵浦的脉冲光纤激光器，包括种子源激光器1、泵浦激光器2、光纤模场适配器3、合束器4、光纤放大器5、输出隔离器6、种子源供电电路7、泵浦供电电路8，其中种子源激光器1、光纤模场适配器3、合束器4、光纤放大器5、输出隔离器6依次通过光路连接，泵浦激光器2与合束器4通过光路连接；种子源激光器1的供电端与种子源供电电路7的输出端电连接，泵浦激光器2的供电端与泵浦供电电路8的输出端电连接。
本实施例中采用波长为1064nm的脉冲光纤激光器作为种子源激光器1，采用2个波长为1018nm的脉冲光纤激光器作为泵浦激光器2，合束器4为(2+1)×1合束器，光纤放大器5为30/250掺镱有源光纤。
本实施例还设置有时序控制电路9，如图3所示，为本实施例的基于光纤激光器泵浦的脉冲光纤激光器的结构示意图。
本实施例的时序控制电路9包括采样电路91和时延电路92，其中采样电路91的输入端与种子源激光器1的输出端电连接，采样电路91的输出端与时延电路92的输入端电连接，时延电路92的输出端与泵浦供电电路8的输入端电连接。
在具体实施过程中，种子源供电电路7持续对种子源激光器1进行供电；时序控制电路9中的采样电路91采集种子源激光器1输出的周期信号，然后传送到时延电路92中进行处理，时延电路92将所采集的周期信号延时与周期信号相同的一个周期，生成时序信号，再将时序信号传送到泵浦供电电路8中，泵浦供电电路8根据所接收的时序信号对泵浦激光器进行周期性供电，使泵浦激光器的脉冲时序与种子源激光器的脉冲时序重合；种子源激光器1经过光纤模场适配器3后与泵浦激光器2的输出光通过合束器4进行耦合，然后通过光纤放大器5对信号进一步放大，最后通过输出隔离器6进行输出。其中光纤模场适配器3用于解决种子源与泵浦不匹配的问题，光纤放大器5用于对完成耦合的输出信号进一步放大。
本实施例中，通过时序控制电路9使泵浦激光器2与种子源激光器1的脉冲时序重合，使最终输出的种子光能够在一定脉冲宽度范围内有更高的峰值功率，使本实施例的基于光纤激光器泵浦的脉冲光纤激光器更能够满足激光清洗产业中的清洗加工要求。
其中脉冲光纤激光器所输出的单脉冲能量的计算公式如下：
Figure BDA0002072346700000051
输出的峰值功率的计算公式如下：
Figure BDA0002072346700000052
本实施例的基于光纤激光器泵浦的脉冲光纤激光器经实验证明，其输出的脉冲宽度15ns，峰值功率400KW，单脉冲能量为6mJ。由上可知本实施例的基于光纤激光器泵浦的脉冲光纤激光器能够保证在一定脉冲宽度范围内有更高的峰值功率，能够满足激光清洗产业中对所使用的脉冲光纤激光器的功率要求。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于光纤激光器泵浦的脉冲光纤激光器，其特征在于：包括种子源激光器、泵浦激光器、合束器、光纤放大器、输出隔离器以及种子源供电电路、泵浦供电电路，其中所述种子源激光器、合束器、光纤放大器、输出隔离器依次通过光路连接，所述泵浦激光器与合束器通过光路连接；所述种子源激光器的供电端与种子源供电电路的输出端电连接，所述泵浦激光器的供电端与泵浦供电电路的输出端电连接；
所述种子源供电电路持续对种子源激光器进行供电，所述泵浦供电电路周期性对泵浦激光器进行供电；所述种子源激光器出射的种子光以及泵浦激光器出射的泵浦光通过合束器进行耦合，然后通过所述光纤放大器进行放大后，通过所述输出隔离器输出；所述脉冲光纤激光器还包括光纤模场适配器，所述光纤模场适配器通过光路连接设置在所述种子源激光器和合束器之间；
所述脉冲光纤激光器还包括用于使泵浦激光器的脉冲时序与种子源激光器的脉冲时序重合的时序控制电路；所述时序控制电路包括采样电路和时延电路，其中所述采样电路的输入端与种子源激光器的输出端电连接，所述采样电路的输出端与时延电路的输入端电连接，所述时延电路的输出端与泵浦供电电路的输入端电连接。
2.根据权利要求1所述的基于光纤激光器泵浦的脉冲光纤激光器，其特征在于：所述种子源激光器采用波长为1064nm的脉冲光纤激光器，所述泵浦激光器采用波长为1018nm的脉冲光纤激光器。
3.根据权利要求2所述的基于光纤激光器泵浦的脉冲光纤激光器，其特征在于：所述光纤放大器为掺镱有源光纤。
4.根据权利要求3所述的基于光纤激光器泵浦的脉冲光纤激光器，其特征在于：所述泵浦激光器的数量为2个。
5.根据权利要求4所述的基于光纤激光器泵浦的脉冲光纤激光器，其特征在于：所述合束器为(2+1)×1合束器。
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