CN110932072A - 一种同步光谱可重叠的多波长脉冲激光器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种同步光谱可重叠的多波长脉冲激光器，通过对每个光波的固设波长进行区分设置，使不同激光波长转换和输出模块对应各自预定波长的光波，并且光波提取部件对经过功率放大、频谱展宽之后的光波进行了限制，所以最后输出的光谱之间虽然可有相互重叠，但相互之间不会有影响；每个激光波长转换和增益、输出模块相对独立，多个不同波长的激光光波分别占用不同的模块，不再像传统激光器那样多个波长共用同一个增益介质，因而不会造成传统多波长激光器的各个波长激光的相互竞争和串扰；此外本发明提供的多波长脉冲激光器还具有光脉冲在谐振腔内可单向循环传播，也可依靠反射部件双向循环传播，使得同一激光器输出的多波长光波脉冲具有相同重复速率从而实现同步输出的优点。

Description

一种同步光谱可重叠的多波长脉冲激光器

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种同步光谱可重叠的多波长脉冲激光器。

背景技术

同步多波长相干超短脉冲激光在超快科学领域如时间解析泵浦探测光谱，非线性显微，光参量放大，以及相干脉冲合成等技术中有广泛的应用，这些应用需要特定间隔的光波相互作用，并且要求输出波之间实现精准的同步。

由于现有的多波长脉冲激光器多波长之间会产生竞争问题，多波长的输出需要依靠液氮对掺铒光纤进行冷却、引入偏振烧孔效应、在环形腔内引入移频器或相位调制器、特殊结构的掺铒光纤或特殊腔结构、引入依赖波长的损耗、利用非线性效应引入依赖光强的损耗等各种技术解决；其次是同步输出困难问题，也需要依靠PID控制的有源同步、主从腔注入锁定、频率锁定、稳定温度等多种技术进行解决；多波长的输出依靠的是同一个梳状滤波器，它是由许多按一定频率间隔排列的通带构成，多波长光谱不能重叠，输出波长间隔受限，如果想同时得到同步且相互之间没有影响的多波长，则需要多波长激光器配合复杂的同步装置。(如图6是光谱重叠的多波长激光器光谱的示意图，图7是光谱不重叠的多波长激光器光谱的示意图)

传统的多波长激光器如果多个滤波器重叠后造成平坦宽带通无法形成多波长激光，如图8，图中的中心波长为λ1、λ2、λ3的三个通带形成的梳状滤波器重叠后形成了中心波长为λ2一个宽带通带的滤波器，三波长的光波经过此种情况下的滤波器后输出中心波长为λ2的单波长光波。

激光器在工作时，由激励源提供能量使增益介质达到粒子数反转，从而能对增益带宽范围内的光提供光辐射和增益，并在谐振腔的反馈下产生特定波长的激光，传统的多波长激光器共用一个增益介质，会消耗高能级粒子数争夺增益，导致多波长之间会有相互影响。

发明内容

本发明的实施例提供了一种同步光谱可重叠多波长脉冲激光器，用于解决现有技术中存在的同步输出多种波长光波的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种同步光谱可重叠的多波长脉冲激光器，其特征在于，包括用于处理光脉冲的谐振腔，谐振腔内具有多个沿光脉冲传播方向布置的激光波长转换和输出模块，每个激光波长转换和输出模块包括沿光脉冲传播方向依次布置的光波增益部件、光波提取部件、分光部件；

光波增益部件用于放大光脉冲的光波的功率，还用于对光脉冲的光波进行频谱展宽，获得频谱展宽的光波；

光波提取部件用于，从某个光波提取部件相对应的光波增益部件的频谱展宽的光波中，提取符合该光波提取部件预设波长的光波，以及用于将该被提取的光波发送至分光部件；

分光部件用于输出符合预设波长的光波；

多个激光波长转换和输出模块按照输出光波的波长排列先逐渐增高再逐渐降低的方式布置，使该多个激光波长转换和输出模块输出的光波所属的光谱部分重叠；

每个激光波长转换和输出模块输出光波的波长独占该激光波长转换和输出模块的光波增益部件。

优选地，的多个激光波长转换和输出模块按照输出光波的波长排列先逐渐增高再逐渐降低的方式布置包括，

谐振腔内沿光脉冲传播方向依次布置2n个激光波长转换和输出模块，该2n个激光波长转换和输出模块的光波提取部件的预设波长依次为：λ、λ+2Δλ、λ+4Δλ、λ+6Δλ…λ+(2n-2)Δλ、λ+(2n-1)Δλ…λ+3Δλ和λ+1Δλ。

优选地，光波增益部件包括增益介质和频谱展宽部件，增益介质用于放大光脉冲的光波的功率，频谱展宽部件对光脉冲的光波进行频谱展宽，获得频谱展宽的光波。

优选地，谐振腔为环形结构，激光波长转换和输出模块沿谐振腔延伸方向依次布置。

优选地，多个激光波长转换和输出模块包括沿谐振腔延伸方向依次布置的第一激光转换和输出模块、第二激光转换和输出模块、第三激光转换和输出模块、第四激光转换和输出模块、第五激光转换和输出模块、第六激光转换和输出模块；第六激光转换和输出模块的分光部件与第一激光转换和输出模块的光波增益部件相对应，使光脉冲循环依次通过该多个激光波长转换和输出模块。

优选地，谐振腔内还具有多个反射部件，每个反射部件包括反射镜和光环形器，光环行器分别位于每个激光波长转换和输出模块的光波增益部件与光波提取部件之间，反射镜分别与每个激光波长转换和输出模块的分光部件的输出端相连接；反射部件使光脉冲可在某个激光转换和输出模块内循环传播。

优选地，还包括如下特征任意一种或多种：光波增益部件包括光纤放大器和/或单模光纤；光波提取部件为带通滤波器；分光部件为光耦合镜或分光镜。

优选地，还包括耦合光路和多条可调延迟线；每个激光转换和输出模块的分光部件通过可调延迟线分别与耦合光路相连接，耦合光路用于将每个激光转换和输出模块输送的光波进行耦合输出。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明提供的一种同步光谱可重叠的多波长脉冲激光器，通过对每个光波的固设波长进行区分设置，使不同激光波长转换和输出模块对应各自预定波长的光波，并且光波提取部件对经过功率放大、频谱展宽之后的光波进行了限制，所以最后输出的光谱之间虽然可有相互重叠，但相互之间不会有影响；每个激光波长转换和增益、输出模块相对独立，多个不同波长的激光光波分别占用不同的模块，不再像传统激光器那样多个波长共用同一个增益介质，因而不会造成传统多波长激光器的各个波长激光的相互竞争和串扰；此外本发明提供的多波长脉冲激光器还具有光脉冲在谐振腔内可单向循环传播，也可依靠反射部件双向循环传播，使得同一激光器输出的多波长光波脉冲具有相同重复速率从而实现同步输出的优点。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种同步光谱可重叠的多波长脉冲激光器的结构框图；

图2为本发明提供的一种同步光谱可重叠的多波长脉冲激光器的第一种实施例的结构框图；

图3为本发明提供的一种同步光谱可重叠的多波长脉冲激光器的第二种实施例的结构框图；

图4为本发明提供的一种同步光谱可重叠的多波长脉冲激光器的第三种实施例的结构框图；

图5为本发明提供的一种同步光谱可重叠的多波长脉冲激光器的可调延迟线和耦合光路连接方式示意图；

图6为光谱重叠的多波长激光器光谱的示意图；

图7为光谱不重叠的多波长激光器光谱的示意图；

图8为现有技术中传统的多波长激光器如果多个滤波器重叠后造成平坦宽带通无法形成多波长激光的原理图。

图中：

101.第一增益介质102.第一频谱展宽部件103.第一光波提取部件104.第一分光部件105.第二增益介质106.第二频谱展宽部件107.第二光波提取部件108.第二分光部件109.第三增益介质110.第三频谱展宽部件111.第三光波提取部件112.第三分光部件113.第四增益介质114.第四频谱展宽部件115.第四光波提取部件116.第四分光部件117.第五增益介质118.第五频谱展宽部件119.第五光波提取部件120.第五分光部件121.第六增益介质122.第六频谱展宽部件123.第六光波提取部件124.第六分光部件；

200.环形谐振腔201.第一光纤放大器202.第一单模光纤203.第一带通滤波器204.第一光耦合器205.第二光纤放大器206.第二单模光纤207.第二带通滤波器208.第二光耦合器209.第三光纤放大器210.第三单模光纤211.第三带通滤波器212.第三光耦合器213.第四光纤放大器214.第四单模光纤215.第四带通滤波器216.第四光耦合器217.第五光纤放大器218.第五单模光纤219.第五带通滤波器220.第五光耦合器221.第六光纤放大器222.第六单模光纤223.第六带通滤波器224.第六光耦合器；

300.线性谐振腔301.第一反射镜304.第一光环形器307.第二光环形器310.第三光环形器313.第四环形器316.第五光环形器319.第六光环形器324.第二反射镜327.第三反射镜330.第四反射镜333.第五反射镜336.第六反射镜。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

参见图1，本发明提供的一种同步光谱可重叠的多波长脉冲激光器，

包括用于处理光脉冲的谐振腔，所述谐振腔内具有多个沿光脉冲传播方向布置的激光波长转换和输出模块，每个激光波长转换和输出模块包括沿光脉冲传播方向依次布置的光波增益部件、光波提取部件、分光部件；

所述光波增益部件用于放大光脉冲的光波的功率，还用于对光脉冲的光波进行频谱展宽，获得频谱展宽的光波；

所述光波提取部件用于，从某个所述光波提取部件相对应的所述光波增益部件的所述频谱展宽的光波中，提取符合该光波提取部件预设波长的光波，以及用于将该被提取的光波发送至所述分光部件；

所述分光部件用于输出所述符合预设波长的光波；

多个所述激光波长转换和输出模块按照输出光波的波长排列先逐渐增高再逐渐降低的方式布置，使该多个激光波长转换和输出模块输出的光波所属的光谱部分重叠；

每个所述激光波长转换和输出模块输出光波的波长独占该激光波长转换和输出模块的所述光波增益部件。

本发明提供的多波长脉冲激光器，通过对每个光波的固设波长进行区分设置，使不同激光波长转换和输出模块对应各自预定波长的光波，每个激光波长转换和输出模块相对独立，每个激光波长独自占用对应模块内的增益部件，因而避免了增益竞争，所以最后输出的光谱之间虽然可有相互重叠，但相互之间不会有影响，不会造成传统多波长激光器的各个波长激光的相互竞争和串扰。

在本发明提供的实施例中，根据所要获得的激光波长范围可以对每个激光波长转换和输出模块的数量和相应的预设波长进行设置，例如在一些优选实施例中，在谐振腔内沿光脉冲传播方向依次布置2n个所述激光波长转换和输出模块，该2n个激光波长转换和输出模块的所述光波提取部件的预设波长依次为：λnm、(λ+2Δλ)nm、(λ+4Δλ)nm、(λ+6Δλ)nm…(λ+(2n-2)Δλ)nm、(λ+(2n-1)Δλ)nm…(λ+3Δλ)nm和(λ+1Δλ)nm，最终实现光谱的部分重叠；

在另一些实施例中，可以设置为出现光波范围的交叉，进而得到所输出的光波所属的光谱的部分重叠，例如在一些优选实施例中，沿光脉冲传播方向设置6组激光波长转换和输出模块，依其布置的顺序，激光波长转换和输出模块的光波提取部件的预设波长依次为：λnm、(λ+2Δλ)nm、(λ+4Δλ)nm、(λ+5Δλ)nm、(λ+3Δλ)nm、(λ+1Δλ)nm，所有光波提取部件的带宽设置为(2Δλ)nm，最终实现光谱的部分重叠；

在这些优选的实施例中，光波增益部件中分别设置用于光波放大和频谱展宽的部件，例如其包括沿光波传播方向依次布置的增益介质和频谱展宽部件；上述设置适用于每个输出的激光波长之间跨度较大的情况，并且使相邻模块间的波长差不至于过大从而影响激光器特性和效率；应当理解的是，光谱的重叠是指激光光谱宽度大于该束激光波长和与之最接近的激光的中心波长的间隔。

本领域技术人员应能理解上述激光波长转换和输出模块的数量仅为举例，其他现有的或今后可能出现的激光波长转换和输出模块的数量类型如4组、8组等可适用于本发明实施例，也应包含在本发明保护范围以内，并在此以引用方式包含于此；

在另一些实施例中，激光波长转换和输出模块的光波提取部件的预设波长按照依次逐渐增加(或者按照光波波长由短到长的顺序布置激光波长转换和输出模块)；在这些实施例中，光波增益部件中可以只设置具有频谱展宽功能的增益介质；该设置方式使得相邻模块间的波长差不至于过大从而影响激光器特性和效率，适用于激光波长转换和输出模块对应的预定波长之间跨度不大，和/或激光波长转换和输出模块数量较少时的情况。

进一步的，为了实现多脉冲的同步输出，在一些优选实施例中，谐振腔为环形结构，所述激光波长转换和输出模块沿所述谐振腔延伸方向依次布置，即位于起始顺位的激光波长转换和输出模块的输入端与位于末尾顺位的激光波长转换和输出模块的输出端相互对应，使光脉冲在谐振腔内往复循环；

在另一些优选实施例中，谐振腔可以是线性结构，例如，在谐振腔内具有多个反射部件，每个所述反射部件包括反射镜和光环形器，所述光环行器分别位于每个所述激光波长转换和输出模块的所述光波增益部件与所述光波提取部件之间，所述反射镜分别与每个所述激光波长转换和输出模块的所述分光部件的输出端相连接；上述设置使光脉冲可在单个所述激光转换和输出模块内循环通过。

下面结合具体的实施例，示例性的说明多波长脉冲激光器的原理组成；

在本实施例中，如图2所示，谐振腔内具有6组激光转换和输出模块，分别是沿光脉冲传播方向依次布置的第一激光转换和输出模块、第二激光转换和输出模块、第三激光转换和输出模块、第四激光转换和输出模块、第五激光转换和输出模块、第六激光转换和输出模块；第一激光转换和输出模块包括第一增益介质101、第一频谱展宽部件102、第一光波提取部件103以及第一分光部件104；第二激光转换和输出模块包括第二增益介质105、第二频谱展宽部件106、第二光波提取部件107以及第二分光部件108；第三激光转换和输出模块包括第三增益介质109、第三频谱展宽部件110、第三光波提取部件111以及第三分光部件112；第四激光转换和输出模块包括第四增益介质113、第四频谱展宽部件114、第四光波提取部件115以及第四分光部件116；第五激光转换和输出模块包括第五增益介质117、第五频谱展宽部件118、第五光波提取部件119以及第五分光部件120；第六激光转换和输出模块包括第六增益介质121、第六频谱展宽部件122、第六光波提取部件123以及第六分光部件124；

其中，为了使经过增益介质进行功率放大后得到同一个波段范围内的光波，第一增益介质101、第二增益介质105、第三增益介质109、第四增益介质113、第五增益介质117与第六增益介质121可以采用相同设置；

在该实施例中，第一光波提取部件103、第二光波提取部件107、第三光波提取部件111、第四光波提取部件115、第五光波提取部件119和第六光波提取部件123可以采用不同的设置，以使各个光波提取部件的预设波长不同，实现光谱可重叠的效果；

该多波长脉冲激光器的原理如下：

输入的光脉冲经过第一增益介质101后，第一增益介质101对输入光波进行功率放大，然后第一频谱展宽部件对输入光波进行频谱展宽，得到第一目标光波，然后再将第一目标光波发送给第一光波提取部件103，第一光波提取部件103从第一目标光波中提取所属的第一激光转换和输出模块对应的预定波长的光波，并将提取得到的光波发送给所述第一分光部件104；第一分光部件104将接收的光波进行分光处理，将得到的部分光波作为第一分光部件104所属的第一激光转换和输出模块的输出光波，将剩余的光波发送给第二激光转换和输出模块的第二增益介质105，以使第二激光转换和输出模块的第二增益介质105对剩余的光波的功率进行功率放大，然后第二频谱展宽部件106对输入光波进行频谱展宽，得到第二目标光波，并将进行功率放大和频谱展宽后的光波发送给第二光波提取部件107，第二光波提取部件107提取所属的第二激光转换和输出模块对应的预定波长的光波，并将提取得到的光波发送给第二分光部件108，第二分光部件108将接收的光波进行分光处理，将得到的部分光波作为第二分光部件108所属的第二激光转换和输出模块的输出光波，将剩余的光波发送给第三激光转换和输出模块的第三增益介质109，以使第三激光转换和输出模块的第三增益介质109对剩余的光波的功率进行功率放大，然后第三频谱展宽部件110对输入光波进行频谱展宽，得到第三目标光波，并将进行功率放大和频谱展宽后的光波发送给第三光波提取部件111，第三光波提取部件111提取所属的第三激光转换和输出模块对应的预定波长的光波，并将提取得到的光波发送给第三分光部件112，第三分光部件112将接收的光波进行分光处理，将得到的部分光波作为第三分光部件112所属的第三激光转换和输出模块的输出光波，将剩余的光波发送给第四激光转换和输出模块的第四增益介质113，以使第四激光转换和输出模块的第四增益介质113对剩余的光波的功率进行功率放大，然后第四频谱展宽部件114对输入光波进行频谱展宽，得到第四目标光波，并将进行功率放大和频谱展宽后的光波发送给第四光波提取部件115，第四光波提取部件115提取所属的第四激光转换和输出模块对应的预定波长的光波，并将提取得到的光波发送给第四分光部件116，第四分光部件116将接收的光波进行分光处理，将得到的部分光波作为第四分光部件116所属的第四激光转换和输出模块的输出光波，将剩余的光波发送给第五激光转换和输出模块的第五增益介质117，以使第五激光转换和输出模块的第五增益介质117对剩余的光波的功率进行功率放大，然后第五频谱展宽部件118对输入光波进行频谱展宽，得到第五目标光波，并将进行功率放大和频谱展宽后的光波发送给第五光波提取部件119，第五光波提取部件119提取所属的第五激光转换和输出模块对应的预定波长的光波，并将提取得到的光波发送给第五分光部件120，第五分光部件120将接收的光波进行分光处理，将得到的部分光波作为第五分光部件120所属的第五激光转换和输出模块的输出光波，将剩余的光波发送给第六激光转换和输出模块的第六增益介质121，以使第六激光转换和输出模块的第六增益介质121对剩余的光波的功率进行功率放大，然后第六频谱展宽部件122对输入光波进行频谱展宽，得到第六目标光波，并将进行功率放大和频谱展宽后的光波发送给第六光波提取部件123，第六光波提取部件123提取所属的第六激光转换和输出模块对应的预定波长的光波，并将提取得到的光波发送给第六分光部件124，第六分光部件124将接收的光波进行分光处理，得到所需要的激光；进一步的，第六分光部件124将得到的部分光波作为第六分光部件124所属的第六激光输出模块的输出光波，将剩余的光波发送给第一激光输出模块的第一增益介质101，依次循环。

根据所要获得的激光波长范围可以对每个激光波长转换和输出模块的数量和相应的预设波长进行设置，在这些设置中可以出现光波范围的交叉，进而得到所输出的光波所属的光谱的部分重叠；预定光波的设置由光波提取部件的具体类型决定，例如，光波提取部件采用带通滤波器，通过适当选取滤波器的中心波长间隔以实现输出光谱的可重叠；结合该实施例，六个带通滤波器分别为第一带通滤波器、第二带通滤波器、第三带通滤波器、第四带通滤波器、第五带通滤波器、第六带通滤波器；在该实施例中，第一带通滤波器中心波长选取为λnm，第二带通滤波器的中心波长选取为(λ+2Δλ)nm，第三带通滤波器中心波长选取为(λ+4Δλ)nm，第四带通滤波器中心波长选取为(λ+5Δλ)nm，第五带通滤波器中心波长选取为(λ+3Δλ)nm，第六带通滤波器中心波长选取为(λ+1Δλ)nm，所有带通滤波器的带宽设置为(2Δλ)nm，具有重叠光谱的多波长输出；

在另一种光谱重叠方式中，第五光波提取部件119所属的第五激光转换和输出模块对应的光波的预订波长与第一光波提取部件103所属的第一激光转换和输出模块对应的光波的预订波长可以几乎相同；第四光波提取部件115所属的第四激光转换和输出模块对应的光波的预订波长与第二光波提取部件107所属的第二激光转换和输出模块对应的光波的预订波长可以几乎相同；第一光波提取部件103、第二光波提取部件107、第三光波提取部件111、第四光波提取部件115、第五光波提取部119件以及第六光波提取部件123各自所属的激光转换和输出模块对应的预定波长的光波提取范围可以有交集；

通过上述方式单独或相结合实施，可以实现输入光波在不同波长的光波上往返转换，多个不同波长的光波之间光谱可以任意的重叠，从而实现多个光谱可重叠的光波同步相干输出。

在该实施例中，增益介质可以为光纤放大器；频谱展宽部件可以为单模光纤，频谱展宽部件可以将光波展宽到能够覆盖后置光路上的增益介质的工作波长范围；光波提取部件可以为带通滤波器；分光部件包括光耦合器或分光镜。

在实现光脉冲循环传播的方式中，谐振腔可以为环形腔，激光转换和输出模块在环形的谐振腔内沿其延伸方向排列成环形布置样式，如图3所示，环形谐振腔200中包括第一激光转换和输出模块、第二激光转换和输出模块、第三激光转换和输出模块、第四激光转换和输出模块、第五激光转换和输出模块和第六激光转换和输出模块，第一激光转换和输出模块中包含依次排列的第一光纤放大器201、第一单模光纤202、第一带通滤波器203和第一光耦合器204；第二激光转换和输出模块中包含依次排列的第二光纤放大器205、第二单模光纤206、第二带通滤波器207和第二光耦合器208；第三激光转换和输出模块中包含依次排列的第三光纤放大器209、第三单模光纤210、第三带通滤波器211和第三光耦合器212；第四激光转换和输出模块中包含依次排列的第四光纤放大器213、第四单模光纤214、第四带通滤波器215和第四光耦合器216；第五激光转换和输出模块中包含依次排列的第五光纤放大器217、第五单模光纤218、第五带通滤波器219和第五光耦合器220；第六激光转换和输出模块中包含依次排列的第六光纤放大器221、第六单模光纤222、第六带通滤波器223和第六光耦合器224，第一光耦合器204连接第二光纤放大器205，第二光耦合器208连接第三光纤放大器209，第三光耦合器212连接第四光纤放大器213，第四光耦合器216连接第五光纤放大器217，第五光耦合器220连接第六光纤放大器221，第六光耦合器224连接第一光纤放大器201上述部件首尾依次排列形成环形结构；

通过上述设置，光波可以在环形腔内实现往返转换，并且光波在环形谐振腔内是单向传播的；

在另一些方式中，振腔也可以设计为线性腔；为了实现光波的往返转换，可以在谐振腔内增加光环行器实现光波双向传播，即循环完成顺次经过所有激光转换和输出模块的传播的同时，还可以在单个激光转换和输出模块内循环传播；

具体地，可以在谐振腔内还可以设置第一反射部件、第二反射部件、第三反射部件、第四反射部件、第五反射部件和第六反射部件，第一反射部件、第二反射部件、第三反射部件、第四反射部件、第五反射部件和第六反射部件对谐振腔内的光波进行反射；

如图4所示，谐振腔为线性谐振腔300，线性谐振腔300包第一光纤放大器201、第一单模光纤202、第一光环形器304、第二光纤放大器205、第二单模光纤206、第二光环形器307、第三光纤放大器209、第三单模光纤210、第三光环形器310、第四光纤放大器213、第四单模光纤214、第四环形器313、第五光纤放大器217、第五单模光纤218、第五光环形器316、第六光纤放大器221、第六单模光纤222、第六光环形器319、第一带通滤波器203、第一耦合器204、第一反射镜301、第二带通滤波器207、第二光耦合器208、第二反射镜324、第三带通滤波器211、第三光耦合器212、第三反射镜327、第四带通滤波器215、第四光耦合器216、第四反射镜330、第五带通滤波器219、第五光耦合器220、第五反射镜333、第六带通滤波器223、第六光耦合器224以及第六反射镜336。

其中，第一光纤放大器201、第一单模光纤202、第一光环形器304、第二光纤放大器205、第二单模光纤206、第二光环形器307、第三光纤放大器209、第三单模光纤210、第三光环形器310、第四光纤放大器213、第四单模光纤214、第四光环形器313、第五光纤放大器217、第五单模光纤218、第五光环形器316、第六光纤放大器221、第六单模光纤222以及第六光环形器319首尾顺次排列，形成一个环形部件。

第一反射镜301、第一光耦合器204、第一带通滤波器203、环形部件、第二带通滤波器207、第二光耦合器208、第二反射镜324、第三带通滤波器211、第三光耦合器212、第三反射镜327、第四带通滤波器215、第四光耦合器216、第四反射镜330、第五带通滤波器219、第五光耦合器220、第五反射镜333、第六带通滤波器223、第六光耦合器224、第六反射镜336放射线性排列，形成放射型线性谐振腔；

以第一激光转换和输出模块的工作过程为例，波长为λ1光脉冲由第一光纤放大器201输入，经过第一单模光纤202后由第一光环行器304输送至第一带通滤波器203滤出目标波长λ2，进一步通过第一光耦合器204输出所需要的激光λ2，剩余光脉冲经过第一反射镜301反射至第一光环形器304，进而将该剩余的光脉冲输送到第二光纤放大器205进行下一次处理，重复上述过程完成全部激光输出；

上述方式中，第五带通滤波器219与第一带通滤波器203中心波长可以几乎相同；第四带通滤波器215与第二带通滤波器207中心波长可以几乎相同；第一带通滤波器203中心波长、第二带通滤波器207中心波长、第三带通滤波器211中心波长、第四带通滤波器215中心波长、第五带通滤波器219中心波长以及第六带通滤波器223中心波长可以很接近，频谱可以有重叠。

在针对激光输出的实施方式中，如图5所示，可以采用耦合光路和多条可调延迟线；每个所述激光转换和输出模块的分光部件通过所述可调延迟线分别与所述耦合光路相连接，形成相互并联的形态，耦合光路将输入的激光耦合到同一光纤输出，可调延迟线可以根据需要设定不同波长脉冲序列的时间差。

本发明还提供了一个实施例，结合具体数值示例性的说明多波长脉冲激光器的原理组成；

在该实施例中，谐振腔为环形谐振腔，激光转换和输出模块中光波提取部件的预定波长选择交叉排列(如1、3、5、6、4、2)的第二顺序；六个激光转换和输出模块对应的六个波长选择为1035nm、1045nm、1055nm、1060nm、1050nm、1040nm；对应六个激光转换和输出模块中的带通滤波器的中心波长选择为1035nm、1045nm、1055nm、1060nm、1050nm、1040nm，带通滤波器的带宽可以选取为10nm，输出光波的中心波长的间隔距离小于光谱宽度，可以实现光谱的可重叠。

工作原理可以为：输入光波进入该同步光谱可重叠多波长脉冲激光器后，第一光纤放大器201对输入光波进行功率放大，功率放大后的光波经过第一单模光纤202进行频谱展宽，经过频谱展宽后的光波通过中心波长为1045nm的第一带通滤波器203得到中心波长为1045nm的光波，最后经过第一光耦合器204输出，得到中心波长为1045nm的光波，第一光耦合器204将剩余的光波发送给第二光纤放大器205；第二光纤放大器205对剩余的光波进行功率放大，功率放大后的光波经过第二单模光纤206进行频谱展宽，经过频谱展宽后的光波通过中心波长为1055nm的第二带通滤波器207得到中心波长为1055nm的光波，最后经过第二光耦合器208输出，得到中心波长为1055nm的光波，第二光耦合器208将剩余的光波发送给第三光纤放大器209；第三光纤放大器209对剩余的光波进行功率放大，功率放大后的光波经过第三单模光纤210进行频谱展宽，经过频谱展宽后的光波通过中心波长为1060nm的第三带通滤波器211得到中心波长为1060nm的光波，最后经过第三光耦合器212输出，得到中心波长为1060nm的光波，第三光耦合器212将剩余的光波发送给第四光纤放大器213；第四光纤放大器213对剩余的光波进行功率放大，功率放大后的光波经过第四单模光纤214进行频谱展宽，经过频谱展宽后的光波通过中心波长为1050nm的第四带通滤波器215得到中心波长为1050nm的光波，最后经过第四光耦合器216输出，得到中心波长为1050nm的光波，第四光耦合器216将剩余的光波发送给第五光纤放大器217；第五光纤放大器217对剩余的光波进行功率放大，功率放大后的光波经过第五单模光纤218进行频谱展宽，经过频谱展宽后的光波通过中心波长为1040nm的第五带通滤波器219得到中心波长为1040nm的光波，最后经过第五光耦合器220输出，得到中心波长为1040nm的光波，第五光耦合器220将剩余的光波发送给第六光纤放大器221；第六光纤放大器221对剩余的光波进行功率放大，功率放大后的光波经过第六单模光纤222进行频谱展宽，经过频谱展宽后的光波通过中心波长为1035nm的第六带通滤波器223得到中心波长为1035nm的光波，最后经过第六光耦合器224输出，得到中心波长为1035nm的光波，第六光耦合器224将剩余的光波发送给第一光纤放大器201，依次循环。

综上所述，本发明提供了一种同步光谱可重叠的多波长脉冲激光器，通过对每个光波的固设波长进行区分设置，使不同激光波长转换和输出模块对应各自预定波长的光波，并且光波提取部件对经过功率放大、频谱展宽之后的光波进行了限制，所以最后输出的光谱之间虽然可有相互重叠，但相互之间不会有影响；每个激光波长转换和增益、输出模块相对独立，多个不同波长的激光光波分别占用不同的模块，不再像传统激光器那样多个波长共用同一个增益介质，因而不会造成传统多波长激光器的各个波长激光的相互竞争和串扰；此外本发明提供的多波长脉冲激光器还具有光脉冲在谐振腔内可单向循环传播，也可依靠反射部件双向循环传播，使得同一激光器输出的多波长光波脉冲具有相同重复速率从而实现同步输出的优点；

本发明提供的多波长脉冲激光器还具有如下优点：

光脉冲在谐振腔内可单向循环传播，也可依靠反射部件双向循环传播，使得同一激光器输出光谱可重叠的同步多波长光波；

激光波长转换和输出模块数量可任意调整，应用环境适应性好；

激光波长转换和输出模块数量相对应的光波的预设波长可根据实际需要任意调整，应用领域广。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种同步光谱可重叠的多波长脉冲激光器，其特征在于，包括用于处理光脉冲的谐振腔，所述谐振腔内具有多个沿光脉冲传播方向布置的激光波长转换和输出模块，每个激光波长转换和输出模块包括沿光脉冲传播方向依次布置的光波增益部件、光波提取部件、分光部件；

所述光波增益部件用于放大光脉冲的光波的功率，还用于对光脉冲的光波进行频谱展宽，获得频谱展宽的光波；

所述光波提取部件用于，从某个所述光波提取部件相对应的所述光波增益部件的所述频谱展宽的光波中，提取符合该光波提取部件预设波长的光波，以及用于将该被提取的光波发送至所述分光部件；

所述分光部件用于输出所述符合预设波长的光波；

多个所述激光波长转换和输出模块按照输出光波的波长排列先逐渐增高再逐渐降低的方式布置，使该多个激光波长转换和输出模块输出的光波所属的光谱部分重叠；

每个所述激光波长转换和输出模块输出光波的波长独占该激光波长转换和输出模块的所述光波增益部件。

2.根据权利要求1所述的多波长脉冲激光器，其特征在于，所述的多个所述激光波长转换和输出模块按照输出光波的波长排列先逐渐增高再逐渐降低的方式布置包括，

所述谐振腔内沿光脉冲传播方向依次布置2n个所述激光波长转换和输出模块，该2n个激光波长转换和输出模块的所述光波提取部件的预设波长依次为：λ、λ+2Δλ、λ+4Δλ、λ+6Δλ…λ+(2n-2)Δλ、λ+(2n-1)Δλ…λ+3Δλ和λ+1Δλ。

3.根据权利要求2所述的多波长脉冲激光器，其特征在于，所述光波增益部件包括增益介质和频谱展宽部件，所述增益介质用于放大光脉冲的光波的功率，所述频谱展宽部件对光脉冲的光波进行频谱展宽，获得频谱展宽的光波。

4.根据权利要求1至3任一所述的多波长脉冲激光器，其特征在于，所述谐振腔为环形结构，所述激光波长转换和输出模块沿所述谐振腔延伸方向依次布置。

5.根据权利要求4所述的多波长脉冲激光器，其特征在于，多个所述激光波长转换和输出模块包括沿所述谐振腔延伸方向依次布置的第一激光转换和输出模块、第二激光转换和输出模块、第三激光转换和输出模块、第四激光转换和输出模块、第五激光转换和输出模块、第六激光转换和输出模块；所述第六激光转换和输出模块的分光部件与所述第一激光转换和输出模块的光波增益部件相对应，使光脉冲循环依次通过该多个激光波长转换和输出模块。

6.根据权利要求1至3任一所述的多波长脉冲激光器，其特征在于，所述谐振腔内还具有多个反射部件，每个所述反射部件包括反射镜和光环形器，所述光环行器分别位于每个所述激光波长转换和输出模块的所述光波增益部件与所述光波提取部件之间，所述反射镜分别与每个所述激光波长转换和输出模块的所述分光部件的输出端相连接；所述反射部件使光脉冲可在某个所述激光转换和输出模块内循环传播。

7.根据权利要求1至3任一所述的多波长脉冲激光器，其特征在于，还包括如下特征任意一种或多种：所述光波增益部件包括光纤放大器和/或单模光纤；所述光波提取部件为带通滤波器；所述分光部件为光耦合镜或分光镜。

8.根据权利要求1至3任一所述的多波长脉冲激光器，其特征在于，还包括耦合光路和多条可调延迟线；每个所述激光转换和输出模块的分光部件通过所述可调延迟线分别与所述耦合光路相连接，所述耦合光路用于将每个所述激光转换和输出模块输送的光波进行耦合输出。

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