CN112803226A - 激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光器。其中该激光器包括：泵浦光源，通过合束器连接至第一增益光纤，用于发出第一泵浦光以激励第一增益光纤；第一增益光纤，用于吸收第一泵浦光，将其转换成第二泵浦光并耦合入硫化物拉曼增益光纤；硫化物拉曼增益光纤，用于吸收第二泵浦光，并在其激励下产生拉曼光；锁模器件，被配置为拉曼光谱波段，用于对振荡腔内的拉曼光进行相位调制，得到锁模脉冲；色散补偿器件，用于补偿振荡腔内色散，使振荡腔净色散接近于零。本发明解决了现有技术难以满足某些特殊领域对特殊波长的飞秒脉冲的使用需求的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及激光领域，具体而言，涉及一种激光器。
背景技术
中红外超快飞秒激光常被用做激光精细加工、激光非线性实验、激光生物光子学和激光医疗等领域，超快飞秒脉冲常使用锁模器件进行锁模获得的，锁模腔内使用增益光纤获得增益，这种方法获得的脉冲波长受限于增益光纤的发射光谱带宽。光谱可调谐特性较差，不能满足某些特殊领域对特殊波长的飞秒脉冲的使用需求。
针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种激光器，以至少解决现有技术难以满足某些特殊领域对特殊波长的飞秒脉冲的使用需求的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种激光器，包括：泵浦光源，通过合束器连接至第一增益光纤，用于发出第一泵浦光以激励第一增益光纤；第一增益光纤，用于吸收第一泵浦光，将其转换成第二泵浦光并耦合入硫化物拉曼增益光纤；硫化物拉曼增益光纤，用于吸收第二泵浦光，并在其激励下产生拉曼光；锁模器件，被配置为拉曼光谱波段，用于对振荡腔内的拉曼光进行相位调制，得到锁模脉冲；色散补偿器件，用于补偿振荡腔内色散，使振荡腔净色散接近于零。
进一步地，激光器被配置为线性腔，激光器还包括反射镜，反射镜与锁模器件分别位于振荡腔中激光光路的最远侧，以使得振荡腔形成于反射镜与锁模器件之间。
进一步地，色散补偿器件包括与振荡腔色散特性相反的色散补偿光纤，用于对腔内激光脉冲进行色散补偿，使腔内的净色散接近于零色散，并处于负色散区域。
进一步地，色散补偿器件包括平行光栅对和准直器，准直器将激光脉冲以预定角度入射至平行光栅对，激光脉冲经平行光栅对反射后垂直入射至反射镜，使得激光脉冲原路返回至准直器，平行光栅对用于对腔内激光脉冲进行色散补偿，使腔内的净色散接近于零色散，并处于负色散区域。
进一步地，激光器被配置为环形腔，激光器还包括第一环形器，配置在振荡腔的激光环路中，用于将锁模器件耦合至振荡腔激光环路；色散补偿器件直接接入该激光环路，或者通过第二环形器耦合入激光环路。
进一步地，色散补偿器件包括与振荡腔色散特性相反的色散补偿光纤，色散补偿光纤直接接入激光环路，用于对振荡腔内激光脉冲进行色散补偿，使腔内的净色散接近于零色散，并处于负色散区域。
进一步地，色散补偿器件包括平行光栅对和准直器，第二准直器直接接入激光环路，并连接准直器，以通过准直器将激光脉冲以预定角度入射至平行光栅对，激光脉冲经平行光栅对反射后垂直入射至反射镜，使得激光脉冲原路返回至准直器，平行光栅对用于对腔内激光脉冲进行色散补偿，使腔内的净色散接近于零色散，并处于负色散区域。
进一步地，激光器还包括可调节支架，可调节支架包括两个可移动臂，平行光栅对分别固定于可调节支架的两个臂上，两个可移动臂可产生相互移动，使得两个平行光栅之间的垂直距离和水平距离被调整。
进一步地，通过可调节支架控制两个平行光栅之间产生位移，以控制平行光栅对补偿的色散量。
进一步地，锁模器件为半导体可饱和吸收镜SESAM。
进一步地，第一增益光纤为稀有金属掺杂光纤。
在本发明实施例中，采用泵浦光源，通过合束器连接至第一增益光纤，用于发出第一泵浦光以激励第一增益光纤；第一增益光纤，用于吸收第一泵浦光，将其转换成第二泵浦光并耦合入硫化物拉曼增益光纤；硫化物拉曼增益光纤，用于吸收第二泵浦光，并在其激励下产生拉曼光；锁模器件，被配置为拉曼光谱波段，用于对振荡腔内的拉曼光进行相位调制，得到锁模脉冲；色散补偿器件，用于补偿振荡腔内色散，使振荡腔净色散接近于零，从而实现了利用硫化物光纤的拉曼效应进行锁模获得中红外波段特殊波长的飞秒脉冲的技术效果，进而解决了现有技术难以满足某些特殊领域对特殊波长的飞秒脉冲的使用需求的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的一种可选的激光器结构示意图；
图2是根据本发明实施例的另一种可选的激光器结构示意图；
图3和图4是根据本发明实施例的两种可选的线性腔激光器结构示意图；
图5和图6是根据本发明实施例的两种可选的环形腔激光器结构示意图；
图7是根据本发明实施例的一种可选的可调节支架结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
根据本发明实施例，提供了一种激光器的装置实施例，如图1所示，根据本发明实施例的激光器包括：
泵浦光源10，通过合束器12连接至第一增益光纤14，用于发出第一泵浦光以激励第一增益光纤14；
第一增益光纤14，用于吸收第一泵浦光，将其转换成第二泵浦光并耦合入硫化物拉曼增益光纤16；
硫化物拉曼增益光纤16，用于吸收第二泵浦光，并在其激励下产生拉曼光；
锁模器件18，被配置为拉曼光谱波段，用于对振荡腔内的拉曼光进行相位调制，得到锁模脉冲；
色散补偿器件19，用于补偿振荡腔内色散，使振荡腔净色散接近于零。
其中，增益光纤可以为掺铒、掺铥等稀有金属掺杂光纤。通过使用合束器（波分复用器WMD）将泵浦耦合进入第一增益光纤，激励增益光纤产生ASE信号，ASE信号进入硫化物拉曼增益光纤后，作为泵浦光激励硫化物拉曼光纤，产生拉曼光谱，通过使用拉曼光谱波段的锁模器件，对腔内的拉曼光相位进行锁定，输出拉曼锁模脉冲。
通过上述激光器的配置，采用泵浦光源，通过合束器连接至第一增益光纤，用于发出第一泵浦光以激励第一增益光纤；第一增益光纤，用于吸收第一泵浦光，将其转换成第二泵浦光并耦合入硫化物拉曼增益光纤；硫化物拉曼增益光纤，用于吸收第二泵浦光，并在其激励下产生拉曼光；锁模器件，被配置为拉曼光谱波段，用于对振荡腔内的拉曼光进行相位调制，得到锁模脉冲；色散补偿器件，用于补偿振荡腔内色散，使振荡腔净色散接近于零，从而实现了利用硫化物光纤的拉曼效应进行锁模获得中红外波段特殊波长的飞秒脉冲的技术效果，进而解决了现有技术难以满足某些特殊领域对特殊波长的飞秒脉冲的使用需求的技术问题。
本发明利用硫化物光纤的超高拉曼效应，在常规振荡腔内引入硫化物光纤，作为拉曼锁模提供拉曼增益，使用锁模器件对腔内的拉曼光谱进行锁模控制，并使用色散补偿器件对腔内的色散进行补偿，最终输出超快中红外飞秒脉冲。
在一种具体实施方式中，激光器可以配置为线形腔，此时激光器中还包括反射镜，配置在振荡腔一侧，锁模器件配置在振荡腔另一侧，通过分束器耦合至拉曼增益光纤，反射镜和锁模器件均可使得激光光束原路返回，以在振荡腔中形成循环回路。
图2是根据本发明实施例的另一种激光器结构示意图，其中需要说明的是，与图1结构相同的部分参见上述对图1的描述，如下重点描述与图1的不同之处，参见图2，，激光器还包括反射镜17，反射镜17与锁模器件19分别位于振荡腔中激光光路的最远侧，以使得振荡腔形成于反射镜17与锁模器件19之间。
在一种具体实施方式中，色散补偿器件18包括平行光栅对和准直器，准直器将激光脉冲以预定角度入射至平行光栅对，激光脉冲经平行光栅对反射后垂直入射至反射镜，使得激光脉冲原路返回至准直器，平行光栅对用于对腔内激光脉冲进行色散补偿，使腔内的净色散接近于零色散，并处于负色散区域。
具体的，结合图3可以看出，由于飞秒的产生受限于腔内的色散，要求腔内的色散要接近零色散，所以锁模腔常被配置为超短腔使其接近或者色散管理腔。因此将光栅对插入振荡腔内对腔内脉冲进行色散补偿，使腔内的净色散接近于零色散，并处于负色散区域。即β净≈0并且β净<0。
在一种具体实施方式中，色散补偿器件18包括与振荡腔色散特性相反的色散补偿光纤，用于对腔内激光脉冲进行色散补偿，使腔内的净色散接近于零色散，并处于负色散区域。
具体的，结合图4可以看出，在色散补偿方式上，可以采用全光纤结构实现，使用相反色散特性的补偿光纤，对腔内的色散进行补偿，色散补偿光纤不仅可以作为色散补偿器件，同时还可以提供一定的拉曼增益，同时使用色散补偿光纤对腔内脉冲进行色散补偿，使腔内的净色散接近于零色散，并处于负色散区域。即β净≈0并且β净<0，从而满足拉曼锁模条件，输出超快飞秒锁模脉冲。
在一种具体实施方式中，激光器可以配置为环形腔，此时激光器中还包括第一环形器，配置在振荡腔激光环路中，其中用于将锁模器件耦合至振荡腔激光环路；色散补偿器件直接接入该激光环路，或者通过第二环形器藕合入激光环路。
具体的，图5和图6是根据本发明实施例的两种可选的环形腔激光器结构示意图；其中图5采用光栅对来实现色散补偿，图6通过全光纤结构来实现色散补偿，其原理与图3和图4所示的实施例类似，此处不再赘述。
在一种具体实施方式中，激光器还包括可调节支架，可调节支架包括两个可移动臂，平行光栅对分别固定于可调节支架的两个臂上，两个可移动臂可产生相互移动，使得两个平行光栅之间的垂直距离和水平距离被调整。
具体的，现有技术中有多种可以产生相对位移的可调节支架的机构，本发明可以采取任一已知的现有技术，并对此不作限定。虽然说明书中对可调节支架进行了一种具体描述，但本领域技术人员可以采取已知的任意结构，不应当以此为限。
图7是根据本发明实施例的一种可选的可调节支架结构示意图。如图7所示，可调节支架包括两个可移动臂71和73，分别连接平行光栅对70中的两个光栅，其中臂71与臂73之间通过L型连接件72连接，其中L型连接件72的两端分别设有螺纹（如图所示）或者弹性部件（弹性部件），使得该两端与臂71与臂73卡合或者铰接，通过产生阻尼力使该两端与臂71与臂73保持预设位置，以避免L型连接件72与臂71/臂73之间产生不期望的移动。当需要调节平行光栅对之间的距离以调整色散补偿量时，以大于阈值的力分别控制L型连接件72与臂71与臂73的连接深度，实现两个平行光栅之间的相对距离的调整。通过引入上述可调节支架，本发明相比于现有技术提高了振荡腔内色散调整的灵活度和精度。在一种具体实施方式中，臂71与臂73之间还可以通过十字形连接件，只要能实现调节即可。
进一步地，通过可调节支架控制两个平行光栅之间产生位移，以控制平行光栅对补偿的色散量。
进一步地，锁模器件为半导体可饱和吸收镜SESAM。
进一步地，第一增益光纤为稀有金属掺杂光纤。
本发明阐述了利用硫化物光纤的拉曼效应进行锁模获得中红外波段特殊波长的飞秒脉冲装置，由于硫化物具有超高的发拉曼增益，其增益为普通拉曼光纤的100-1000倍，意味着，使用更短的光纤就可以达到很高的拉曼增益，这使得锁模腔的长度得到控制，可有效控制腔内色散，输出中红外飞秒脉冲输出。本发明结构包括锁模器件、增益光纤、硫化物拉曼增益光纤和色散补偿器件：其中锁模器件用于对振荡腔内的ASE光进行相位调制，实现相位锁定，得到锁模脉冲；增益光纤用于吸收泵浦光并转换成信号光，产生的信号光作为泵浦，激励拉曼硫化物增益光纤，为振荡腔内拉曼锁模提供增益；色散补偿器件用于补偿腔内色散，使振荡腔净色散接近于零，以便输出超快飞秒脉冲。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种激光器，其特征在于，所述激光器包括：
泵浦光源，通过合束器连接至第一增益光纤，用于发出第一泵浦光以激励第一增益光纤；
第一增益光纤，用于吸收所述第一泵浦光，将其转换成第二泵浦光并耦合入硫化物拉曼增益光纤；
硫化物拉曼增益光纤，用于吸收所述第二泵浦光，并在其激励下产生拉曼光；
锁模器件，被配置为拉曼光谱波段，用于对振荡腔内的拉曼光进行相位调制，得到锁模脉冲；
色散补偿器件，用于补偿所述振荡腔内色散，使所述振荡腔净色散接近于零。
2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述激光器被配置为线性腔，所述激光器还包括反射镜，所述反射镜与所述锁模器件分别位于所述振荡腔中激光光路的最远侧，以使得所述振荡腔形成于所述反射镜与所述锁模器件之间。
3.根据权利要求2所述的激光器，其特征在于，所述色散补偿器件包括与所述振荡腔色散特性相反的色散补偿光纤，用于对振荡腔内激光脉冲进行色散补偿，使腔内的净色散接近于零色散，并处于负色散区域。
4.根据权利要求2所述的激光器，其特征在于，所述色散补偿器件包括平行光栅对和准直器，所述准直器将激光脉冲以预定角度入射至所述平行光栅对，激光脉冲经所述平行光栅对反射后垂直入射至所述反射镜，使得所述激光脉冲原路返回至所述准直器，所述平行光栅对用于对振荡腔内激光脉冲进行色散补偿，使腔内的净色散接近于零色散，并处于负色散区域。
5.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述激光器被配置为环形腔，所述激光器还包括第一环形器，配置在振荡腔的激光环路中，用于将锁模器件耦合至振荡腔激光环路；所述色散补偿器件直接接入该激光环路，或者通过第二环形器耦合入所述激光环路。
6.根据权利要求5所述的激光器，其特征在于，所述色散补偿器件包括与所述振荡腔色散特性相反的色散补偿光纤，所述色散补偿光纤直接接入所述激光环路，用于对振荡腔内激光脉冲进行色散补偿，使腔内的净色散接近于零色散，并处于负色散区域。
7.根据权利要求5所述的激光器，其特征在于，所述色散补偿器件包括平行光栅对和准直器，所述第二准直器直接接入所述激光环路，并连接准直器，以通过准直器将激光脉冲以预定角度入射至所述平行光栅对，激光脉冲经所述平行光栅对反射后垂直入射至所述反射镜，使得所述激光脉冲原路返回至所述准直器，所述平行光栅对用于对腔内激光脉冲进行色散补偿，使腔内的净色散接近于零色散，并处于负色散区域。
8.根据权利要求4或7所述的激光器，其特征在于，所述激光器还包括可调节支架，所述可调节支架包括两个可移动臂，所述平行光栅对分别固定于可调节支架的两个臂上，两个可移动臂可产生相互移动，使得两个平行光栅之间的垂直距离和水平距离被调整。
9.根据权利要求8所述的激光器，其特征在于，通过所述可调节支架控制两个平行光栅之间产生位移，以控制所述平行光栅对补偿的色散量。
10.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，两个可移动臂的活动端均设置有螺纹，分别铰接至L型连接件或者十字形连接件的两个螺纹孔中，通过旋转即可实现两个平行光栅之间相对距离的调整。
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