CN114268009B - 一种飞秒脉冲激光双波长扩展装置、方法及其光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种飞秒脉冲激光双波长扩展装置，所述飞秒脉冲激光双波长扩展装置包括：飞秒激光前端模块、波长扩展模块、光纤展宽器和脉冲放大器模块、脉冲压缩模块、光谱旁瓣滤波模块。还提供了方法及其光纤激光器。本发明的飞秒脉冲激光双波长扩展装置充分结合了超连续产生方法与光谱旁瓣滤波方法的优势，利用高非线性光纤可以突破光谱旁瓣滤波展宽光谱的限制，得到跨越掺杂离子增益谱的成分的脉冲，再分别利用光谱旁瓣滤波方法可以获得，光谱范围在0.8‑1.92um可调谐的无需压缩的100fs左右的近变换极限近百飞秒的脉冲。

Description

一种飞秒脉冲激光双波长扩展装置、方法及其光纤激光器

技术领域

本发明属于超快激光领域，具体涉及一种飞秒脉冲激光双波长扩展装置、方法及其光纤激光器。

背景技术

超快光纤激光器具有紧凑型、稳定性以及优异的光束质量等优点，所以在非线性光学、微加工、光通讯、现代眼科和显微镜方面有重要的作用。

目前比较成熟的超快光纤激光器主要有：中心波长在1.03um的掺镱光纤激光器、1.55um的掺铒光纤激光器、2um的掺铥或掺钬光纤激光器和3um附近的掺铒氟化物光纤激光器。虽然改变光纤中的掺杂离子可以得到不同激发波长的激光输出，但仍有很多应用无法满足。因此，为了覆盖更多的应用场景与应用范围，获得波长可调谐的激光光源，目前一般采用非线性转换的方式，主要有孤子自频移(SSFS)、超连续产生(SC)和光谱旁瓣滤波(SESS)的方法。然而这些方法目前存在一下限制：

孤子自频移需要在负色散光纤中实现，对于掺镱光纤激光器来说，一般需要特定的光子晶体光纤在1.03um实现负色散，这些光纤具有极高的非线性，导致在1.07-1.2um范围内的拉曼孤子脉冲能量一般小于0.2nJ，无法满足部分需要更高能量脉冲的应用。

超连续谱产生能够产生覆盖波长范围很宽的光谱，但是在具体应用过程中需要选取部分波长的脉冲作为信号光，导致功率比较低，无法满足部分需要更高能量脉冲的应用。

光谱旁瓣滤波能够产生波长调谐的、无需压缩的近变换极限脉冲，但是其波长调谐范围无法跨越掺杂离子的增益谱，比如无法从1um扩展到1.55um，无法满足部分需要其他波长脉冲的应用。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种飞秒脉冲激光双波长扩展装置、方法及其光纤激光器。此装置使用超连续产生(SC)方法输出跨越掺杂离子增益谱的光谱成分(从1.55um掺铒增益谱区产生1um掺镱增益谱区的光谱成分)，再分别从两个波长超短脉冲出发，利用光谱旁瓣滤波技术产生0.8–1.92um可调谐的无需压缩的近变换极限飞秒脉冲。

为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种飞秒脉冲激光双波长扩展装置，所述飞秒脉冲激光双波长扩展装置包括：飞秒激光前端模块、波长扩展模块、光纤展宽器和脉冲放大器模块、脉冲压缩模块、光谱旁瓣滤波模块；其中，

所述纤展宽器和脉冲放大器模块包括第一光纤展宽器和脉冲放大器模块和第二光纤展宽器和脉冲放大器模块；

所述脉冲压缩模块包括第一脉冲压缩模块和第二脉冲压缩模块；和/或

所述光谱旁瓣滤波模块包括第一光谱旁瓣滤波模块和第二光谱旁瓣滤波模块；

优选地，所述飞秒激光前端模块的输出端与所述波长扩展模块的输入端相连，所述波长扩展模块的输出端与所述第一光纤展宽器和脉冲放大器模块的输入端相连，所述第一光纤展宽器和脉冲放大器模块的输出端与所述第一脉冲压缩模块的输入端相连，所述第一脉冲压缩模块的输出端与所述第一光谱旁瓣滤波模块的输入端相连，所述波长扩展模块的分束端与所述第二光纤展宽器和脉冲放大器模块的输入端相连，所述第二光纤展宽器和脉冲放大器模块的输出端与所述第二脉冲压缩模块的输入端相连，所述第二脉冲压缩模块的输出端与所述第二光谱旁瓣滤波模块的输入端相连；和/或

优选地，所述飞秒激光前端模块用于输出超短脉冲序列，所述波长扩展模块用于输出跨越掺杂离子增益谱的光谱成分，所述第一光纤展宽器和脉冲放大器模块用于对新产生波长的超短脉冲进行展宽和放大，所述第一脉冲压缩模块用于对第一脉冲压缩模块的输出端的脉冲进行色散补偿，所述第一光谱旁瓣滤波模块用于对所述第一脉冲压缩模块输出端输出的脉冲进行光谱旁瓣滤波，所述第二光纤展宽器和脉冲放大器模块用于对所述波长扩展模块分数端的脉冲进行展宽和放大，所述第二脉冲压缩模块用于第二脉冲压缩模块的输出端的脉冲进行色散补偿，所述第二光谱旁瓣滤波模块用于对所述第二脉冲压缩模块输出端输出的脉冲进行光谱旁瓣滤波。

根据本发明第一方面的飞秒脉冲激光双波长扩展装置，其中，所述输出跨越掺杂离子增益谱的光谱成分的方法为超连续产生(SC)或色散波产生，最优选为超连续产生(SC)；

所述波长扩展模块用于对所述飞秒激光前端模块输出端输出的脉冲进行功率放大；和/或

所述第一光谱旁瓣滤波模块和所述第二光谱旁瓣滤波模块输出端输出光谱展宽滤波后的脉冲。

根据本发明第一方面的飞秒脉冲激光双波长扩展装置，其中，所述飞秒激光前端模块包括：振荡器、泵浦激光源、波分复用器增益光纤、光纤耦合器、光纤环形器、非球面透镜；其中，

所述飞秒激光前端模块输出飞秒脉冲序列的平均功率为0.5-3mW，优选为1-3mW；

所述飞秒激光前端模块中振荡器发射的超短脉冲序列中心波长范围为1.55um～1.57um，最优选为1.55um；和/或

所述振荡器选自以下一种或多种：光纤激光振荡器、固态激光振荡器、“8”字形振荡器或“9”字形振荡器，优选为掺铒光纤振荡器或掺铒光纤放大器，进一步优选为锁模激光振荡器的光纤激光振荡器；

优选地，所述锁模的方式选自以下一种或多种：半导体可饱和吸收镜、非线性偏振旋转、非线性光学环形镜、“8”字形锁模或“9”字形锁模，最优选为半导体可饱和吸收镜；

进一步优选地，所述锁模激光振荡器的光纤激光振荡器为基于半导体可保护吸收镜锁模的掺铒光纤振荡器。

根据本发明第一方面的飞秒脉冲激光双波长扩展装置，其中，所述波长扩展模块包括：波分复用混合器、泵浦激光源、增益光纤、光纤耦合器、高非线性光纤；其中，

优选地，所述飞秒激光前端模块发射的超短脉冲序列经过所述增益光纤后被放大的平均功率为60-100mW，更优选为65-75mW；

优选地，所述超短脉冲序列经过所述增益光纤后被放大的光谱展宽为30-70nm，更优选为40-60nm；和/或

优选地，所述光纤耦合器可将经过所述增益光纤后的脉冲压缩至30-70fs，更优选为40-60fs。

根据本发明第一方面的飞秒脉冲激光双波长扩展装置，其中，所述光纤耦合器将脉冲分为80-95％和20-5％两份，最优选为95％和5％；

优选地，所述95％的部分经过高非线性光纤进行光谱展宽，所述5％的部分由分束端进入光纤展宽器和脉冲放大器模块。

根据本发明第一方面的飞秒脉冲激光双波长扩展装置，其中，所述光纤展宽器和脉冲放大器模块包括：光纤展宽器、脉冲放大器、分复用混合器、泵浦激光源、增益光纤、隔离器、合束器；

优选地，所述光纤展宽器为色散补偿光纤展宽器或基于法拉第旋光镜光纤双通展宽器；

优选地，所述脉冲放大器为单模增益光纤预放大器和/或多模增益光纤主放大器，进一步优选为一级单模增益光纤预放大器和一级多模增益光纤主放大器；和/或

优选地，经过所述光纤展宽器和脉冲放大器模块后的脉冲平均功率为2-10W，更优选为4-10W，进一步优选为6-10W，最优选为6W。

根据本发明第一方面的飞秒脉冲激光双波长扩展装置，其中，所述脉冲压缩模块包括色散调控器件；

优选地，所述色散调控器件选自以下一种或多种：光栅对、棱镜对、啁啾镜，最优选为光栅对；和/或

优选地，所述脉冲压缩模块还包括非球面透镜、光学隔离器、半波片、平面反射镜、透射光栅；

进一步优选地，所述透射光栅还包括第一透射光栅和第二透射光栅；

更进一步优选地，所述第一透射光栅和所述第二透射光栅平行放置，并且第二透射光栅安装于可调位移平台上。

根据本发明第一方面的飞秒脉冲激光双波长扩展装置，其中，所述光谱旁瓣滤波模块包括：光谱展宽器和光谱滤波器；

优选地，所述光谱展宽器选自以下一种或多种：单模光纤、光子晶体光纤、空芯充气光纤，更优选为光子晶体光纤，最优选为光谱旁瓣滤波光纤；

优选地，所述光谱滤波器选自以下一种或多种：双色镜、带通滤波片、长通滤波片，最优选为带通滤波片；

优选地，所述光谱旁瓣滤波模块还包括：半波片、偏振分束器和非球面透镜；和/或

优选地，所述光谱滤波器可过滤脉冲光谱的最长波和最短波旁瓣。

本发明的第二方面提供了一种飞秒脉冲激光扩展方法，所述方法包括：使用第一方面的装置扩展飞秒脉冲激光；并且，所述装置的飞秒激光前端发射超短脉冲序列，所述短脉冲序列经过所述装置的波长扩展模块，由输出端和分束端输出超短脉冲；

优选地，由输出端输出的所述超短脉冲经所述第一光纤展宽器和脉冲放大器模块进行展宽和放大，输出放大脉冲，所述放大脉冲经所述第一脉冲压缩模进行色散补偿以压缩脉冲宽度，产生高峰值功率的超短飞秒脉冲，所述超短飞秒脉冲经所述第一光谱旁瓣滤波模块进行光谱旁瓣滤波，过滤出波长不同于由分束端输出的超短脉冲；和/或

优选地，由分束端输出的所述超短脉冲经所述第二光纤展宽器和脉冲放大器模块进行展宽和放大，输出放大脉冲；所述放大脉冲经所述第二脉冲压缩模块进行色散补偿以压缩脉冲宽度，产生高峰值功率的超短飞秒脉冲；所述超短飞秒脉冲经所述第二光谱旁瓣滤波模块进行光谱旁瓣滤波，过滤出波长不同于由输出端输出的超短脉冲。

本发明的第三方面提供了一种超快光纤激光器，所述超快光纤激光器包括第一方面的飞秒脉冲激光双波长扩展装置。

基于上述装置，本发明提供了一种技术方案，此方案如下：

一种宽可调谐范围光谱旁瓣滤波飞秒脉冲激光双波长扩展装置，包括：飞秒激光前端模块、波长扩展模块、第一光纤展宽器和脉冲放大器模块、第一脉冲压缩模块、第一光谱旁瓣滤波模块、第二光纤展宽器和脉冲放大器模块、第二脉冲压缩模块和第二光谱旁瓣滤波模块；所述飞秒激光前端模块的输出端与所述波长扩展模块的输入端相连；所述波长扩展模块的输出端与所述第一光纤展宽器和脉冲放大器模块的输入端相连；所述第一光纤展宽器和脉冲放大器模块的输出端与所述第一脉冲压缩模块的输入端相连；所述第一脉冲压缩模块的输出端与所述第一光谱旁瓣滤波模块的输入端相连；所述波长扩展模块的分束端与所述第二光纤展宽器和脉冲放大器模块的输入端相连；所述第二光纤展宽器和脉冲放大器模块的输出端与所述第二脉冲压缩模块的输入端相连；所述第二脉冲压缩模块的输出端与所述第二光谱旁瓣滤波模块的输入端相连；

所述飞秒激光前端模块用于发射一定功率的超短脉冲序列A；所述波长扩展模块用于产生跨越掺杂离子增益谱的光谱成分，输出端和分束端分别输出超短脉冲B和C；所述第一光纤展宽器和脉冲放大器模块用于对新产生波长的超短脉冲进行展宽和放大，输出放大脉冲D；

所述第一脉冲压缩模块用于对第一脉冲压缩模块的输出端的脉冲进行色散补偿以压缩脉冲宽度，产生高峰值功率的超短飞秒脉冲F；所述第一光谱旁瓣滤波模块用于对所述第一脉冲压缩模块输出端输出的脉冲进行光谱旁瓣滤波，选出不同波长的超短脉冲H；

所述第二光纤展宽器和脉冲放大器模块用于对所述波长扩展模块分数端的脉冲进行展宽和放大，输出放大脉冲E；所述第二脉冲压缩模块用于第二脉冲压缩模块的输出端的脉冲进行色散补偿以压缩脉冲宽度，产生高峰值功率的超短脉冲G；所述第二光谱旁瓣滤波模块用于对所述第二脉冲压缩模块输出端输出的脉冲进行光谱旁瓣滤波，选出不同波长的超短脉冲I。

进一步，所述的飞秒激光前端模块中包括振荡器，优选为锁模光纤激光振荡器。锁模光纤激光振荡器，锁模方式可以是半导体可饱和吸收镜、非线性偏振旋转和非线性光学环形镜等，优选为中心波长工作在1.55μm的半导体可饱和吸收镜锁模的掺镱光纤振荡器，输出一定功率的脉冲序列A。

进一步，所述的波长扩展模块由第一隔离波分复用混合器、第二二极管泵浦激光源、第二增益光纤、第二光纤耦合器和高非线性光纤组成，第二二极管泵浦激光源给第二增益光纤中的脉冲提供增益，脉冲在第二增益光纤中非线性放大，功率放大的同时光谱也在展宽，放大后的脉冲经过第二光纤耦合器后，功率高的脉冲进行非线性压缩以进一步提高脉冲峰值功率，然后进入高非线性光纤中产生超连续光谱，输出脉冲B。之后从分束端输出功率低的脉冲C。

进一步，所述的第一光纤展宽器和脉冲放大器模块由展宽器和放大器组成，包括：第一光纤展宽器、第二隔离波分复用混合器、第三二极管泵浦激光源、第三增益光纤、第一光学隔离器、第四二极管泵浦激光源、第一合束器和第四增益光纤；所述第一光纤展宽器用来展宽脉冲以降低非线性，第三二极管泵浦激光源给第三增益光纤中的脉冲提供增益，脉冲在第三增益光纤中线性放大，第四二极管泵浦激光源给第四增益光纤中的脉冲提供增益，脉冲在第四增益光纤中进一步线性放大，输出放大后脉冲D。

进一步，所述的第一脉冲压缩模块由第三非球面透镜、第二光学隔离器、第一半波片、第一平面反射镜、第一透射光栅、第二透射光栅和第二平面反射镜组成；所述第一透射光栅和第二透射光栅平行放置，且第二透射光栅安装于精密可调位移平台上，用于调整光栅对之间的距离以改变补偿入射脉冲的色散量，之后从第一平面反射镜输出压缩脉冲F。

进一步，所述的第一光谱旁瓣滤波模块由光谱展宽器件和光谱滤波片组成，包括第三平面反射镜、第二半波片、第一偏振分束器、第一挡光板、第四非球面透镜、第一光谱旁瓣滤波光纤、第五非球面透镜和第一光学滤波器；第三平面反射镜将脉冲调整至一定高度，第二半波片改变脉冲的线偏振方向，从而改变通过第一偏振分束器的脉冲比例，用第一挡光板遮挡住第一偏振分束器反射的脉冲，透过第一偏振分束器的脉冲经过第四非球面透镜聚焦至第一光谱旁瓣滤波光纤中进行基于自相位调制的光谱展宽，自相位调制会在光谱上产生一个个分离的旁瓣，再经过相同焦距的第四非球面透镜将脉冲准直，选择透过带宽在最长波和最短波处的滤波器将旁瓣过滤出来，输出波长可以调谐的近变换极限脉冲H。

进一步，所述的第二光纤展宽器和脉冲放大器模块由展宽器和放大器组成，包括：第二展宽光纤、第三隔离波分复用混合器、第五二极管泵浦激光源、第五增益光纤、第四隔离波分复用混合器、第六二极管泵浦激光源、第六增益光纤、第三光学隔离器、第七二极管泵浦激光源、第二合束器和第七增益光纤；所述第二光纤展宽器用来展宽脉冲以降低非线性，第三和第四二极管泵浦激光源分别给第三和第四增益光纤中的脉冲提供增益，脉冲在第三和第四增益光纤中线性放大，第六二极管泵浦激光源给第六增益光纤中的脉冲提供增益，脉冲在第四增益光纤中进一步线性放大，输出放大后脉冲E。

进一步，所述的第二脉冲压缩模块由第六非球面透镜、第四光学隔离器、第三半波片、第四平面反射镜、第三透射光栅、第四透射光栅和第五平面反射镜组成；所述第三透射光栅和第四透射光栅平行放置，且第四透射光栅安装于精密可调位移平台上，用于调整光栅对之间的距离以改变补偿入射脉冲的色散量，之后从第四平面反射镜输出压缩脉冲G。

进一步，所述的第二光谱旁瓣滤波模块由光谱展宽器件和光谱滤波片组成，包括第六平面反射镜、第四半波片、第二偏振分束器、第二挡光板、第七非球面透镜、第二光谱旁瓣滤波光纤、第八非球面透镜和第二光学滤波器；第六平面反射镜将脉冲调整至一定高度，第四半波片改变脉冲的线偏振方向，从而改变通过第二偏振分束器的脉冲比例，用第二挡光板遮挡住第一偏振分束器反射的脉冲，透过第二偏振分束器的脉冲经过第七非球面透镜聚焦至第二光谱旁瓣滤波光纤中进行基于自相位调制的光谱展宽，自相位调制会在光谱上产生一个个分离的旁瓣，再经过相同焦距的第八非球面透镜将脉冲准直，选择透过带宽在最长波和最短波处的滤波器将旁瓣过滤出来，输出波长可以调谐的近变换极限脉冲I。

本发明的飞秒脉冲激光双波长扩展装置可以具有但不限于以下有益效果：

本发明的飞秒脉冲激光双波长扩展装置充分结合了超连续产生方法与光谱旁瓣滤波方法的优势，利用高非线性光纤可以突破光谱旁瓣滤波展宽光谱的限制，得到跨越掺杂离子增益谱的成分的脉冲，再分别利用光谱旁瓣滤波方法可以获得，光谱范围在0.8-1.92um可调谐的无需压缩的100fs左右的近变换极限近百飞秒的脉冲。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：

图1示出了实施例1中本发明的飞秒脉冲激光双波长扩展装置的结构示意图。

附图标记说明：

1、飞秒激光前端模块；2、波长扩展模块；3、第一光纤展宽器和脉冲放大器模块；4、第一脉冲压缩模块；5、第一光谱旁瓣滤波模块；6、第二光纤展宽器和脉冲放大器模块；7、第二脉冲压缩模块；8、第二光谱旁瓣滤波模块；9、第一二极管泵浦激光源；10、波分复用器；11、第一增益光纤；12、第一光纤耦合器；13、光纤环形器；14、第一非球面透镜；15、第二非球面透镜；16、第一半导体可饱和吸收镜；17、第一隔离波分复用混合器；18、第二二极管泵浦激光源；19、第二增益光纤；20、第二光纤耦合器；21、高非线性光纤；22、第一光纤展宽器；23、第二隔离波分复用混合器；24、第三二极管泵浦激光源；25、第三增益光纤；26、第一光学隔离器；27、第四二极管泵浦激光源；28、第一合束器；29、第四增益光纤；30、第三非球面透镜；31、第二光学隔离器；32、第一半波片；33、第一平面反射镜；34、第一透射光栅；35、第二透射光栅；36、第二平面反射镜；37、第三平面反射镜；38、第二半波片；39、第一偏振分束器；40、第一挡光板；41、第四非球面透镜；42、第一光谱旁瓣滤波光纤；43、第五非球面透镜；44、第一光学滤波器；45、第二展宽光纤；46、第三隔离波分复用混合器；47、第五二极管泵浦激光源；48、第五增益光纤；49、第四隔离波分复用混合器；50、第六二极管泵浦激光源；51、第六增益光纤；52、第三光学隔离器；53、第七二极管泵浦激光源；54、第二合束器；55、第七增益光纤；56、第六非球面透镜；57、第四光学隔离器；58、第三半波片；59、第四平面反射镜；60、第三透射光栅；61、第四透射光栅；62、第五平面反射镜；63、第六平面反射镜；64、第四半波片；65、第二偏振分束器；66、第二挡光板；67、第七非球面透镜；68、第二光谱旁瓣滤波光纤；69、第八非球面透镜；70、第二光学滤波器。

A、飞秒激光前端1发射的超短脉冲序列；B、波长扩展模块2输出的另外一个波长的脉冲；C、波长扩展模块放大后的脉冲；D、脉冲B经第一光纤展宽器模块和放大器模块3后的脉冲；E、脉冲C经第二光纤展宽器模块和放大器模块6后的脉冲；F、脉冲D经第一脉冲压缩模块4压缩输出的超短飞秒脉冲；G、脉冲E经第二脉冲压缩模块7压缩输出的超短飞秒脉冲；H、脉冲F经第一光谱旁瓣滤波模块5过滤输出的超短飞秒脉冲；I、脉冲G经第二光谱旁瓣滤波模块8过滤输出的超短飞秒脉冲。

具体实施方式

下面通过具体的实施例进一步说明本发明，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细具体地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。

本部分对本发明试验中所使用到的材料以及试验方法进行一般性的描述。虽然为实现本发明目的所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的，但是本发明仍然在此作尽可能详细描述。本领域技术人员清楚，在上下文中，如果未特别说明，本发明所用材料和操作方法是本领域公知的。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本实施例用于说明本发明的飞秒脉冲激光双波长扩展装置的结构与作用。

图1示出了本发明的飞秒脉冲激光双波长扩展装置的结构示意图。所述飞秒脉冲激光双波长扩展装置包括：飞秒激光前端模块1、波长扩展模块2、第一光纤展宽器和脉冲放大器模块3、第一脉冲压缩模块4、第一光谱旁瓣滤波模块5、第二光纤展宽器和脉冲放大器模块6、第二脉冲压缩模块7和第二光谱旁瓣滤波模块8。

飞秒激光前端模块1采用半导体可饱和吸收镜锁模的掺铒光纤振荡器，其中，脉冲沿逆时针方向传播，经过波分复用器10、掺铒增益光纤11、第一光纤耦合器12，能量80％的脉冲逆时针再经过光纤环形器13，经过第一非球面透镜13后成为平行光束，再经过第二非球面透镜15聚焦到半导体可饱和吸收镜16后再反射经过环形器13、波分复用器10完成振荡。振荡器输出的超短脉冲序列A对应的参数为：中心波长1.55um，光谱半高宽20nm，重复频率32MHz。

波长扩展模块：脉冲A经过第一隔离波分复用混合器17、掺铒增益光纤19放大至75mW，放大后的脉冲经过第二光纤耦合器20，95％能量的脉冲经过高非线性光纤21后利用超连续产生(SC)技术产生光谱展宽至1um的脉冲B，C为5％能量的1.55um的脉冲。

1um的脉冲B进入到第一光纤展宽器和脉冲放大器模块3中后输出平均功率为5W的脉冲D。脉冲D经过第三非球面透镜30后成为平行光束，穿过第二光学隔离器31后再经过第一半波片32后旋转成竖直偏振，然后直接入射到第一透射光栅34和第二透射光栅35组成的光栅对，第一透射光栅34和第二透射光栅35平行放置，且第二透射光栅35安装在精密可调位移平台上，可灵活控制光栅对间距，脉冲序列经过稍微向下倾斜的第二平面反射镜36后降低一定高度再次返回并透过光栅对，最终在第一平面反射镜33上以45度角反射后输出压缩后近变换极限脉宽的脉冲F。

脉冲F经过第三平面反射镜37以45度角反射，反射后的脉冲经过第二半波片38和第一偏振分束器39组成的功率调节装置，第二半波片38将脉冲旋转角度范围在0°±90°的线偏振光，本实施例中角度为0°的线偏振光，竖直方向偏振的分量透过第一偏振分束器39，从而实现透过脉冲的功率调节。透过的脉冲经过第四非球面透镜41聚焦耦合到用于光谱滤波旁瓣的光纤中，脉冲在自相位调制的作用下进行光谱展宽，形成一个个分立的旁瓣，光谱展宽后的脉冲经过第五非球面透镜43形成平行光束，经过第一滤波器44后，可以将最短波或最长波旁瓣过滤出来，通过调节耦合进光纤的脉冲能量，选用波长在800nm，850nm，900nm，950nm，1100nm,1150nm和1200nm带宽为50nm的滤波器44，过滤出来的旁瓣脉冲H可以实现波长在0.8um–1.2um可调谐，并且脉冲宽度约为100fs的接近变换极限脉宽。

1.55um的脉冲C进入到第二光纤展宽器和脉冲放大器模块6中后输出平均功率为5W的脉冲E。脉冲E经过第六非球面透镜56后成为平行光束，穿过第四光学隔离器57后再经过第三半波片58后旋转成竖直偏振，然后直接入射到第三透射光栅60和第四透射光栅61组成的光栅对，第一透射光栅60和第二透射光栅61平行放置，且第二透射光栅61安装在精密可调位移平台上，可灵活控制光栅对间距，脉冲序列经过稍微向下倾斜的第五平面反射镜62后降低一定高度再次返回并透过光栅对，最终在第四平面反射镜59上以45度角反射后输出压缩后近变换极限脉宽的脉冲G。

脉冲G经过第六平面反射镜63以45度角反射，反射后的脉冲经过第四半波片64和第二偏振分束器65组成的功率调节装置，第四半波片64将脉冲旋转角度范围在0°±90°的线偏振光，本实施例中角度为0°的线偏振光，竖直方向偏振的分量透过第二偏振分束器65，从而实现透过脉冲的功率调节。透过的脉冲经过第七非球面透镜67聚焦耦合到用于光谱滤波旁瓣的光纤中，脉冲在自相位调制的作用下进行光谱展宽，形成一个个分立的旁瓣，光谱展宽后的脉冲经过第八非球面透镜69形成平行光束，经过第二滤波器70后，可以将脉冲光谱的最短波或最长波旁瓣过滤出来，通过调节耦合进光纤的脉冲能量，选用带宽为50nm的波长在1250nm，1300nm，1350nm，1400nm，1450nm,1600nm，1650nm的带通和1650nm，1800nm的长通的滤波器70，过滤出来的旁瓣脉冲I可以实现波长在1.25um–1.92um可调谐，并且脉冲宽度约为100fs的接近变换极限脉宽。

尽管本发明已进行了一定程度的描述，明显地，在不脱离本发明的精神和范围的条件下，可进行各个条件的适当变化。可以理解，本发明不限于所述实施方案，而归于权利要求的范围，其包括所述每个因素的等同替换。

Claims (34)

1.一种飞秒脉冲激光双波长扩展装置，其特征在于，所述飞秒脉冲激光双波长扩展装置包括：飞秒激光前端模块、波长扩展模块、光纤展宽器和脉冲放大器模块、脉冲压缩模块、光谱旁瓣滤波模块；其中，

所述纤展宽器和脉冲放大器模块包括第一光纤展宽器和脉冲放大器模块和第二光纤展宽器和脉冲放大器模块；

所述脉冲压缩模块包括第一脉冲压缩模块和第二脉冲压缩模块；和/或

所述光谱旁瓣滤波模块包括第一光谱旁瓣滤波模块和第二光谱旁瓣滤波模块。

2.根据权利要求1所述的飞秒脉冲激光双波长扩展装置，其特征在于，所述飞秒激光前端模块的输出端与所述波长扩展模块的输入端相连，所述波长扩展模块的输出端与所述第一光纤展宽器和脉冲放大器模块的输入端相连，所述第一光纤展宽器和脉冲放大器模块的输出端与所述第一脉冲压缩模块的输入端相连，所述第一脉冲压缩模块的输出端与所述第一光谱旁瓣滤波模块的输入端相连，所述波长扩展模块的分束端与所述第二光纤展宽器和脉冲放大器模块的输入端相连，所述第二光纤展宽器和脉冲放大器模块的输出端与所述第二脉冲压缩模块的输入端相连，所述第二脉冲压缩模块的输出端与所述第二光谱旁瓣滤波模块的输入端相连。

3.根据权利要求1所述的飞秒脉冲激光双波长扩展装置，其特征在于，所述飞秒激光前端模块用于输出超短脉冲序列，所述波长扩展模块用于输出跨越掺杂离子增益谱的光谱成分，所述第一光纤展宽器和脉冲放大器模块用于对新产生波长的超短脉冲进行展宽和放大，所述第一脉冲压缩模块用于对第一脉冲压缩模块的输出端的脉冲进行色散补偿，所述第一光谱旁瓣滤波模块用于对所述第一脉冲压缩模块输出端输出的脉冲进行光谱旁瓣滤波，所述第二光纤展宽器和脉冲放大器模块用于对所述波长扩展模块分数端的脉冲进行展宽和放大，所述第二脉冲压缩模块用于第二脉冲压缩模块的输出端的脉冲进行色散补偿，所述第二光谱旁瓣滤波模块用于对所述第二脉冲压缩模块输出端输出的脉冲进行光谱旁瓣滤波。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的飞秒脉冲激光双波长扩展装置，其特征在于：

所述输出跨越掺杂离子增益谱的光谱成分的方法为超连续产生(SC)或色散波产生；

所述波长扩展模块用于对所述飞秒激光前端模块输出端输出的脉冲进行功率放大；和/或

所述第一光谱旁瓣滤波模块和所述第二光谱旁瓣滤波模块输出端输出光谱展宽滤波后的脉冲。

5.根据权利要求4所述的飞秒脉冲激光双波长扩展装置，其特征在于，所述输出跨越掺杂离子增益谱的光谱成分的方法为超连续产生(SC)。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的飞秒脉冲激光双波长扩展装置，其特征在于，所述飞秒激光前端模块包括：振荡器、泵浦激光源、波分复用器增益光纤、光纤耦合器、光纤环形器、非球面透镜；其中，

所述飞秒激光前端模块输出飞秒脉冲序列的平均功率为0.5-3mW；

所述飞秒激光前端模块中振荡器发射的超短脉冲序列中心波长范围为1.55um～1.57um；和/或

所述振荡器选自以下一种或多种：光纤激光振荡器、固态激光振荡器、“8”字形振荡器或“9”字形振荡器。

7.根据权利要求6所述的飞秒脉冲激光双波长扩展装置，其特征在于：

所述飞秒激光前端模块输出飞秒脉冲序列的平均功率1-3mW；

所述飞秒激光前端模块中振荡器发射的超短脉冲序列中心波长为1.55um；和/或

所述振荡器为掺铒光纤振荡器或掺铒光纤放大器。

8.根据权利要求7所述的飞秒脉冲激光双波长扩展装置，其特征在于，所述振荡器为锁模激光振荡器的光纤激光振荡器。

9.根据权利要求8所述的飞秒脉冲激光双波长扩展装置，其特征在于，所述锁模的方式选自以下一种或多种：半导体可饱和吸收镜、非线性偏振旋转、非线性光学环形镜、“8”字形锁模或“9”字形锁模。

10.根据权利要求9所述的飞秒脉冲激光双波长扩展装置，其特征在于，所述锁模的方式为半导体可饱和吸收镜。

11.根据权利要求10所述的飞秒脉冲激光双波长扩展装置，其特征在于：所述锁模激光振荡器的光纤激光振荡器为基于半导体可保护吸收镜锁模的掺铒光纤振荡器。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的飞秒脉冲激光双波长扩展装置，其特征在于，所述波长扩展模块包括：分复用混合器、泵浦激光源、增益光纤、光纤耦合器、高非线性光纤。

13.根据权利要求12所述的飞秒脉冲激光双波长扩展装置，其特征在于：

所述飞秒激光前端模块发射的超短脉冲序列经过所述增益光纤后被放大的平均功率为60-100mW；

所述超短脉冲序列经过所述增益光纤后被放大的光谱展宽为30-70nm；和/或

所述光纤耦合器可将经过所述增益光纤后的脉冲压缩至30-70fs。

14.根据权利要求13所述的飞秒脉冲激光双波长扩展装置，其特征在于：

所述飞秒激光前端模块发射的超短脉冲序列经过所述增益光纤后被放大的平均功率为65-75mW；

所述超短脉冲序列经过所述增益光纤后被放大的光谱展宽为40-60nm；和/或

所述光纤耦合器可将经过所述增益光纤后的脉冲压缩至40-60fs。

15.根据权利要求12所述的飞秒脉冲激光双波长扩展装置，其特征在于，所述光纤耦合器将脉冲分为80-95％和20-5％两份。

16.根据权利要求15所述的飞秒脉冲激光双波长扩展装置，其特征在于，所述光纤耦合器将脉冲分为95％和5％两份。

17.根据权利要求16所述的飞秒脉冲激光双波长扩展装置，其特征在于，所述95％的部分经过高非线性光纤进行光谱展宽，所述5％的部分由分束端进入光纤展宽器和脉冲放大器模块。

18.根据权利要求1至3中任一项所述的飞秒脉冲激光双波长扩展装置，其特征在于，所述光纤展宽器和脉冲放大器模块包括：光纤展宽器、脉冲放大器、分复用混合器、泵浦激光源、增益光纤、隔离器、合束器。

19.根据权利要求18所述的飞秒脉冲激光双波长扩展装置，其特征在于：

所述光纤展宽器为色散补偿光纤展宽器或基于法拉第旋光镜光纤双通展宽器；

所述脉冲放大器为单模增益光纤预放大器和多模增益光纤主放大器；和/或

经过所述光纤展宽器和脉冲放大器模块后的脉冲平均功率为2-10W。

20.根据权利要求19所述的飞秒脉冲激光双波长扩展装置，其特征在于：

所述脉冲放大器为一级单模增益光纤预放大器和一级多模增益光纤主放大器；和/或

经过所述光纤展宽器和脉冲放大器模块后的脉冲平均功率为4-10W。

21.根据权利要求20所述的飞秒脉冲激光双波长扩展装置，其特征在于，经过所述光纤展宽器和脉冲放大器模块后的脉冲平均功率为6-10W。

22.根据权利要求21所述的飞秒脉冲激光双波长扩展装置，其特征在于，经过所述光纤展宽器和脉冲放大器模块后的脉冲平均功率为6W。

23.根据权利要求1至3中任一项所述的飞秒脉冲激光双波长扩展装置，其特征在于，所述脉冲压缩模块包括色散调控器件。

24.根据权利要求23所述的飞秒脉冲激光双波长扩展装置，其特征在于：

所述色散调控器件选自以下一种或多种：光栅对、棱镜对、啁啾镜；和/或

所述脉冲压缩模块还包括非球面透镜、光学隔离器、半波片、平面反射镜、透射光栅。

25.根据权利要求24所述的飞秒脉冲激光双波长扩展装置，其特征在于，所述色散调控器件为光栅对。

26.根据权利要求24所述的飞秒脉冲激光双波长扩展装置，其特征在于，所述透射光栅还包括第一透射光栅和第二透射光栅。

27.根据权利要求26所述的飞秒脉冲激光双波长扩展装置，其特征在于，所述第一透射光栅和所述第二透射光栅平行放置，并且第二透射光栅安装于可调位移平台上。

28.根据权利要求1至3中任一项所述的飞秒脉冲激光双波长扩展装置，其特征在于，所述光谱旁瓣滤波模块包括：光谱展宽器和光谱滤波器。

29.根据权利要求28所述的飞秒脉冲激光双波长扩展装置，其特征在于：

所述光谱展宽器选自以下一种或多种：单模光纤、光子晶体光纤、空芯充气光纤；

所述光谱滤波器选自以下一种或多种：双色镜、带通滤波片、长通滤波片；

所述光谱旁瓣滤波模块还包括：半波片、偏振分束器和非球面透镜；和/或

所述光谱滤波器可过滤脉冲光谱的最长波和最短波旁瓣。

30.根据权利要求29所述的飞秒脉冲激光双波长扩展装置，其特征在于：

所述光谱展宽器为光子晶体光纤；和/或

所述光谱滤波器为带通滤波片。

31.根据权利要求30所述的飞秒脉冲激光双波长扩展装置，其特征在于，所述光谱展宽器为光谱旁瓣滤波光纤。

32.一种飞秒脉冲激光扩展方法，其特征在于，所述方法包括：使用权利要求1至31中任一项所述的装置扩展飞秒脉冲激光；并且，所述装置的飞秒激光前端发射超短脉冲序列，所述短脉冲序列经过所述装置的波长扩展模块，由输出端和分束端输出超短脉冲。

33.根据权利要求32所述的飞秒脉冲激光扩展方法，其特征在于：

由输出端输出的所述超短脉冲经所述第一光纤展宽器和脉冲放大器模块进行展宽和放大，输出放大脉冲，所述放大脉冲经所述第一脉冲压缩模进行色散补偿以压缩脉冲宽度，产生高峰值功率的超短飞秒脉冲，所述超短飞秒脉冲经所述第一光谱旁瓣滤波模块进行光谱旁瓣滤波，过滤出波长不同于由分束端输出的超短脉冲；和A/或

由分束端输出的所述超短脉冲经所述第二光纤展宽器和脉冲放大器模块进行展宽和放大，输出放大脉冲；所述放大脉冲经所述第二脉冲压缩模块进行色散补偿以压缩脉冲宽度，产生高峰值功率的超短飞秒脉冲；所述超短飞秒脉冲经所述第二光谱旁瓣滤波模块进行光谱旁瓣滤波，过滤出波长不同于由输出端输出的超短脉冲。

34.一种超快光纤激光器，其特征在于，所述超快光纤激光器包括根据权利要求1至31中任一项所述的飞秒脉冲激光双波长扩展装置。