CN115275741A - 脉冲展宽装置、脉冲展宽系统及激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脉冲展宽装置、脉冲展宽系统及激光器，包括：控制模块；调制模块；控制模块用于控制调制模块切换为第一连接状态或第二连接状态；功率放大模块，与调制模块耦合连接；调制模块用于将光源信号发送给功率放大模块；功率放大模块用于对光源信号进行功率放大操作；第一光栅，与功率放大模块耦合连接，用于对功率放大操作后的光源信号进行第一展宽操作；第二光栅，与调制模块耦合连接，对第一展宽操作后的光源信号进行第二展宽操作；控制模块还用于控制光源信号重复进行第一展宽操作、第二展宽操作，并生成脉冲展宽信号；调制模块还用于输出脉冲展宽信号。本发明的脉冲展宽装置能够实现较大的展宽量，从而满足不同的展宽需求。

Description

脉冲展宽装置、脉冲展宽系统及激光器

技术领域

本发明涉及脉冲展宽技术领域，尤其涉及一种脉冲展宽装置、脉冲展宽系统及激光器。

背景技术

目前，由于飞秒激光具有峰值功率高、持续时间短的特性，因此在精准医疗、超快检测等领域的应用十分广泛。相关技术中，可以通过飞秒种子源产生飞秒脉冲，然后通过脉冲展宽装置对飞秒脉冲进行展宽，并经过放大器提升能量，最后由压缩器对飞秒脉冲进行压缩，以得到飞秒激光脉冲。

由于飞秒种子源产生的飞秒脉冲的峰值功率极高，因此，脉冲展宽装置需要对飞秒脉冲进行较大的展宽。然而，相关技术中脉冲展宽装置能够实现的展宽量较小，无法满足上述展宽需求。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种脉冲展宽装置、脉冲展宽系统及激光器，能够实现较大的展宽量，从而满足不同的展宽需求。

第一方面，本申请提供了一种脉冲展宽装置，所述脉冲展宽装置用于根据光源信号生成脉冲展宽信号，所述脉冲展宽装置包括：控制模块；环形模块，所述环形模块包括第一环形端口、第二环形端口和第三环形端口；其中，所述第一环形端口用于接收所述光源信号，所述第二环形端口用于出射所述光源信号；调制模块，所述调制模块与所述环形模块的所述第二环形端口耦合连接，所述调制模块用于接收所述光源信号；其中，所述控制模块用于控制所述调制模块切换为第一连接状态或第二连接状态；功率放大模块，所述功率放大模块与所述调制模块耦合连接；其中，所述调制模块用于在所述第一连接状态将所述光源信号发送给所述功率放大模块；所述功率放大模块用于对所述光源信号进行功率放大操作；第一光栅，所述第一光栅与所述功率放大模块耦合连接，所述第一光栅用于对所述功率放大操作后的所述光源信号进行第一展宽操作；第二光栅，所述第二光栅与所述调制模块耦合连接，所述第二光栅用于在所述第一连接状态与所述功率放大模块中断；所述第二光栅还用于在所述第二连接状态与所述功率放大模块连通，以对所述第一展宽操作后的所述光源信号进行第二展宽操作；其中，所述控制模块还用于控制所述第二光栅与所述功率放大模块的连通时长，以使所述光源信号重复进行所述第一展宽操作、所述第二展宽操作，并生成所述脉冲展宽信号；所述调制模块还用于在所述第一连接状态输出所述脉冲展宽信号；所述环形模块的所述第二环形端口还用于接收所述脉冲展宽信号；所述第三环形端口用于输出所述脉冲展宽信号。

本实施例中脉冲展宽装置通过控制模块控制调制模块切换为第一连接状态或第二连接状态，当调制模块切换为第一连接状态时，调制模块接收光源信号；当调制模块切换为第二连接状态时，第一光栅和第二光栅组成反射腔，光源信号在反射腔中多次往返，使得第一光栅能够对光源信号进行多次第一展宽操作，第二光栅能够对光源信号进行多次第二展宽操作，且功率放大模块能够对光源信号进行多次功率放大操作，以提升光源信号的功率，并弥补光源信号的损耗。由此可知，本实施例的脉冲展宽装置通过能够对光源信号实现较大的展宽量。此外，由于在光源信号在进行展宽放大的过程中，只有第一光栅、第二光栅和调制模块会对光源信号造成损耗，即功率损耗元件较少，因此，本实施例脉冲展宽装置的稳定性较高，损耗较低，同时结构更加简单。同时，本实施例中脉冲展宽装置能够对光源信号进行脉冲挑选，且不需要额外的脉冲挑选装置，因此成本较低。

在一些实施例中，所述控制模块包括：周期设置单元，所述周期设置单元用于生成预设周期信号；处理单元，所述处理单元用于根据所述预设周期信号控制所述调制模块切换为第一连接状态或第二连接状态，以控制所述第二光栅与所述功率放大模块的连通时长。

在一些实施例中，所述功率放大模块包括：泵浦源，所述泵浦源与所述调制模块耦合连接，所述泵浦源用于生成泵浦光信号；波分复用单元，所述波分复用单元的一端分别与所述调制模块、所述泵浦源耦合连接，所述波分复用单元用于对所述光源信号、所述泵浦光信号进行合束操作；增益光纤，所述增益光纤的一端与所述波分复用单元的另一端耦合连接，所述增益光纤的另一端与所述第一光栅连接，所述增益光纤用于对所述合束操作后的所述光源信号进行功率放大操作。

在一些实施例中，所述第一光栅、所述第二光栅均为啁啾布拉格光纤光栅。

在一些实施例中，所述第一光栅、所述第二光栅的色散均为12.2ps/nm。

在一些实施例中，所述第一光栅、所述第二光栅的反射率均为75％。

第二方面，本申请还提供了一种脉冲展宽系统，包括：飞秒种子源，所述飞秒种子源用于生成光源信号；上述任一项实施例所述的脉冲展宽装置，所述脉冲展宽装置用于根据所述光源信号生成脉冲展宽信号。

第三方面，本申请还提供了一种激光器，包括：

上述实施例所述的脉冲展宽系统；放大装置，所述放大装置与所述脉冲展宽装置耦合连接，所述放大装置用于根据所述脉冲展宽信号生成放大信号；压缩装置，所述压缩装置用于与所述放大装置耦合连接，所述压缩装置用于对所述放大信号进行脉冲压缩操作，以生成脉冲激光信号。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分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

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：

图1为本发明实施例脉冲展宽装置的一框架示意图；

图2a为本发明实施例光源信号的一时序示意图；

图2b为本发明实施例调制模块的一工作时序示意图；

图2c为本发明实施例脉冲展宽信号的一时序示意图；

图2d为本发明实施例调制模块第三连接端口的输出示意图；

图3为本发明实施例脉冲展宽装置的再一框架流程图；

图4为本发明实施例脉冲展宽装置的一结构示意图；

图5为本发明实施例激光器的一框架示意图。

附图标记：脉冲展宽装置100、控制模块110、调制模块120、功率放大模块130、泵浦源131、波分复用单元132、增益光纤133、第一光栅140、第二光栅150、环形模块160、周期设置单元111、处理单元112、飞秒种子源200、激光器300、放大装置310、压缩装置320。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例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例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

需要说明的是，飞秒激光是指脉冲宽度在飞秒量级的激光，飞秒激光的峰值功率极高，脉冲宽度极短，因此其在计算机通信、微纳加工、精准医疗等领域拥有广阔的应用前景。生成飞秒激光的相关技术有很多，其中，光纤啁啾脉冲放大技术由于具有成本较低、结构稳定等优势，而逐渐成为生成飞秒激光的主流方案。具体的，飞秒种子源生成并输出飞秒脉冲信号(光源信号)，由于飞秒脉冲信号的频率极高，为了适应实际应用中较低的频率需求，光纤啁啾脉冲放大技术通过脉冲展宽装置对飞秒脉冲信号进行脉冲挑选，以降低飞秒脉冲信号的频率，并对挑选出来的飞秒脉冲信号进行展宽放大，以得到脉冲宽度从飞秒量级展宽为皮秒至纳秒量级的脉冲展宽信号，且降低了飞秒脉冲信号的脉冲峰值功率，从而避免极高的峰值功率对元件造成损伤。随着激光功率的不断提升，脉冲展宽装置需要对飞秒脉冲信号实现的展宽量也在提高。然而，相关技术中实现较大展宽量所需的器件工艺非常复杂，成本高，且腔内损耗较大，容易引起脉冲激光信号输出不稳定。

为此，本申请提供了一种脉冲展宽装置，能够通过简单的器件结构对飞秒脉冲信号实现较大的展宽量，从而满足不同的展宽需求。

请参阅图1、图2a至图2d，第一方面，本申请提供了一种脉冲展宽装置100，脉冲展宽装置100用于根据光源信号生成脉冲展宽信号，脉冲展宽装置100包括：控制模块110；环形模块160，环形模块160包括第一环形端口、第二环形端口和第三环形端口；其中，第一环形端口用于接收光源信号，第二环形端口用于出射光源信号；调制模块120，调制模块120与环形模块160的第二环形端口耦合连接，调制模块120用于接收光源信号；其中，控制模块110用于控制调制模块120切换为第一连接状态或第二连接状态；功率放大模块130，功率放大模块130与调制模块120耦合连接；其中，调制模块120用于在第一连接状态将光源信号发送给功率放大模块；功率放大模块130用于对光源信号进行功率放大操作；第一光栅140，第一光栅140与功率放大模块130耦合连接，第一光栅140用于对功率放大操作后的光源信号进行第一展宽操作；第二光栅150，第二光栅150与调制模块120耦合连接，第二光栅150用于在第一连接状态与功率放大模块130中断；第二光栅150还用于在第二连接状态与功率放大模块130连通，以对第一展宽操作后的光源信号进行第二展宽操作；其中，控制模块110还用于控制第二光栅150与功率放大模块130的连通时长，以使光源信号重复进行第一展宽操作、第二展宽操作，并生成脉冲展宽信号；调制模块120还用于在第一连接状态输出脉冲展宽信号；环形模块160的第二环形端口还用于接收脉冲展宽信号；第三环形端口用于输出脉冲展宽信号。

可以理解的是，脉冲展宽装置100与飞秒种子源200耦合连接，其中，飞秒种子源200用于生成光源信号，即上述飞秒脉冲信号。脉冲展宽装置100用于对光源信号进行展宽放大，以得到脉冲展宽信号。本实施例中的脉冲展宽装置100包括控制模块110、调制模块120、功率放大模块130、第一光栅140、第二光栅150和环形模块160，如图1所示，控制模块110与调制模块120连接，调制模块120分别与功率放大模块130、环形模块160和第二光栅150耦合连接，功率放大模块130还与第一光栅140耦合连接。

可以理解的是，调制模块120具有多个连接端口，包括第一连接端口、第二连接端口、第三连接端口和第四连接端口。其中，第一连接端口用于与环形模块160的第二环形端口耦合连接，第二连接端口用于与脉冲展宽装置100内部的功率放大模块130耦合连接，第三连接端口用于输出脉冲展宽信号或被丢弃的光源信号，第四连接端口用于与第二光栅150耦合连接。由上述内容可知，控制模块110用于控制调制模块120切换为第一连接状态或者第二连接状态。当控制模块110控制调制模块120切换为第一连接状态时，第一连接端口与第二连接端口接通，第三连接端口和第四连接端口接通；当控制模块110控制调制模块120切换为第二连接状态时，第一连接端口和第二连接端口截止，第三连接端口和第四连接端口截止，同时第四连接端口和第二连接端口接通，第一连接端口和第三连接端口接通。

具体的，环形模块160将飞秒种子源200生成的光源信号通过第二环形端口传输给调制模块120。当控制模块110控制调制模块120切换为第一连接状态时，第一连接端口能够接收光源信号，由于第一连接端口和第二连接端口接通，因此光源信号能够通过第二连接端口传输给功率放大模块130，以对光源信号进行功率放大操作。调制模块120在接收光源信号之后，控制模块110控制调制模块120由第一连接状态切换为第二连接状态，则第一连接端口与第二连接端口截止，第三连接端口与第四连接端口截止，第二连接端口与第四连接端口接通。此时，第二光栅150通过调制模块120与功率放大模块130连通，且第一光栅140与第二光栅150组成脉冲展宽装置100的反射腔。

具体的，当调制模块120处于第二连接状态时，功率放大模块130对光源信号进行功率放大操作，随后传输给第一光栅140，第一光栅140对光源信号进行第一展宽操作，以对光源信号实现展宽量为a1的展宽，并且将经过第一展宽操作的光源信号反射给功率放大模块130，功率放大模块130再次对光源信号进行功率放大操作，以提升光源信号的功率，并弥补光源信号在经过第一展宽操作后的损耗。功率放大模块130将经过第一展宽操作、功率放大操作后的光源信号传输给第二连接端口，由于第二连接端口与第四连接端口接通，即第二光栅150与功率放大模块130接通，因此光源信号能够传输给第二光栅150。第二光栅150能够对光源信号进行第二展宽操作，以对光源信号实现展宽量为a2的展宽，并将经过第二展宽操作后的光源信号进行反射。此时，当调制模块120仍然处于第二连接状态时，由于第二光栅150与功率放大模块130连通，因此经过第二光栅150反射的光源信号会传输给功率放大模块130，功率放大模块130再次进行功率放大操作，以提升光源信号的功率，并弥补光源信号在经过第二展宽操作后的损耗，并且将经过功率放大操作后的光源信号传输给第一光栅140，由第一光栅140再次进行第一展宽操作，并反射给功率放大模块130进行功率放大操作。

可以理解的是，由上述内容可知，当调制模块120处于第二连接状态时，第二光栅150与功率放大模块130连通，且第一光栅140与第二光栅150组成脉冲展宽装置100的反射腔。此时，光源信号在反射腔内往返来回，因此，第一光栅140能够对光源信号进行多次第一展宽操作，第二光栅150能够对光源信号进行多次第二展宽操作，且功率放大模块130能够对光源信号进行多次功率放大操作，以得到脉冲展宽信号。

可以理解的是，第一光栅140经过多次第一展宽操作实现的展宽量a1可以进行叠加，第二光栅150经过多次第二展宽操作实现的展宽量a2可以进行叠加，第一光栅140和第二光栅150分别实现的展宽量(a1和a2)可以进行叠加。本实施例以第一光栅140对光源信号进行n次第一展宽操作，且第二光栅150对光源信号进行n次第二展宽操作为例，由上述内容可知，脉冲展宽信号相比于飞秒种子源200生成的光源信号，实现的展宽量a＝n*a1+n*a2。

可以理解的是，光源信号在反射腔(即第一光栅140和第二光栅150之间)往返的次数越多，光源信号能够实现的展宽量越大。因此，脉冲展宽装置100可以通过控制模块110对调制模块120的第二连接状态进行控制，以控制第二光栅150与功率放大模块130的连通时长，从而控制光源信号在反射腔内往返的次数，最终实现对光源信号展宽量的控制。

具体的，当控制模块110控制调制模块120由第二连接状态切换至第一连接状态时，第四连接端口与第二连接端口截止，即第二光栅150与功率放大模块130断开，第一光栅140不能够与第二光栅150组成反射腔。同时，第一连接端口与第二连接端口连通，第三连接端口与第四连接端口连通。可以理解的是，此时，若脉冲展宽信号从第二光栅150反射出来，则脉冲展宽信号可以通过第三连接端口进行输出；若脉冲展宽信号从第一光栅140反射出来，则脉冲展宽信号可以通过第一连接端口进行输出。

可以理解的是，由上述内容可知，相关技术中，脉冲展宽装置100在对光源信号进行展宽放大之前，按照实际需求可能还需要先对光源信号进行挑选，以选择出合适频率的脉冲进行展宽放大。为此，本实施例的脉冲展宽装置100通过环形模块160与调制模块120的配合，能够对飞秒种子源200生成的光源信号进行挑选。

具体的，环形模块160具有多个环形端口，包括第一环形端口、第二环形端口和第三环形端口。其中，如图2所示，第一环形端口用于与飞秒种子源200耦合连接，第二环形端口用于与调制模块120的第一连接端口耦合连接，第三环形端口用于输出脉冲展宽信号。环形模块160具有单向传输性。

具体的，当飞秒种子源200生成光源信号传输给第一环形端口时，光源信号从第二环形端口输出给调制模块120。控制模块110控制调制模块120对光源信号进行接收和展宽放大，以生成脉冲展宽信号。并且，控制模块110通过控制第二光栅150和功率放大模块130的连通时长，以在脉冲展宽信号从第一光栅140反射出来时，控制调制模块120切换为第一连接状态，从而使得脉冲展宽信号从第一连接端口输出。第二环形端口接收脉冲展宽信号，并将脉冲展宽信号传输给第三环形端口，第三环形端口输出脉冲展宽信号。

可以理解的是，本实施例中飞秒种子源200一直处于开启状态，即光源信号源源不断地传输给调制模块120。当控制模块110控制调制模块120切换为第一连接状态时，调制模块120接收光源信号，随后控制模块110控制调制模块120切换为第二连接状态，对光源信号进行展宽放大，以得到脉冲展宽信号。最终控制模块110控制调制模块120切换为第一连接状态，以使脉冲展宽信号从第三环形端口输出。因此，本实施例中脉冲展宽装置100从第三环形端口输出的脉冲展宽信号为经过挑选的脉冲展宽信号。

可以理解的是，相关技术中，可以通过配置额外的脉冲挑选装置，以对光源信号进行脉冲挑选，然而其成本较高。此外，还可以通过具有环形腔的脉冲展宽装置100实现脉冲挑选功能，然而，在环形腔内，脉冲展宽装置100的主要功率损耗元件包括环形模块160、第一光栅140和第二光栅150和调制模块120。而本实施例中脉冲展宽装置100的环形模块160在反射腔的外部，即环形模块160不作为主要功率损耗元件，因此，本实施例脉冲展宽装置100的损耗更低。

在一个具体的实施例中，飞秒种子源200生成的光源信号如图2a所示，其中，光源信号包括多个脉冲宽度极窄的脉冲信号(a、b、c、d、e)。图2b为控制模块110控制调制模块120切换为第一连接状态(ON)或第二连接状态(OFF)的控制时序图。由上述内容可知，当控制时序为B1时，调制模块120切换为第一连接状态，并挑选光源信号中脉冲信号b输入至反射腔中，调制模块120重新切换为第二连接状态，以使脉冲信号b在反射腔中往返进行展宽放大。当经过延迟时间，控制时序为B2时，调制模块120由第二连接状态切换为第一连接状态，此时，脉冲展宽信号由第一光栅140反射给调制模块120的第二连接端口，并通过第一连接端口传输给环形模块160的第二环形端口，环形模块160的第三环形端口输出脉冲展宽信号给固体激光器的输出端。其中，图2c为环形模块160的第三环形端口输出脉冲展宽信号B3的时序图，由图2c可知，当调制模块120在B2控制时序的作用下切换为第一连接状态时，环形模块160的第三环形端口输出脉冲展宽信号B3。此外，当调制模块120在控制时序B2的作用下切换为第一连接状态时，光源信号中脉冲信号b被挑选为脉冲展宽信号，而其余的脉冲信号(a、c、d、e)则通过调制模块120的第三连接端口输出，如图2d所示。

可以理解的是，脉冲展宽装置100通过控制调制模块120连接状态的时序，能够对光源信号中个别脉冲信号进行挑选，并对挑选出来的光源信号进行展宽放大，最终通过环形模块160的第三环形端口进行输出。此外，未被选择的光源信号将从调制模块120的第三连接端口输出从而被丢弃。

可以理解的是，按照实际需求还可以减少环形模块160，从而使得飞秒种子源200直接与调制模块120进行连接。可以理解的是，光源信号直接传输给调制模块120的第一连接端口，当调制模块120切换为第一连接状态时，调制模块120将光源信号传输给反射腔，且调制模块120切换为第二连接状态，使得光源信号在反射腔中展宽放大。当调制模块120切换为第一连接状态时，调制模块的第三连接端口能够输出脉冲展宽信号。

本实施例中脉冲展宽装置100通过控制模块110控制调制模块120切换为第一连接状态或第二连接状态，当调制模块120切换为第一连接状态时，调制模块120接收光源信号；当调制模块120切换为第二连接状态时，第一光栅140和第二光栅150组成反射腔，光源信号在反射腔中多次往返，使得第一光栅140能够对光源信号进行多次第一展宽操作，第二光栅150能够对光源信号进行多次第二展宽操作，且功率放大模块130能够对光源信号进行多次功率放大操作，以提升光源信号的功率，并弥补光源信号的损耗。由此可知，本实施例的脉冲展宽装置100通过能够对光源信号实现较大的展宽量。此外，由于在光源信号在进行展宽放大的过程中，只有第一光栅140、第二光栅150和调制模块120会对光源信号造成损耗，即功率损耗元件较少，因此，本实施例脉冲展宽装置100的稳定性较高，损耗较低，同时结构更加简单。同时，本实施例中脉冲展宽装置能够对光源信号进行脉冲挑选，且不需要额外的脉冲挑选装置，因此成本较低。

请参阅图3，在一些实施例中，控制模块110包括：周期设置单元111，周期设置单元111用于生成预设周期信号；处理单元112，处理单元112用于根据预设周期信号控制调制模块120切换为第一连接状态或第二连接状态，以控制第二光栅150与功率放大模块130的连通时长。

可以理解的是，由上述内容可知，飞秒种子源200生成光源信号为飞秒量级的脉冲信号，而实际应用中光源信号的脉冲频率往往过高，因此在对光源信号进行脉冲展宽放大之前需要先进行脉冲挑选，以获得相应频率的光源信号。脉冲展宽装置100对光源信号进行展宽放大之后，获得特定频率的脉冲展宽信号。

具体的，周期设置单元111用于生成预设周期信号，预设周期信号表征调制模块120切换为第一连接状态和第二连接状态的周期。处理单元112根据预设周期信号控制调制模块120切换为第一连接状态或第二连接状态，以控制第二光栅150与功率放大模块130的连通时长，从而对光源信号进行挑选，最终获得特定频率的脉冲展宽信号。

请参阅图4，在一些实施例中，功率放大模块130包括：泵浦源131，泵浦源131与调制模块120耦合连接，泵浦源131用于生成泵浦光信号；波分复用单元132，波分复用单元132的一端分别与调制模块120、泵浦源131耦合连接，波分复用单元132用于对光源信号、泵浦光信号进行合束操作；增益光纤133，增益光纤133的一端与波分复用单元132的另一端耦合连接，增益光纤133的另一端与第一光栅140连接，增益光纤133用于对合束操作后的光源信号进行功率放大操作。

可以理解的是，由于光源信号在脉冲展宽装置100第一光栅140和第二光栅150组成的反射腔内往返的过程中，第一光栅140、第二光栅150、调制模块120会对光源信号造成损耗，且在经过第一展宽操作和第二展宽操作后，脉冲展宽装置100还需要对光源信号功率提升，以保证生成的脉冲展宽信号符合输出功率要求。为此，本实施例中脉冲展宽装置100设置了功率放大模块130，以对光源信号进行功率提升，并弥补其损耗。

具体的，功率放大模块130包括泵浦源131、波分复用单元132和增益光纤133。泵浦源131用于生成泵浦光信号，泵浦光信号被耦合至波分复用单元132。波分复用单元132用于将光源和泵浦光信号进行合束，并将合束后的光源信号和泵浦光信号传输给增益光纤133，由增益光纤133根据泵浦光信号对光源信号进行增益放大，从而提升光源信号的功率，并弥补光源信号在经过调制模块120、第一光栅140和第二光栅150时造成的损耗。

在一些实施例中，第一光栅140、第二光栅150均为啁啾布拉格光纤光栅。

可以理解的是，啁啾布拉格光纤光栅对光源信号的损耗值为1dB，且其3dB带宽为15nm。本实施例中啁啾布拉格光纤光栅造成的损耗较小。

在一些实施例中，第一光栅140、第二光栅150的色散均为12.2ps/nm。

可以理解的是，由于第一光栅140、第二光栅150提供的色散值均为12.2ps/nm，因此本实施例中脉冲展宽装置100通过小色散量即可实现较大的展宽量。

在一些实施例中，第一光栅140、第二光栅150的反射率均为75％。

第二方面，本申请还提供了一种脉冲展宽系统，包括：飞秒种子源200，飞秒种子源200用于生成光源信号；上述任一项实施例的脉冲展宽装置100，脉冲展宽装置100用于根据光源信号生成脉冲展宽信号。

在一个具体的实施例中，飞秒种子源200开启并输出光源信号，其中，光源信号的中心波长为1034.4nm，脉冲宽度为4.8ps，3dB带宽为19.4nm，脉冲频率为40.4MHz，平均功率为18mW。飞秒种子源200开启后生成触发信号并传输给控制模块110，控制模块110根据触发信号控制调制模块120切换为第一连接状态，并按照预设周期信号控制调制模块120切换为第二连接状态。光源信号经过调制模块120传输给波分复用单元132。其中，波分复用单元132还与泵浦源131耦合连接，泵浦源131为单模976nm半导体激光器300，其功率为100mW。波分复用单元132将泵浦光信号和光源信号合束后传输给增益光纤133进行功率放大操作，其中，增益光纤133的长度为0.5m。经过功率放大操作后的光源信号传输给第一光栅140进行第一展宽操作，并反射给第二光栅150进行第二展宽操作。

具体的，控制模块110根据预设周期信号控制第二光栅150与功率放大模块130的连通时长，使得光源信号经过6次第一展宽操作和5次第二展宽操作后，生成的脉冲展宽信号从第一光栅140反射至调制模块120的第一连接端口进行输出。脉冲展宽信号由环形模块160的第三环形端口输出。此时，脉冲展宽信号的脉冲宽度为2ns。

由此可见，上述脉冲展宽装置实施例中的内容均适用于本脉冲展宽系统的实施例中，本脉冲展宽系统实施例所具体实现的功能与上述脉冲展宽装置实施例相同，并且达到的有益效果与上述脉冲展宽装置实施例所达到的有益效果也相同。

请参阅图5，第三方面，本申请还提供了一种激光器300，包括：

上述实施例的脉冲展宽系统；放大装置310，放大装置310与脉冲展宽装置100耦合连接，放大装置310用于根据脉冲展宽信号生成放大信号；压缩装置320，压缩装置320用于与放大装置310耦合连接，压缩装置320用于对放大信号进行脉冲压缩操作，以生成脉冲激光信号。

可以理解的是，激光器300通过放大装置310对脉冲展宽信号进行能量提升操作，以获得放大信号，再使用压缩装置320对放大信号的脉冲重新压缩至飞秒量级，从而获得高能量高功率的脉冲激光信号。

由此可见，上述脉冲展宽装置实施例中的内容均适用于本激光器的实施例中，本激光器实施例所具体实现的功能与上述脉冲展宽装置实施例相同，并且达到的有益效果与上述脉冲展宽装置实施例所达到的有益效果也相同。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (8)

1.脉冲展宽装置，所述脉冲展宽装置用于根据光源信号生成脉冲展宽信号，其特征在于，所述脉冲展宽装置包括：

控制模块；

环形模块，所述环形模块包括第一环形端口、第二环形端口和第三环形端口；其中，所述第一环形端口用于接收所述光源信号，所述第二环形端口用于出射所述光源信号；

调制模块，所述调制模块包括第一连接端口、第二连接端口、第三连接端口、第四连接端口，所述调制模块包括第一连接状态和第二连接状态，所述第一连接状态时第一连接端口与第二连接端口连通、第四连接端口与第三连接端口连通，所述第二连接状态时第一连接端口与第三连接端口连通、第二连接端口与第四连接端口连通，所述第一连接端口与所述环形模块的所述第二环形端口耦合连接，所述第一连接端口用于接收所述光源信号；其中，所述控制模块用于控制所述调制模块切换为第一连接状态或第二连接状态；

功率放大模块，所述功率放大模块与所述调制模块耦合连接；其中，所述调制模块用于在所述第一连接状态将所述光源信号从所述第四连接端口发送给所述功率放大模块；所述功率放大模块用于对所述光源信号进行功率放大操作；

第一光栅，所述第一光栅与所述功率放大模块耦合连接，所述第一光栅用于对所述功率放大操作后的所述光源信号进行第一展宽操作；

第二光栅，所述第二光栅与所述调制模块的所述第二连接端口耦合连接，所述第二光栅用于在所述第一连接状态与所述功率放大模块中断；所述第二光栅还用于在所述第二连接状态与所述功率放大模块连通，以对所述第一展宽操作后的所述光源信号进行第二展宽操作；

其中，所述控制模块还用于控制所述第二连接状态连通时长，以使所述光源信号重复进行所述第一展宽操作、所述第二展宽操作，并生成所述脉冲展宽信号；所述调制模块还用于在所述第二连接状态输出所述光源信号到所述第三连接端口，将对应所述光源信号丢弃，达到脉冲筛选效果；所述调制模块还用于在所述第一连接状态输出所述脉冲展宽信号到所述第一连接端口；所述环形模块的所述第二环形端口还用于接收所述脉冲展宽信号；所述第三环形端口用于输出所述脉冲展宽信号。

2.根据权利要求1所述的脉冲展宽装置，其特征在于，所述控制模块包括：

周期设置单元，所述周期设置单元用于生成预设周期信号；

处理单元，所述处理单元用于根据所述预设周期信号控制所述调制模块切换为第一连接状态或第二连接状态，以控制所述第二光栅与所述功率放大模块的连通时长。

3.根据权利要求1所述的脉冲展宽装置，其特征在于，所述功率放大模块包括：

泵浦源，所述泵浦源与所述调制模块耦合连接，所述泵浦源用于生成泵浦光信号；

波分复用单元，所述波分复用单元的一端分别与所述调制模块、所述泵浦源耦合连接，所述波分复用单元用于对所述光源信号、所述泵浦光信号进行合束操作；

增益光纤，所述增益光纤的一端与所述波分复用单元的另一端耦合连接，所述增益光纤的另一端与所述第一光栅连接，所述增益光纤用于对所述合束操作后的所述光源信号进行功率放大操作。

4.根据权利要求1至3任一项所述的脉冲展宽装置，其特征在于，所述第一光栅、所述第二光栅均为啁啾布拉格光纤光栅。

5.根据权利要求4所述的脉冲展宽装置，其特征在于，所述第一光栅、所述第二光栅的色散均为12.2ps/nm。

6.根据权利要求5所述的脉冲展宽装置，其特征在于，所述第一光栅、所述第二光栅的反射率均为75％。

7.脉冲展宽系统，其特征在于，包括：

飞秒种子源，所述飞秒种子源用于生成光源信号；

如权利要求1至6任一项所述的脉冲展宽装置，所述脉冲展宽装置用于根据所述光源信号生成脉冲展宽信号。

8.激光器，其特征在于，包括：

如权利要求7所述的脉冲展宽系统；

放大装置，所述放大装置与所述脉冲展宽装置耦合连接，所述放大装置用于根据所述脉冲展宽信号生成放大信号；

压缩装置，所述压缩装置用于与所述放大装置耦合连接，所述压缩装置用于对所述放大信号进行脉冲压缩操作，以生成脉冲激光信号。

Images