CN115693362A - 脉冲激光器的种子源和激光器 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种脉冲激光器的种子源和激光器，该种子源包括谐振腔组件和第一调制器，谐振腔组件具有光连接的第一反射件、第二反射件、增益光纤、无源光纤和泵浦模块，增益光纤和无源光纤位于第一反射件与第二反射件之间，泵浦模块用于产生泵浦光，并耦合进入谐振腔组件的谐振腔内，第一调制器位于谐振腔组件的出光侧，与谐振腔组件光连接，第一调制器用于将谐振腔组件输出的连续光调制成脉冲光。克服了现有的因连续谐振腔输出的连续光不稳定，导致截波后的脉冲光输出高低不平、脉冲序列波动大、脉冲光不稳的问题，产生稳定的脉冲光，提高了脉冲激光器的性能，适用范围更广。

Description

脉冲激光器的种子源和激光器

技术领域

本申请属于激光技术领域，尤其涉及一种脉冲激光器的种子源和激光器。

背景技术

脉冲激光器具有光束质量好、效率高、散热性好、结构紧凑，可靠性高、易维护等优点，受到人们广泛关注。在脉冲光纤激光器种子源中，基于光栅反馈形式的谐振腔内，通过加入电光、声光调制器或可饱和吸收体进行调制来产生脉冲激光，上述这种调制方式，其重频调节存在一定的限制且脉宽随着重频变化，波形一般也是单一的高斯波形或类高斯波形，同时这种调制形式产生的脉冲光脉冲序列波动大。而利用调制器对连续激光进行截波产生脉冲激光的方式，具有脉冲宽度、重频、脉冲形状变化更灵活、可调谐范围更大等优点，因连续谐振腔内连续光不稳定，容易产生杂乱小脉冲，导致截波后的脉冲光输出高低不平，脉冲序列波动大，脉冲光不稳定，影响激光器的性能，限制了该类型的脉冲激光器的发展。

发明内容

本申请实施例提供一种脉冲激光器的种子源和激光器，以解决现有的因连续谐振腔输出的连续光不稳定，导致截波后的脉冲光输出高低不平、脉冲序列波动大、脉冲光不稳定的问题。

第一方面，本申请实施例提供一种脉冲激光器的种子源，包括：

谐振腔组件，具有光连接的第一反射件、第二反射件、增益光纤、无源光纤和泵浦模块，所述增益光纤和所述无源光纤位于所述第一反射件与所述第二反射件之间，所述泵浦模块用于产生泵浦光，并耦合进入所述谐振腔组件的谐振腔内；

第一调制器，位于所述谐振腔组件的出光侧，与所述谐振腔组件光连接，所述第一调制器用于将所述谐振腔组件输出的连续光调制成脉冲光。

可选的，所述无源光纤的长度不小于10米。

可选的，所述第一反射件与所述第二反射件的反射中心波长一致；

和/或，所述第一反射件与所述第二反射件的反射率为R，0＜R＜1。

可选的，还包括：

第二调制器，与所述第一调制器的输出端连接，所述第二调制器用于调整所述脉冲光，经所述第二调制器调整后的脉冲光的脉冲宽度比调整前的脉冲光的脉冲宽度窄。

可选的，所述无源光纤具有多根子光纤，多根所述子光纤在所述第一反射件与所述第二反射件之间布置，多根所述子光纤与所述增益光纤光连接。

可选的，包括：

多个所述谐振腔组件，所述谐振腔组件具有光连接的第一反射件、第二反射件、增益光纤、无源光纤和泵浦模块，所述增益光纤和所述无源光纤位于所述第一反射件与所述第二反射件之间，所述泵浦模块用于产生泵浦光，并耦合进入所述谐振腔组件的谐振腔内；

光纤合束器，多个所述谐振腔组件的出光侧连接所述光纤合束器的第一端；

第一调制器，连接所述光纤合束器的第二端，所述第一调制器用于将多个所述谐振腔组件输出的连续光调制成脉冲光。

可选的，还包括第二调制器，与所述第一调制器的输出端连接，所述第二调制器用于调整所述脉冲光，经所述第二调制器调整后的脉冲光的脉冲宽度比调整前的脉冲光的脉冲宽度窄。

可选的，多个所述谐振腔组件产生的连续光的波长不同；

或，多个所述谐振腔组件产生的连续光的波长相同。

可选的，所述第一调制器与所述第二调制器之间设有放大器，所述放大器连接所述第一调制器与所述第二调制器。

第二方面，本申请实施例还提供激光器，包括上述任一项所述的脉冲激光器的种子源。

本申请实施例提供的脉冲激光器的种子源和激光器，因采用在谐振腔中设置无源光纤，使得谐振腔的腔长增长，谐振腔输出稳定的连续光，通过第一调制器将连续光调制成脉冲光，获得稳定的脉冲光，克服了现有的因连续谐振腔输出的连续光不稳定，导致截波后的脉冲光输出高低不平、脉冲序列波动大、脉冲光不稳定的问题，提高了脉冲激光器的性能，适用范围更广。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对本领域技术人员来说，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。

为了更完整地理解本申请及其有益效果，下面将结合附图来进行说明。其中，在下面的描述中相同的附图标号表示相同部分。

图1为本申请实施例提供的激光器的结构示意图。

图2为本申请实施例提供的第一种形式的种子源的系统图。

图3为本申请实施例提供的第二种形式的种子源的系统图。

图4为本申请实施例提供的第三种形式的种子源的系统图。

图5为本申请实施例提供的第四种形式的种子源的系统图。

图6为本申请实施例提供的种子源设置放大器的系统图。

图7为本申请实施例提供的种子源中第一种形式的谐振腔组件的系统图。

图8为本申请实施例提供的种子源中第二种形式的谐振腔组件的系统图。

图9为本申请实施例提供的种子源中第三种形式的谐振腔组件的系统图。

图10为本申请实施例提供的种子源中第四种形式的谐振腔组件的系统图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供脉冲激光器的种子源和激光器，以解决现有的因连续谐振腔输出的连续光不稳定，导致截波后的脉冲光输出高低不平、脉冲序列波动大、脉冲光不稳定的问题。以下将结合附图对进行说明。

参见图1和图2所示，图1为本申请实施例提供的激光器的结构示意图，图2为本申请实施例提供的第一种形式的种子源的系统图。

本申请实施例提供的激光器包括种子源、壳体600、散热结构700、控制系统等，种子源安装于可以内部，壳体600安装于散热结构700上，通过散热结构700给激光器整体散热，提高激光器的使用性能，激光器可以为单调制、双调制脉冲激光器或单波长、多波长脉冲激光器。

为了更清楚的说明脉冲激光器的种子源的结构，以下将结合附图对脉冲激光器的种子源进行介绍。

参见图2所示，一种脉冲激光器的种子源，包括谐振腔组件100和第一调制器200，谐振腔组件100具有光连接的第一反射件110、第二反射件120、增益光纤130、无源光纤140和泵浦模块150，增益光纤130和无源光纤140位于第一反射件110与第二反射件120之间，泵浦模块150用于给产生泵浦光，并耦合进入谐振腔组件100的谐振腔内，第一调制器200位于谐振腔组件100的出光侧，与谐振腔组件100光连接，第一调制器200用于将谐振腔组件100输出的连续光调制成脉冲光。其中，光连接是指位于同一束光的传输路径通过光束连接或者通过光纤连接，也可以为直接连接过着间接连接。可以理解的，通过在谐振腔内增设无源光纤140，增加谐振腔的腔长，从而谐振腔产生的连续光变得更加稳定，第一调制器200将谐振腔组件100射出的连续光调制呈脉冲光，调制参数包括重频、脉宽、脉冲形状等，谐振腔组件100射出的稳定的连续光经第一调制器200调制呈稳定的脉冲光，脉冲特性灵活可调，进行激光器批量生产时，能够保证激光器光学特性的一致性，相较于传统的调Q种子源，脉冲序列波动从5%降低至2%，脉冲激光器产生的脉冲光也更加稳定，能够有效扩宽种子源的应用领域，适用范围广。

参见图3所示，图3为本申请实施例提供的第二种形式的种子源的系统图。

在上述实施方式的基础上，脉冲激光器的种子源还包括第二调制器300，与第一调制器200的输出端连接，第二调制器300用于调整脉冲光，经第二调制器300调整后的脉冲光的脉冲宽度比调整前的脉冲光的脉冲宽度窄。

可以理解的，通过第二调制器300对第一调制器200调制得到的脉冲光再次调制，第二调制器300的调制参数包括重频、脉宽、脉冲形状等，第二调制器300调制后的脉冲光的脉冲宽度更窄，相较于传统的调Q激光器，经第二调制器300调制后的脉冲光的脉冲宽度可达到ps-ms级，重频可达到Hz-MHz级，可调谐振范围更大，重频、脉宽、脉冲形状均能通过第一调制器200和第二调制器300进行调制，操作灵活。

参见图4所示，图4为本申请实施例提供的第三种形式的种子源的系统图。

本申请实施例还提供一种脉冲激光器的种子源包括多个谐振腔组件100、光纤合束器400和第一调制器200，谐振腔组件100具有光连接的第一反射件110、第二反射件120、增益光纤130、无源光纤140和泵浦模块150，增益光纤130和无源光纤140位于第一反射件110与第二反射件120之间，泵浦模块150用于给产生泵浦光，并耦合进入谐振腔组件100的谐振腔内，多个谐振腔组件100的出光侧连接光纤合束器400的第一端，第一调制器200连接光纤合束器400的第二端，第一调制器200用于将多个谐振腔组件100输出的连续光调制成脉冲光。

上述的多个谐振腔组件100，可以设置2个谐振腔组件100、3个谐振腔组件100、4个谐振腔组件100或者更多，多个谐振腔组件100的出光侧连接光纤合束器400，多个谐振腔组件100的出光侧连接光纤合束器400的第一端，第一调制器200连接光纤合束器400的第二端，第一调制器200用于将多个谐振腔组件100输出的连续光调制成脉冲光。

在上述实施方式的基础上，多个谐振腔组件100产生的连续光的波长不同，对应的，脉冲激光器的种子源输出多波长脉冲激光，通过光纤合束器400对不同谐振腔组件100射出的不同波长超稳连续光进行合束后，再通过第一调制器200进行调制产生多波长脉冲，各波长脉冲能实现同步输出，且各个波长的输出功率占比可调，各个波长占比功率为F，其中，0≤F≤1，操作方便灵活，适用范围更广。

另外，多个谐振腔组件100产生的连续光的波长相同，脉冲激光器的种子源产生的脉冲激光的功率更高，能够获得高功率脉冲激光器，且可以通过调节各个谐振腔组件100的输出功率，来调节脉冲激光器的功率，获得不同输出功率的脉冲激光器，操作方便灵活，适用范围广。

参见图5所示，图5为本申请实施例提供的第四种形式的种子源的系统图。

在上述实施方式的基础上，还包括第二调制器300，第二调制器300的输入端与第一调制器200的输出端连接，第二调制器300用于调整脉冲光，经第二调制器300调整后的脉冲光的脉冲宽度比调整前的脉冲光的脉冲宽度窄。

可以理解的，通过第二调制器300对第一调制器200调制得到的脉冲光再次调制，第一调制器200和第二调制器300的调制参数相同，可以包括重频、脉宽、脉冲形状等，第二调制器300调制后的脉冲光的脉冲宽度更窄，经第二调制器300调制后的脉冲光的脉冲宽度可达到ps-ms级，重频可达到Hz-MHz级，可调谐振范围更大，重频、脉宽、脉冲形状均能通过第一调制器200和第二调制器300进行调制，操作灵活。

参见图6所示，图6为本申请实施例提供的种子源设置放大器的系统图。

在上述实施方式中，第一调制器200与第二调制器300之间设有放大器500，放大器500连接第一调制器200与第二调制器300。

可以理解的，第一调制器200调制后的初始脉冲光的功率偏低，经过放大器500放大后，再通过第二调制器300调制，能够更好的控制输出波形，脉宽和输出功率也可以得到提升。

参见图7至图10所示，图7为本申请实施例提供的种子源中第一种形式的谐振腔组件的系统图，图8为本申请实施例提供的种子源中第二种形式的谐振腔组件的系统图，图9为本申请实施例提供的种子源中第三种形式的谐振腔组件的系统图，图10为本申请实施例提供的种子源中第四种形式的谐振腔组件的系统图。上述的谐振腔组件100具有多种形式，具体如下：

参见图7，图7为本申请实施例提供的第一种形式的谐振腔系统图，谐振腔组件具有第一反射件110、第二反射件120、增益光纤130、无源光纤140、和泵浦模块150，泵浦模块150包括第一泵浦源151和第一光纤耦合器152，沿第一反射件110至第二反射件120的方向，第一光纤耦合器152、第一反射件110、增益光纤130、无源光纤140、第二反射件120依次连接，第一泵浦源151连接第一光纤耦合器152的输入端，第一光纤耦合器152的输出端与第一反射件110的第一端连接，第一反射件110的第二端与增益光纤130的第五端连接，增益光纤130的第六端与无源光纤140的第七端连接，无源光纤140的第八端与第二反射件120的第三端连接。

参见图8，图8为本申请实施例提供的第二种形式的谐振腔系统图，谐振腔组件包括第一反射件110、第二反射件120、增益光纤130、无源光纤140、和泵浦模块150，泵浦模块150为反向泵浦，泵浦模块150包括第二泵浦源153和第二光纤耦合器154，沿第一反射件110至第二反射件120的方向，第一反射件110、增益光纤130、无源光纤140、第二反射件120和第二光纤耦合器154依次连接，第一反射件110的第二端与增益光纤130的第五端连接，增益光纤130的第六端与无源光纤140的第七端连接，无源光纤140的第八端与第二反射件120的第三端连接，第二反射件120的第四端与第二光纤耦合器154的输出端连接，第二光纤耦合器154的输入端连接第二泵浦源153。

参见图9，图9为本申请实施例提供的第三种形式的谐振腔系统图，谐振腔组件包括第一反射件110、第二反射件120、增益光纤130、无源光纤140、和泵浦模块150，泵浦模块150为双向泵浦，泵浦模块150包括第一泵浦源151、第一光纤耦合器152、第二泵浦源153和第二光纤耦合器154，沿第一反射件110至第二反射件120的方向，第一光纤耦合器152、第一反射件110、增益光纤130、无源光纤140、第二反射件120和第二光纤耦合器154依次连接，第一泵浦源151连接第一光纤耦合器152的输入端，第一光纤耦合器152的输出端连接第一反射件110的第一端，第一反射件110的第二端与增益光纤130的第五端连接，增益光纤130的第六端与无源光纤140的第七端连接，无源光纤140的第八端与第二反射件120的第三端连接，第二反射件120的第四端与第二光纤耦合器154的输出端连接，第二光纤耦合器154的输入端连接第二泵浦源153。

参见图10，图10为本申请实施例提供的第四种形式的谐振腔系统图，谐振腔组件包括第一反射件110、第二反射件120、增益光纤130、无源光纤140、和泵浦模块150，泵浦模块150位于谐振腔内的种子源系统图，泵浦模块150包括第一泵浦源151和第一光纤耦合器152，沿第一反射件110至第二反射件120的方向，依次设置第一反射件110、第一光纤耦合器152、增益光纤130、无源光纤140和第二反射件120，第一反射件110的第二端和第一泵浦源151均与第一光纤耦合器152的输入端连接，第一光纤耦合器152的输出端连接增益光纤130的第五端，增益光纤130的第六端连接无源光纤140的第七端，无源光纤140的第八端连接第二反射件120的第三端。

作为变形的，上述四种形式中，沿第一反射件110至第二反射件120的方向，增益光纤130相比有源光纤140靠近第一反射件110。

结合上述四种形式的谐振腔组件100可知，第一调制器200的输入端与上述第一种形式或第四种形式的谐振腔组件100的第二反射件120的第四端连接，或，第一调制器200的输入端与第二种形式或第三种形式的谐振腔组件100的第二泵浦源153共同连接第二光纤耦合器154的输入端连接。

结合上述四种形式的谐振腔组件100可知，当设置多个谐振腔组件100时，上述第一谐振腔组件、第二谐振腔组件和第三谐振腔组件采用第一种形式或第四种形式时，第一谐振腔组件、第二谐振腔组件和第三谐振腔组件的第二反射件120的第四端共同连接光纤合束器400的输入端，上述第一谐振腔组件、第二谐振腔组件和第三谐振腔组件采用第二种形式或第三种形式时，上述第一谐振腔组件、第二谐振腔组件和第三谐振腔组件的第二光纤耦合器154的输入端共同连接光纤合束器400的输入端。

在上述实施方式的基础上，无源光纤140的长度不小于10米。

可以理解的，无源光纤140的长度与谐振腔组件100的谐振腔的腔长呈正比，无源光纤140越长，谐振腔组件100的谐振腔的腔长越长，谐振腔内产生的连续光更加稳定，通过设置无源光纤140的长度不小于10米，保障谐振腔的性能。

在上述实施方式的基础上，无源光纤140包括多根子光纤，多根子光纤在第一反射件110与第二反射件120之间布置，多根子光纤与增益光纤130光连接。

可以理解的，从第一反射件110至第二反射件120方向，多根子光纤首尾顺次连接，且增益光纤130所有子光纤靠近第一反射件110或第二反射件120的一端，作为变形的，增益光纤130也可以位于任意两个子光纤之间。多根子光纤的总长度不小于10米，或者每根子光纤的长度不小于10米，无源光纤140的长度越长，谐振腔的腔长越长，谐振腔输出的连续光越稳定。

在上述实施方式的基础上，第一反射件110与第二反射件120的反射中心波长一致；和/或，第一反射件110与第二反射件120的反射率为R，0＜R＜1。

以设置3个谐振腔组件100为例说明，分别为第一谐振腔组件、第二谐振腔组件和第三谐振腔组件，其中，第一谐振腔组件、第二谐振腔组件和第三谐振腔组件的结构相同，第一谐振腔组件的第一反射件110与第二反射件120的反射中心波长一致，反射中心波长均为1050nm，第二谐振腔组件的第一反射件110与第二反射件120的反射中心波长一致，反射中心波长均为1060nm，第三谐振腔组件的第一反射件110与第二反射件120的反射中心波长一致，反射中心波长均为1070nm。

上述的增益光纤130为掺稀土光纤，可以为掺镱光纤，增益光纤130的纤芯直径为6μm、10μm、20μm或30μm。

上述的无源光纤140的纤芯直径与增益光纤130的直径相同，增益光纤130与无源光纤140相邻设置，方便加工，无源光纤140的纤芯直径为6μm、10μm、20μm或30μm。

上述的第一反射件110和第二反射件120可以为反射镜或反射光栅，本申请实施方式中，以第一反射件110和第二反射件120为反射型布拉格光栅为例说明，第一反射件110的反射率高于第二反射件120的反射率，第一反射件110和第二反射件120的反射率为R，0＜R＜1，其中，设置第一反射件110功率为R1，R1≥99%，第二反射件120的功率为R2，R2≤95%。

上述的第一泵浦源151和第二泵浦源153均为半导体激光器、光纤激光器、固体激光器、气体激光器、拉曼激光器其中的一种，输出泵浦光的中心波长为600-2000nm，泵浦模块150的泵浦方式为纤芯单端泵浦、纤芯双端泵浦、包层单端泵浦或包层双端泵浦。

上述的第一光纤耦合器152、第二光纤耦合器154、光纤合束器400可为（1+1）×1、（2+1）×1、（6+1）×1、3×1或6×1等光纤合束器。

在上述实施例中，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。同时在上述实施例中，简单的将泵浦模块150放置于谐振腔内其他地方或增加泵浦模块150，形成该领域内显而易见的正向、反向、双向泵浦，或简单的将无源光纤140拆分成几部分置于谐振腔内或简单的将增益光纤130与无源光纤140调换位置，而不改变其核心思想，应当在该申请的保护范围内。

在本申请的描述中，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特征。

以上对本申请实施例所提供的一种脉冲激光器的种子源和激光器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种脉冲激光器的种子源，其特征在于，包括：

谐振腔组件，具有光连接的第一反射件、第二反射件、增益光纤、无源光纤和泵浦模块，所述增益光纤和所述无源光纤位于所述第一反射件与所述第二反射件之间，所述泵浦模块用于产生泵浦光，并耦合进入所述谐振腔组件的谐振腔内；

第一调制器，位于所述谐振腔组件的出光侧，与所述谐振腔组件光连接，所述第一调制器用于将所述谐振腔组件输出的连续光调制成脉冲光。

2.根据权利要求1所述的脉冲激光器的种子源，其特征在于，所述无源光纤的长度不小于10米。

3.根据权利要求1所述的脉冲激光器的种子源，其特征在于，所述第一反射件与所述第二反射件的反射中心波长一致；

和/或，所述第一反射件与所述第二反射件的反射率为R，0＜R＜1。

4.根据权利要求1所述的脉冲激光器的种子源，其特征在于，还包括：

第二调制器，与所述第一调制器的输出端连接，所述第二调制器用于调整所述脉冲光，经所述第二调制器调整后的脉冲光的脉冲宽度比调整前的脉冲光的脉冲宽度窄。

5.根据权利要求1所述的脉冲激光器的种子源，其特征在于，所述无源光纤具有多根子光纤，多根所述子光纤在所述第一反射件与所述第二反射件之间布置，多根所述子光纤与所述增益光纤光连接。

6.一种脉冲激光器的种子源，其特征在于，包括：

多个所述谐振腔组件，所述谐振腔组件具有光连接的第一反射件、第二反射件、增益光纤、无源光纤和泵浦模块，所述增益光纤和所述无源光纤位于所述第一反射件与所述第二反射件之间，所述泵浦模块用于产生泵浦光，并耦合进入所述谐振腔组件的谐振腔内；

光纤合束器，多个所述谐振腔组件的出光侧连接所述光纤合束器的第一端；

第一调制器，连接所述光纤合束器的第二端，所述第一调制器用于将多个所述谐振腔组件输出的连续光调制成脉冲光。

7.根据权利要求6所述的脉冲激光器的种子源，其特征在于，还包括第二调制器，与所述第一调制器的输出端连接，所述第二调制器用于调整所述脉冲光，经所述第二调制器调整后的脉冲光的脉冲宽度比调整前的脉冲光的脉冲宽度窄。

8.根据权利要求6所述的脉冲激光器的种子源，其特征在于，多个所述谐振腔组件产生的连续光的波长不同；

或，多个所述谐振腔组件产生的连续光的波长相同。

9.根据权利要求7所述的脉冲激光器的种子源，其特征在于，所述第一调制器与所述第二调制器之间设有放大器，所述放大器连接所述第一调制器与所述第二调制器。

10.激光器，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的脉冲激光器的种子源。

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