CN203150894U - 一种脉冲泵浦型环形谐振腔纳秒脉冲激光器装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种脉冲泵浦型环形谐振腔纳秒脉冲激光器装置，包括脉冲调制电路，泵浦激光器，合束器，增益光纤，隔离器和输出耦合器，脉冲泵浦条件下，谐振腔内的掺杂光纤不仅能起到增益介质的作用，还可以作为快速响应的可饱和开关，产生时域宽度在纳秒量级的激光脉冲，脉冲的重复频率取决于泵浦光的重复频率，脉冲宽度取决于腔内能量和谐振腔长度的共同作用。本装置具有结构简单，脉冲宽度可调谐，重复频率可调谐，光光转换效率高等优点，稳定性好，适用于工业加工的多种应用场合。
Description
[技术领域]
本实用新型涉及激光器领域，具体涉及一种脉冲泵浦型环形谐振腔纳秒脉冲激光器装置。
[背景技术]
随着激光切割、激光雕刻、激光打标、激光划片等技术在服装、电子、微加工等领域的广泛使用，对高功率、高稳定性、脉宽和重复频率可调谐的纳秒脉冲的需求也更加迫切。目前工业加工领域常用的产生纳秒脉冲的方法主要有两大类：声光调Q技术和直接调制快速响应的半导体种子源技术。
声光调Q技术实际上是在体声光Q开关的基础上增加了两根耦合光纤，受限于尾纤与声光Q晶体耦合的工艺水平，整个Q开关的插入损耗较高。声光调Q激光器输出的激光脉冲宽度大约在100-300ns，而且，声光开关对高能量激光器的开关能力差，其时域波形下降沿时间长，脉冲不对称，受调Q晶体开关时间的限制，无法获得上升沿陡峭的纳秒脉冲。
直接调制快速响应的半导体种子源技术，重复频率调谐范围大，脉冲波形易控制，但工作在较低重复频率时，受限于占空比，平均功率很小，仅数百微瓦，一般需要多级放大才能满足工业加工的需求。而且，一般直接从半导体种子源输出的脉冲，其光谱宽度仅0.2-0.4nm，如此窄的谱宽在后续多级放大过程中极易激发各种非线性效应，如SBS受激布里渊散射，受激拉曼散射效应等，造成脉冲频谱畸变，时域失真，严重时甚至烧毁增益光纤。
因此，有必要解决如上问题。
[实用新型内容]
本实用新型克服了上述技术的不足，提供了一种脉冲泵浦型环形谐振腔纳秒脉冲激光器装置，其光光转换效率高、稳定性好，通过合束器、增益光纤、光纤耦合器连接围成环形谐振腔，泵浦激光器的微秒量级泵浦光通过合束器进入环形谐振腔，利用增益介质非线性光开关效应，脉冲前后沿能量低的部分被抑制，脉冲中间能量高的部分能通过增益介质，在环形谐振腔内不断放大，最终实现纳秒量级脉冲输出。
为实现上述目的，本实用新型采用了下列技术方案：
一种脉冲泵浦型环形谐振腔纳秒脉冲激光器装置，包括有泵浦激光器2，与泵浦激光器2相连接的用于驱动泵浦激光器2输出所需泵浦光的脉冲调制电路1，合束器3，增益光纤4，以及用于纳秒脉冲输出的光纤耦合器6，所述合束器3上设有一合束端、一泵浦光输入端和一反馈信号输入端，所述光纤耦合器6上设有一输入端、一直通输出端和一耦合输出端，所述泵浦激光器2输出端与合束器3泵浦光输入端连接，合束器3合束端通过增益光纤4与光纤耦合器6输入端连接，光纤耦合器6的直通输出端与合束器3反馈信号输入端连接，所述合束器3、增益光纤4、光纤耦合器6形成环形谐振腔，所述光纤耦合器6的耦合输出端作为纳秒脉冲输出端，所述环形谐振腔中还设有用于保证激光运转单向性的隔离器5。
作为优化实施方案，所述隔离器5设置在增益光纤4与光纤耦合器6之间，所述隔离器5正向端与增益光纤4连接，隔离器5反向端与光纤耦合器6输入端连接。
作为优化实施方案，所述隔离器5设置在光纤耦合器6与合束器3之间，所述隔离器5正向端与光纤耦合器6直通输出端连接，隔离器5反向端与合束器3反馈信号输入端连接。
如上所述的光纤耦合器6为分束器，其分束比较高的一端作为耦合输出端，分束比较低的一端作为直通输出端与合束器3连接。
如上所述的泵浦激光器2为半导体激光器。
如上所述的合束器3为波分复用器或高功率合束器。
如上所述的增益光纤4为掺稀土元素离子的单模或者双包层增益光纤。
如上所述的光纤耦合器6为全光纤拉锥型或贴片型分束器。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1、激光振荡器为全光纤结构，各个器件熔接损耗小，克服声光调Q方案插入损耗大的缺点。
2、掺杂增益光纤既起到增益的作用，又起到光开关的作用，器件少，成本低，稳定性高。
3、利用增益光纤的非线性光开关效应，在微秒量级泵浦脉冲的作用下，产生纳秒量级的激光脉冲，与直接调制半导体激光管的方案相比，电路复杂度大大降低。
4、本装置采用环形谐振腔结构，激光脉冲在腔内不断吸收泵浦能量，光光转换效率高。
[附图说明]
图1是本实用新型的实施例1结构原理图。
图2是本实用新型的实施例2结构原理图。
[具体实施方式]
以下结合附图通过实施例对本实用新型特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
实施例1：
如图1所示，一种脉冲泵浦型环形谐振腔纳秒脉冲激光器装置，包括脉冲调制电路1，泵浦激光器2，合束器3，增益光纤4，隔离器5和光纤耦合器6，所述合束器3上设有一合束端、一泵浦光输入端和一反馈信号输入端，所述光纤耦合器6上设有一输入端、一直通输出端和一耦合输出端，所述泵浦激光器2输出端与合束器3泵浦光输入端连接，所述合束器3合束端通过增益光纤4与隔离器5正向端连接，隔离器5反向端与光纤耦合器6输入端连接，光纤耦合器6直通输出端与合束器3反馈信号输入端连接形成一个环形谐振腔，所述光纤耦合器6的耦合输出端作为纳秒脉冲输出端。
在本实施例中，所述泵浦激光器2采用输出连续光功率8-10W，中心波长976nm的半导体激光器。
所述合束器3采用(2+1)×1高功率合束器，反馈信号入射端光纤类型为10/125双包层光纤，合束端光纤类型为10/125双包层光纤，泵浦光输入端光纤类型为105/125传能光纤。
所述增益光纤4可采用掺稀土元素离子的单模或者双包层增益光纤，在本实施例中采用掺镱双包层增益光纤进行论述，其不作为对本案保护范围的限定。
所述光纤耦合器6采用全光纤拉锥型分束器，其输出比较高的一端作为耦合输出端输出纳秒脉冲，输出比较低的一端作为直通输出端与合束器3反馈信号输入端相熔接，作为激光的正反馈。
泵浦激光器2在脉冲调制电路1的驱动下，产生时域为近高斯型、脉冲宽度和重复频率可调谐的微秒量级泵浦光脉冲，泵浦光脉冲经合束器3耦合进入环形谐振腔，经过掺镱双包层增益光纤4，自发辐射产生沿环形谐振腔顺时针、逆时针方向的小脉冲，经过隔离器5，逆时针方向传播的脉冲被抑制，保证激光运转的单向性，一部分脉冲经光纤耦合器6的耦合输出端输出，另一部分脉冲再经过合束器3，与脉冲泵浦光在增益光纤4上发生激光放大作用，由于增益光纤4增益介质的上能级寿命远大于泵浦光的脉冲宽度，小脉冲在环形谐振腔内运转多次，不断放大，当单个脉冲的峰值能量超过增益介质饱和吸收的能量阈值时，增益介质在非线性效应的作用下等效于快速响应的光开关，脉冲前后沿能量低的部分被抑制，脉冲中间能量高的部分能通过增益介质，在环形谐振腔内不断放大，最终实现纳秒量级脉冲输出。
实施例2：
如图2所示，一种脉冲泵浦型环形谐振腔纳秒脉冲激光器装置，包括脉冲调制电路1，泵浦激光器2，合束器3，增益光纤4，隔离器5和光纤耦合器6，所述合束器3上设有一合束端、一泵浦光输入端和一反馈信号输入端，所述光纤耦合器6上设有一输入端、一直通输出端和一耦合输出端，所述泵浦激光器2输出端与合束器3泵浦光输入端连接，所述合束器3合束端通过增益光纤4与光纤耦合器6输入端连接，光纤耦合器6直通输出端与隔离器5正向端连接，隔离器5反向端与合束器3反馈信号输入端连接形成一个环形谐振腔，所述光纤耦合器6的耦合输出端作为纳秒脉冲输出端。
在本实施例中，所述的泵浦激光器2采用输出连续光功率8-10W，中心波长976nm的半导体激光器。
所述合束器3采用(2+1)×1高功率合束器，信号入射端光纤类型为10/125双包层光纤，合束端光纤类型为10/125双包层光纤，泵浦光输入端光纤类型为105/125传能光纤。
所述增益光纤4采用掺镱单模增益光纤。
所述光纤耦合器6采用全光纤贴片型分束器，其输出比较高的一端作为耦合输出端输出纳秒脉冲，输出比较低的一端与合束器3反馈信号输入端相熔接，作为激光的正反馈。
泵浦激光器2在脉冲调制电路1的驱动下，产生时域为近高斯型、脉冲宽度和重复频率可调谐的微秒量级泵浦光脉冲，泵浦光脉冲经合束器3的泵浦光输入端耦合进入环形谐振腔，泵浦光经过掺镱单模增益光纤4，产生自发辐射的小脉冲，增益光纤4另一端与光纤耦合器6的输入端相连，腔内激光脉冲的一部分能量经光纤耦合器6的耦合输出端输出，另一部分能量再入射到隔离器5，隔离器5的直通输出端与合束器3的反馈信号输入端相连，构成环形谐振腔由于增益光纤4增益介质的上能级寿命远大于泵浦光的脉冲宽度，小脉冲在环形谐振腔内运转多次，不断放大，当单个脉冲的峰值能量超过增益介质饱和吸收的能量阈值时，增益介质在非线性效应的作用下等效于快速响应的光开关，脉冲前后沿能量低的部分被抑制，脉冲中间能量高的部分能通过增益介质，在环形谐振腔内不断放大，最终实现纳秒量级脉冲输出。
如上所述，本实用新型公开了一种脉冲泵浦型环形谐振腔纳秒脉冲激光器装置，其通过合束器3、增益光纤4、光纤耦合器6连接围成环形谐振腔，泵浦激光器2的微秒量级泵浦光通过合束器3进入环形谐振腔，利用增益介质非线性光开关效应，脉冲前后沿能量低的部分被抑制，脉冲中间能量高的部分能通过增益介质，在环形谐振腔内不断放大，最终实现纳秒量级脉冲输出。一切与本案结构相同的技术方案都应示为落入本案的保护范围内。
Claims (7)
1.一种脉冲泵浦型环形谐振腔纳秒脉冲激光器装置，其特征在于：包括有泵浦激光器（2），与泵浦激光器（2）相连接的用于驱动泵浦激光器（2）输出所需泵浦光的脉冲调制电路（1），合束器（3），增益光纤（4），以及用于纳秒脉冲输出的光纤耦合器（6），所述合束器（3）上设有一合束端、一泵浦光输入端和一反馈信号输入端，所述光纤耦合器（6）上设有一输入端、一直通输出端和一耦合输出端，所述泵浦激光器（2）输出端与合束器（3）泵浦光输入端连接，合束器（3）合束端通过增益光纤（4）与光纤耦合器（6）输入端连接，光纤耦合器（6）的直通输出端与合束器（3）反馈信号输入端连接，所述合束器（3）、增益光纤（4）、光纤耦合器（6）形成环形谐振腔，所述光纤耦合器（6）的耦合输出端作为纳秒脉冲输出端，所述环形谐振腔中还设有用于保证激光运转单向性的隔离器（5）。
2.根据权利要求1所述的一种脉冲泵浦型环形谐振腔纳秒脉冲激光器装置，其特征在于所述隔离器（5）设置在增益光纤（4）与光纤耦合器（6）之间，所述隔离器（5）正向端与增益光纤（4）连接，隔离器（5）反向端与光纤耦合器（6）输入端连接。
3.根据权利要求1所述的一种脉冲泵浦型环形谐振腔纳秒脉冲激光器装置，其特征在于所述隔离器（5）设置在光纤耦合器（6）与合束器（3）之间，所述隔离器（5）正向端与光纤耦合器（6）直通输出端连接，隔离器（5）反向端与合束器（3）反馈信号输入端连接。
4.根据权利要求1所述的一种脉冲泵浦型环形谐振腔纳秒脉冲激光器装置，其特征在于所述光纤耦合器（6）为分束器，其分束比较高 的一端作为耦合输出端，分束比较低的一端作为直通输出端与合束器（3）连接。
5.根据权利要求1所述的一种脉冲泵浦型环形谐振腔纳秒脉冲激光器装置，其特征在于所述泵浦激光器（2）为半导体激光器。
6.根据权利要求1所述的一种脉冲泵浦型环形谐振腔纳秒脉冲激光器装置，其特征在于所述合束器（3）为波分复用器或高功率合束器。
7.根据权利要求1所述的一种脉冲泵浦型环形谐振腔纳秒脉冲激光器装置，其特征在于所述光纤耦合器（6）为全光纤拉锥型或贴片型分束器。
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| GR01 | Patent grant | ||
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Assignee: ZHONGSHAN HANTONG LASER SCIENCE Co.,Ltd. Assignor: Guangdong Hantang Quantum Optoelectronics Technology Co.,Ltd. Contract record no.: 2015440000154 Denomination of utility model: Pulse pump type annular resonant cavity nanosecond pulse laser device Granted publication date: 20130821 License type: Exclusive License Record date: 20150521 |
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