CN203205699U - 光纤固体混合超短脉冲激光放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了光纤固体混合超短脉冲激光放大器，包括超短脉冲光纤激光器、脉冲展宽器、固体激光再生放大器和脉冲压缩器。所述超短脉冲光纤激光器产生一定重复频率锁模的种子脉冲输入固体激光再生放大器，多次通过激光介质，将脉冲的能量放大到毫焦耳量级，该能量为毫焦耳量级的脉冲经脉冲压缩器的压缩后实现最终可应用的脉冲。本新型比固体脉冲激光器节省能源，体积小巧，稳定可靠，实用性强；本实用新型通过固体再生放大器将光纤激光器发出的种子激光脉冲经过放大，可达到毫焦耳量级，避免全光纤放大器的非线性效应和光纤的光学损伤；实现皮秒或飞秒脉冲的放大；采用这种脉冲的激光微加工；种子源激光器的小型化、稳定化和节能化。

Description

光纤固体混合超短脉冲激光放大器

技术领域

本实用新型涉及光纤固体混合超短脉冲激光放大器，具体涉及一种采用超短脉冲光纤激光器作为种子激光脉冲源，用固体激光再生放大器放大的超短脉冲激光系统。

背景技术

目前用于精密加工的超短脉冲激光放大系统多为钛宝石激光放大系统，其种子源脉冲是超短脉冲钛宝石激光器，放大器是再生或多通钛宝石激光器。

超短脉冲钛宝石激光放大器的优点是，增益介质增益高，热传导率高，带宽宽，适合任何超短脉冲应用。但是其昂贵的泵浦激光器以及较低的长期稳定性使其应用受到限制。

随着微加工工业的发展，对超短脉冲激光器提出了更大的需求。而钛宝石激光放大系统的价格和长期稳定性不适应市场的要求。因此迫切需要低成本、高性能的超短脉冲放大系统。虽然纯光纤放大系统也有报道，但是超短脉冲的高峰值功率使脉冲的能量局限在几十到几百纳焦耳量级，不能适应微加工的需要。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型公开了超短脉冲光纤激光器作为种子脉冲源，固体激光再生放大器作为放大器的超短脉冲放大系统。

本实用新型的目的是这样实现的：光纤固体混合超短脉冲激光放大器，所述放大器包括超短脉冲光纤激光器、脉冲展宽器、固体激光再生放大器和脉冲压缩器；所述超短脉冲光纤激光器产生一定重复频率锁模的种子脉冲激光，所述种子脉冲经过脉冲展宽器，输入到固体激光再生放大器内，被放大到微焦耳至毫焦耳量级的脉冲激光，在经过脉冲压缩器，实现皮秒或飞秒的放大脉冲输出。

进一步，所述超短脉冲光纤激光器包含耦合泵浦光功率的波分复用器WDM、半导体泵浦激光模块、增益光纤、光准直器、波片调谐系统、隔离器、光纤展宽器、偏振分光棱镜和腔内色散补偿器。

进一步，所述波分复用器WDM通过光纤连接半导体泵浦激光模块和两个光准直器，半导体泵浦激光模块设置在波分复用器WDM双光纤一端。

进一步，所述光准直器分别连接在波分复用器WDM两端，且端头相对应，轴线重合。

进一步，所述增益光纤设置在波分复用器WDM单光纤一边，位于波分复用器WDM与光准直器之间。

进一步，所述波片调谐系统设置在两个光准直器之间，波片调谐系统的光轴与光准直器间的光轴重合。

进一步，所述偏振分光棱镜、腔内色散补偿器、隔离器均设置在波片调谐系统内。

进一步，所述的脉冲展宽器的构成可以是光纤、光栅对、啁啾体光栅、三阶色散匹配的光纤等。

进一步，所述的固体激光再生放大器包括激光全反镜、半导体脉冲泵浦模块、激光晶体、偏振片、四分之一波片、普克尔盒、激光输出镜。

进一步，所述固体激光再生放大器的增益介质的波长亦为1030-1064nm。

本实用新型的有益效果是：

1.半导体激光器泵浦的光纤飞秒激光器比固体脉冲激光器节省能源，体积小巧，稳定可靠，实用性强；

2.本实用新型通过固体再生放大器将光纤激光器发出的种子激光脉冲经过放大，可达到毫焦耳量级，避免全光纤放大器的非线性效应和光纤的光学损伤；通过本新型实现皮秒或飞秒脉冲的放大；采用这种脉冲的激光微加工；种子源激光器的小型化、稳定化和节能化。

本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新形作进一步的详细描述：

图1示出了本实用新型的结构示意图。

图中标号：1-超短脉冲光纤激光器，2-增益光纤，3-波分复用器WDM，4-半导体泵浦模块，5-光准直器，6-波片调谐系统，7-腔内色散补偿器，8-偏振分光棱镜，9-隔离器，10-脉冲展宽器，12-固体激光再生放大器，13-偏振片，14-波片，15-普克尔盒，16-输出镜，17-激光晶体18-脉冲压缩器，

具体实施方式

以下将参照附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本实用新型，而不是为了限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型的光纤固体混合超短脉冲光纤激光器，包括超短脉冲光纤激光器1、脉冲展宽器10、固体激光再生放大器12和脉冲压缩器18。超短脉冲光纤激光器产生一定重复频率锁模的种子脉冲(波长为1030-1064nm)，种子脉冲通过脉冲展宽器10，注入到固体激光再生放大器，产生微焦耳到毫焦耳量级的放大的脉冲激光，再经过脉冲压缩器，压缩为脉宽为种子激光量级、能量为微焦耳至毫焦耳量级的脉冲激光。

本实施例中，该超短脉冲光纤激光器1包括：半导体泵浦模块4、耦合泵浦光功率的波分复用器WDM3，增益光纤2、光准直器5，波片调谐系统6、偏振分光棱镜8、隔离器9、腔内色散补偿器7等。

激光产生过程如下：半导体泵浦模块4通过波分复用器WDM3注入能量，在增益光纤2等元件和两个光准直器5与光纤构成的环形激光器中形成激光振荡。隔离器9保证激光沿一个方向传播，波片组6的旋转可以选出最强的脉冲在腔内振荡，形成脉冲输出。腔内色散补偿器7(本例中是双折射滤波片)补偿光纤带来的正色散。

脉冲激光可通过偏振分光棱镜PBS8输出，也可通过光纤分束器输出。输出的脉冲通过光纤脉冲展宽器10(数百米至数千米，根据脉冲放大能量的需要)将脉冲展宽。

展宽后的脉冲通过隔离器9将种子光和放大后的光隔离。通过隔离器9的脉冲在再生放大器中的偏振片13，将脉冲注入到固体激光再生放大器12中。此时，固体激光再生放大器12中的普克尔盒15处于无电压差状态。

当脉冲注入到腔内，被输出镜16反射，再次通过普克尔盒15后，普克尔盒15上的电压变换为四分之一波长电压，与腔内的四分之一波长片14配合，形成半波片。当脉冲吸收了激光晶体17中的能量返回到普克尔盒15并两次通过时，普克尔盒15对脉冲不施加任何偏振旋转，脉冲被囚禁在腔内，继续吸收能量；

当输出镜16后监视到脉冲被放大到最大能量时，普克尔盒15两端的电压降到零。脉冲的偏振经历两次四分之一波片14，被旋转90度，被偏振分光棱镜13反射出腔。

反射出腔的脉冲的偏振状态被隔离器9旋转90度角，从隔离器9的另一端输出。

输出的脉冲经过脉冲压缩器18(此例中是光栅)压缩至种子脉冲的宽度。

本实用新型公开的光纤固体混合超短脉冲激光放大器，可有效提高脉冲能量，而避免光学损伤。

本实用新型在激光放大器的功率输出范围内，功率密度一致性良好、抗抖动能力强。在实际应用中，可用于工业微细加工及科学研究。

以上所述仅为本实用新型的优选并不用于限制本实用新型，显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.光纤固体混合超短脉冲激光放大器，其特征在于：所述放大器包括超短脉冲光纤激光器、固体激光再生放大器和脉冲压缩器； 

所述超短脉冲光纤激光器产生一定重复频率的种子脉冲激光，所述种子脉冲激光输入到固体激光再生放大器内，被放大到微焦耳至毫焦耳量级的脉冲激光，再经过脉冲压缩器，实现皮秒或飞秒的放大脉冲输出。 

2.根据权利要求1所述的光纤固体混合超短脉冲激光放大器，其特征在于：所述超短脉冲光纤激光器包含耦合泵浦光功率的波分复用器WDM、半导体泵浦激光模块、增益光纤、光准直器、波片调谐系统、隔离器、光纤展宽器、偏振分光棱镜和腔内色散补偿器。 

3.根据权利要求2所述的光纤固体混合超短脉冲激光放大器，其特征在于：所述波分复用器WDM通过光纤连接半导体泵浦激光模块和两个光准直器，半导体泵浦激光模块设置在波分复用器WDM双光纤一端。 

4.根据权利要求2所述的光纤固体混合超短脉冲激光放大器，其特征在于：所述光准直器分别连接在波分复用器WDM两端，且端头相对应，轴线重合。 

5.根据权利要求2所述的光纤固体混合超短脉冲激光放大器，其特征在于：所述增益光纤设置在波分复用器WDM单光纤一边，位于波分复用器WDM与光准直器之间。 

6.根据权利要求2所述的光纤固体混合超短脉冲激光放大器，其特征在于：所述波片调谐系统设置在两个光准直器之间，波片调谐系统的光轴与光准直器间的光轴重合。 

7.根据权利要求2所述的光纤固体混合超短脉冲激光放大器，其特征在于：所述偏振分光棱镜、腔内色散补偿器、隔离器均设置在波片调谐系统内。 

8.根据权利要求1所述的光纤固体混合超短脉冲激光放大器，其特征在于：所述的固体激光再生放大器包括激光全反镜、半导体脉冲泵浦模块、激光晶体、偏振片、四分之一波片、普克尔盒、激光输出镜。 

9.根据权利要求1所述的光纤固体混合超短脉冲激光放大器，其特征在于：所述固体激光再生放大器的增益介质的波长亦为1030-1064nm。 

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