CN203631967U - 一种脉宽可配置的调q脉冲激光振荡器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种脉宽可配置的调Q脉冲激光振荡器，包括激光增益与调Q部、光纤长度配置部和光纤光栅，所述的激光增益与调Q部与光纤长度配置部连接，所述的光纤长度配置部与光纤光栅连接，所述的激光增益与调Q部用于产生激光，所述的光纤长度配置部用于配置调Q谐振腔长度。本实用新型实现了一种高光束品质、高稳定性、脉冲宽度小、峰值功率高、低成本、脉冲宽度可配置的激光振荡器，解决现有调Q固体激光器光束质量差，稳定性低和调Q脉冲光纤激光器脉冲宽，峰值功率难以提高的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种脉宽可配置的调Q脉冲激光振荡器。
背景技术
激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料（金属与非金属）加工的一门技术。激光加工作为先进制造技术已广泛应用于国民经济的重要部分。而工业用激光器作为全新的高端制造设备将在各个领域内发挥重要作用。相对于连续激光器而言，脉宽为纳秒级的高重复频率脉冲激光器在工业加工、医疗卫生、生化检测、科学研究、军事国防等许多领域都有广阔的应用前景。在许多实际应用中，要求激光光源在具有高重复频率和高光束质量的同时，还要有很高的峰值功率。压窄脉宽是获得高峰值功率的一种行之有效的技术。
用于激光加工的理想光源是输出光束品质高，脉宽，重复频率和峰值功率可调，高可靠性，高稳定性的激光光源。传统的全固态调Q激光器用掺杂晶体作为工作介质，具有输出光束品质差，重复频率低，脉宽固定等缺点，并且难以满足高可靠性和高稳定性的要求。
光纤调Q激光器虽然解决了全固态激光器光束品质差，重复频率固定和稳定性差的缺点，但是仍具有输出脉宽固定，脉冲宽度较长等难以克服的困难。
目前，基于种子光源主振荡功率放大（MOPA）方式的光纤脉冲激光器可获得较高脉冲能量和较高平均功率输出，可用于产生高峰值功率和窄脉宽激光脉冲。但是，其使用LD（laser diode，激光二极管）的输出光作为放大器的种子光，由于LD输出的种子光功率低，需要多级放大才能获得高输出功率。为防止放大器产生自激，需要在光纤放大器级间加入光隔离器，增加了产品的生产成本，价格昂贵。
目前在加工制造行业获得广泛应用的激光器为二极管泵浦全固态激光器和光纤调Q脉冲激光器。但是这两种激光器都不能满足激光加工对于理想光源：高光束品质，脉宽，重复频率和峰值功率可调，高可靠性，高稳定性的要求。
光纤调Q脉冲激光器以掺杂光纤作为增益介质，由于非线性效应、放大自发辐射及光纤端面激光损伤等因素的影响，采用光纤激光器实现窄脉宽高峰值功率激光输出难度较高。尽管脉冲光纤激光器的输出功率已可达到百瓦量级，但由于光纤的导波结构模体积小，并且受到掺杂浓度的限制，其单位长度光纤增益低，需要较长的掺杂光纤作为增益介质，因此光纤调Q脉冲激光器的振荡器谐振腔普遍较长，脉宽较宽，峰值功率难以进一步提高。
全固态激光器以稀土掺杂的激光晶体作为增益介质。由于激光晶体的增益高，因此可产生窄脉宽，高峰值功率的激光脉冲。但也因此全固态调Q激光器的稳定性较差，并且其光束质量普遍较差。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种脉宽可配置的调Q脉冲激光振荡器，解决现有固体激光器光束质量差，稳定性低和光纤激光器脉冲宽，峰值功率难以提高的问题。
本实用新型是这样实现的：
一种脉宽可配置的调Q脉冲激光振荡器，包括激光增益与调Q部、光纤长度配置部和光纤光栅，所述的激光增益与调Q部与光纤长度配置部连接，所述的光纤长度配置部与光纤光栅连接，所述的激光增益与调Q部用于产生激光，所述的光纤长度配置部用于配置振荡器谐振腔长度。
进一步地，所述的激光增益与调Q部为调Q激光提供激光增益与谐振腔的Q值调制。
进一步地，所述的激光增益与调Q部包括依次相互连接的泵浦源、固体激光增益介质、调Q元件，光纤准直器，所述的光纤准直器与所述的光纤长度配置部连接。
进一步地，所述的泵浦源为一种可以在激光增益介质泵浦吸收能带内提供光学能量，能够提供产生激光增益介质激射所需粒子数反转所需的抽运能量的光学泵浦源。
进一步地，所述的固体激光增益介质为在泵浦波长具有光学吸收并在相应的激射波长具有受激辐射增益的激光晶体或激光玻璃。
进一步地，所述的固体激光增益介质上远离调Q元件一侧有第一高反射膜。
进一步地，所述的固体激光增益介质远离调Q元件一侧具有光学元件，并且在此光学元件上有第一高反射膜。
进一步地，所述的第一高反射膜为对固体激光增益介质的激射波长具有较高反射率的高反射膜。
进一步地，所述的调Q元件为电光调Q元件。
进一步地，所述的调Q元件为声光调Q元件。
进一步地，所述的光纤准直器为带有尾纤的光纤准直器。
进一步地，所述的光纤准直器的尾纤为单模光纤。
进一步地，所述的光纤长度配置部包括第一光纤接头、第二光纤接头和光纤延迟线，所述的光纤延迟线两端分别与第一光纤接头、第二光纤接头连接，所述第一光纤接头与所述的激光增益与调Q部连接，所述的第二光纤接头与所述的光纤光栅连接。
进一步地，所述的第一光纤接头和第二光纤接头可以为FC接头、SC接头，ST接头或光纤准直器对接头。
进一步地，所述的光纤延迟线为单模光纤。
以及本实用新型还提供一种脉宽可配置的激光器，包括依次连接的激光振荡器、第一传输光纤、泵浦合束器、第二传输光纤、隔离器、扩束器，其特征在于：所述的激光振荡器为上述任一种激光振荡器。
本实用新型具有如下优点：本实用新型的激光振荡器具有光束品质高、稳定性高、脉冲宽度可配置、峰值功率高、成本低等优点。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。
图1为本实用新型优选实施例的结构示意图。
图2为本实用新型另一实施例的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1所示，以下将对本实用新型的实施方式进行详细说明。
如图1所示，一种脉宽可配置的调Q脉冲激光振荡器，包括激光增益与调Q部1、光纤长度配置部2和光纤光栅3，激光增益与调Q部1与光纤长度配置部2连接，光纤长度配置部2与光纤光栅3连接。激光增益与调Q部1用于产生激光，光纤长度配置部2用于配置调Q脉冲激光振荡器谐振腔长度。激光增益与调Q部1产生的激光会经过光纤长度配置部2中的光纤和光纤光栅3进行输出。本实用新型的激光振荡器采用自由空间光学和光纤混合结构，利用激光的脉宽与谐振腔的腔长有关的原理。谐振腔腔长越长，光在谐振腔内的渡越时间越长，输出激光的脉宽也就越宽。光纤长度配置部2作为谐振腔的一部分，通过光纤长度配置部2对光纤长度配置部2内的光纤长度的配置，从而改变谐振腔的长度，从而改变激光输出的脉宽，达到对激光脉宽配置的目的。
激光增益与调Q部1作为激光的产生部分，具有多种实现方式，调Q激光具有脉冲能量高，峰值功率高，激光频率可调的优点。具体的，如图1所示，激光增益与调Q部1包括依次相互连接的泵浦源11、固体激光增益介质12、调Q元件13，光纤准直器14，光纤准直器14与光纤长度配置部2连接。也可以为如图2所示，激光增益与调Q部1包括依次相互连接的自由空间光输出激光二极管15、激光整形与准直元件16、调Q元件13，光纤准直器14，光纤准直器14与光纤长度配置部2连接。
优选地，泵浦源11为一种可以在激光增益介质泵浦吸收能带内提供光学能量，能够提供产生激光增益介质激射所需粒子数反转所需的抽运能量的光学泵浦源。固体激光增益介质12优选为在泵浦波长具有光学吸收并在相应的激射波长具有受激辐射增益的固体激光增益介质。固体激光增益介质提供的高激光增益保证了振荡器输出功率。为了增加泵浦光的耦合效率和减少光的损耗，在固体激光增益介质12的远离调Q元件13一侧有第一高反射膜，或是在固体激光增益介质外远离调Q元件13一侧具有光学元件，并且在此光学元件上有第一高反射膜。具体实施时，固体激光增益介质12的输出端要面对准调Q元件13。调Q元件13实现对输出光的频率调制，可以为常见的电光调Q元件或声光调Q元件。光纤准直器14为带有尾纤的光纤准直器，光纤准直器14的尾纤为单模光纤，光纤准直器14的尾纤与光纤长度配置部2相接。
光纤长度配置部2包括第一光纤接头20、第二光纤接头21和光纤延迟线22，光纤延迟线22两端分别与第一光纤接头20、第二光纤接头21连接，第一光纤接头20与激光增益与调Q部1连接，第二光纤接头21与光纤光栅3连接。当激光增益与调Q部1为上述实施例时，第一光纤接头20具体地与激光增益与调Q部1的光纤准直器14连接。利用第一光纤接头20和第二光纤接头21可以方便地更换不同长度的光纤延迟线，从而实现可配置多种长度和类型的光纤延迟线。光纤延迟线为单模光纤，第一光纤接头20和第二光纤接头21可以是FC接头、SC接头、ST接头或光纤准直器对接头。
下面以在本实用新型的激光振荡器的泵浦光是808nm为例对本实用新型的具体工作原理进行说明。
泵浦源11采用输出中心波长为808nm的泵浦源。当本实用新型的激光振荡器开始工作时，泵浦源11会发出808nm的泵浦光。保证泵浦源11的光有效的输入到固体激光增益介质12中。固体激光增益介质12在808nm泵浦光的作用下产生1064nm的激光。固体激光增益介质12的远离调Q元件13一侧有第一高反射膜，或是在固体激光增益介质外远离调Q元件13一侧具有光学元件，并且在此光学元件上有第一高反射膜。而后激光晶体12的输出光会进入调Q元件13，调Q元件13具有较小的插入损耗，实现对输出光的频率调制。
调Q元件13的输出光会进入光纤准直器14。光纤准直器14接受来自于调Q元件13的激光脉冲，激光脉冲通过光纤准直器14向单模光纤的准直耦合可以起到单横模的模式选择作用，保证振荡器的高光束品质输出。最后激光经过光纤长度配置部2的第一光纤接头20、光纤延迟线22、第二光纤接头21和光纤光栅3后输出。
第一高反射膜与光纤光栅3构成振荡器的谐振腔，通过改变光纤延迟线22的长度可以大幅度的改变谐振腔的腔长，实现对输出激光脉冲的脉宽和峰值功率的调制，而振荡器输出脉冲激光的频率可以通过调Q元件14实现调制，则本实用新型的激光振荡器可以实现对激光脉冲的频率、脉宽和峰值功率的调制，从而获得输出脉冲可配置的稳定调Q输出。
同时，其中，光纤准直器和光纤延长线、输出光栅之间使用光纤连接，可有效避免振动的影响。自由空间光学部分：泵浦源、固体激光增益介质、调Q元件、光纤准直器可以采用一体化的结构设计，可有效避免震动的影响，该结构已经过多年工业生产应用的验证，具有非常高的可靠性。
在本实用新型激光振荡器的基础上，本实用新型还提供一种脉宽可配置的激光器，包括依次连接的激光振荡器、第一传输光纤、泵浦合束器、第二传输光纤、隔离器、扩束器，激光振荡器为上述的激光振荡器。
虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。
Claims (10)
1.一种脉宽可配置的调Q脉冲激光振荡器，其特征在于：包括激光增益与调Q部、光纤长度配置部和光纤光栅，所述的激光增益与调Q部与光纤长度配置部连接，所述的光纤长度配置部与光纤光栅连接，所述的激光增益与调Q部用于产生激光，所述的光纤长度配置部用于配置振荡器谐振腔长度。
2.根据权利要求1所述的一种脉宽可配置的调Q脉冲激光振荡器，其特征在于：所述的激光增益与调Q部为调Q激光提供激光增益与谐振腔的Q值调制。
3.根据权利要求1所述的一种脉宽可配置的调Q脉冲激光振荡器，其特征在于：所述的激光增益与调Q部包括依次相互连接的泵浦源、固体激光增益介质、调Q元件，光纤准直器，所述的光纤准直器与所述的光纤长度配置部连接。
4.根据权利要求3所述的一种脉宽可配置的调Q脉冲激光振荡器，其特征在于：所述的泵浦源为一种可以在激光增益介质泵浦吸收能带内提供光学能量，能够提供产生激光增益介质激射所需粒子数反转所需的抽运能量的光学泵浦源。
5.根据权利要求3所述的一种脉宽可配置的调Q脉冲激光振荡器，其特征在于：所述的固体激光增益介质为在泵浦波长具有光学吸收并在相应的激射波长具有受激辐射增益的激光晶体或激光玻璃。
6.根据权利要求3所述的一种脉宽可配置的调Q脉冲激光振荡器，其特征在于：所述的调Q元件为电光调Q元件或声光调Q元件。
7.根据权利要求1所述的一种脉宽可配置的调Q脉冲激光振荡器，其特征在于：所述的光纤长度配置部包括第一光纤接头、第二光纤接头和光纤延迟线，所述的光纤延迟线两端分别与第一光纤接头、第二光纤接头连接，所述第一光纤接头与所述的激光增益与调Q部连接，所述的第二光纤接头与所述的光纤光栅连接。
8.根据权利要求7所述的一种脉宽可配置的调Q脉冲激光振荡器，其特征在于：所述的第一光纤接头和第二光纤接头可以为FC接头、SC接头，ST接头或光纤准直器对接头。
9.根据权利要求7所述的一种脉宽可配置的调Q脉冲激光振荡器，其特征在于：所述的光纤延迟线为单模光纤。
10.一种脉宽可配置的激光器，包括依次连接的激光振荡器、第一传输光纤、泵浦合束器、第二传输光纤、隔离器、扩束器，其特征在于：所述的激光振荡器为权利要求1到9任一所述的激光振荡器。
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