CN203839697U - 可调波形的高功率脉冲光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种可调波形的高功率脉冲光纤激光器，用于提供种子脉冲和放大输出的光路组件，用于驱动激光脉冲的驱动组件，用于检测和调节激光脉冲输出的控制组件。本实用新型可调波形高功率脉冲光纤激光器工作过程中通过频率检测模块自动检测激光器工作的重复频率，从而不断调节种子脉冲模块的工作信号波形的幅度、脉宽及包络中的一个或多个参数，借此可以保证高功率光纤激光器在不同重复频率情况下均可得到较好有效单脉冲能量，从而得到较好的应用效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光器技术领域，尤其涉及一种可调波形的高功率脉冲光纤激光器。
背景技术
高功率光纤激光器具备光束质量好、寿命长、转换效率高等优点，在光纤通讯领域、激光加工等领域具有重要的、无可取代的应用。
目前市场上主要应用有调Q、锁模、MOPA等类型的光纤激光器，然而调Q、锁模不容易实现频率脉宽的调节，从而限制了应用范围。对于现有的MOPA技术，由于其放大后增益饱和等影响使其波形改变，从而导致有效单脉冲能量降低，进而降低了光脉冲的有效利用性。
对于现有技术中的高功率光纤脉冲激光器，在环保及高效使用上存在明显缺陷，因此需要对其加以改进。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种可调波形的高功率脉冲光纤激光器。
本实用新型的技术方案包括一种可调波形的高功率脉冲光纤激光器，用于提供种子脉冲和放大输出的光路组件，用于驱动激光脉冲的驱动组件，用于检测和调节激光脉冲输出的控制组件；其中，所述控制组件包括频率检测模块、波形调节模块、种子脉冲控制模块和放大控制模块；所述频率检测模块检测脉冲光纤激光器的重复频率，所述波形调节模块根据重复频率检测结果对种子激光器的工作信号波形的幅度、脉宽及包络中的一个或多个参数进行调节，使脉冲光纤激光器获得较好单脉冲能量有效利用率。
优选地，所述控制组件还包括波形检测模块；所述波形检测模块实时地检测脉冲光纤激光器的输出脉冲的单脉冲能量有效利用率，所述波形调节模块根据频率检测模块及波形检测模块检测结果实时对种子信号波形的幅度、脉宽及包络中的一个或多个参数进行调节，使可调波形的高功率脉冲光纤激光器的单脉冲能量有效利用率实时地保持预设S0值。
优选地，所述光路组件包括种子脉冲模块、以及对种子脉冲模块输出的脉冲进行放大及输出的放大输出模块；所述驱动组件包括用于驱动所述种子脉冲模块的种子脉冲驱动模块、以及用于驱动所述放大输出模块的放大驱动模块。
优选地，所述种子脉冲模块包括沿光路依次布置的种子激光器、第一隔离器、第一放大器、第二隔离器。
优选地，所述第一放大器包括第一放大光纤和第一泵浦合束器，所述第一隔离器、第一放大光纤、第一泵浦合束器、第二隔离器沿光路依次布置，所述第一泵浦合束器连接第一泵浦激光器。
优选地，所述第一泵浦激光器中心波长为915-980nm，所述第一放大光纤为有源单包层光纤、双包层光纤或多包层光纤。
优选地，所述放大输出模块包括沿光路依次布置的第二放大光纤、第二泵浦合束器和第三隔离器，所述第二泵浦合束器连接第二泵浦激光器。
优选地，所述第二泵浦激光器中心波长为915-980nm，所述第二放大光纤为有源单包层光纤、双包层光纤或多包层光纤。
优选地，所述第三隔离器为带有准直输出的大功率隔离器，所述第三隔离器的输出端为所述脉冲光纤激光器的输出端。
优选地，所述波形调节模块包括幅度调节单元、脉宽调节单元、以及包络调节单元，分别用于脉冲波形的幅度、脉宽、包络进行调节。
本实用新型的有益效果包括：可调波形的高功率脉冲光纤激光器在工作过程中，频率检测模块不断检测激光器工作的重复频率，同时波形调节模块根据频率检测模块检测到的结果不断地对种子激光器的工作信号波形的幅度、脉宽及包络中的一个或多个参数进行调节，借此可以保证高功率光纤激光器在不同重复频率情况下均可得到较好单脉冲能量有效利用率，从而得到较好的应用效果。
更进一步地在优选方案中，通过采用波形检测模块，激光器在工作过程中通过频率检测模块自动检测激光器工作的重复频率，同时通过波形检测模块的实时地检测激光脉冲经放大后的单脉冲能量有效利用率的功能，对激光器中种子激光器工作波形中幅度、脉宽及包络中的一个或多个参数进行调节，使可调波形的高功率脉冲光纤激光器的单脉冲能量有效利用率实时地保持预设S0值，从而得到较好应用效果。
附图说明
图1为本实用新型一实施例的高功率脉冲光纤激光器的示意图。
图2为本实用新型一实施例的高功率脉冲光纤激光器的控制组件示意图。
图3为本实用新型一实施例的高功率脉冲光纤激光器的控制组件示意图。
图4为本实用新型一实施例的高功率脉冲光纤激光器的种子脉冲模块示意图。
图5为本实用新型一实施例的高功率脉冲光纤激光器的放大输出模块示意图。
图6为本实用新型一实施例的高功率脉冲光纤激光器的波形调节模块示意图。
图7为本实用新型一实施例的高功率脉冲光纤激光器的高功率单脉冲形状图。
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图对本实用新型作进一步详细说明。下面详细描述本实用新型的实施例，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，仅用于解释本实用新型的技术方案，而不应当理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”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实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本实用新型的限制。
如图1至6所示，提供一种单脉冲能量可调的高功率脉冲光纤激光器，该高功率脉冲光纤激光器1000包括光路组件300，驱动组件200，控制组件100。光路组件300用于提供种子脉冲和放大输出，驱动组件200用于驱动激光脉冲，控制组件100用于检测和调节激光脉冲输出。
如图2所示，控制组件100包括频率检测模块110、波形调节模块120、种子脉冲控制模块130和放大控制模块140；频率检测模块110检测脉冲光纤激光器的重复频率，波形调节模块120根据重复频率检测结果对种子激光器的工作信号的波形调节。
如图7所示，脉冲能量为面积41和面积42总和，其中面积41为有效单脉冲能量，面积42为无效单脉冲能量，虚线43为激光应用时某阈值峰值功率，当峰值功率低于阈值峰值功率43为无效单脉冲能量42，峰值功率高于阈值功率43为有效单脉冲能量41。为了保证高功率单脉冲光纤激光器的利用率，需要提高有效单脉冲能量，降低无效单脉冲能量，即提高有效利用率S＝面积41/(面积41+面积42)的值。
本实用新型的可调波形的高功率脉冲光纤激光器1000在工作过程中，频率检测模块110不断检测激光器工作的重复频率，同时波形调节模块120根据频率检测模块110检测到的结果不断地对种子激光器311工作信号波形的幅度、脉宽及包络中的一个或多个参数进行调节，借此可以保证高功率光纤激光器在不同重复频率情况下均可得到较好单脉冲能量有效利用率S值，从而得到较好的应用效果。
实施例1
如图3所示，控制组件100还包括波形检测模块150；波形检测模块150实时检测激光脉冲经放大后的单脉冲能量有效利用率，波形调节模块120根据频率检测模块110和波形检测模块150检测结果实时对种子信号波形的幅度、脉宽及包络中的一个或多个参数进行调节。
为保证波形可调的高功率脉冲光纤激光器1000真正地、实时地保持激光器预设S0值，波形可调的高功率脉冲光纤激光器1000的频率检测模块110在不断地检测种子激光器311工作的重复频率，波形调节模块120使种子激光器311的工作信号的波形随着重复频率的变化而进行相应的调节，在此工作重复频率下波形检测模块150实时地不断地检测激光器放大输出的单脉冲能量有效利用率，波形调节模块120使种子激光器311的工作信号的波形随着波形检测模块150检测到的单脉冲能量有效利用率的变化而进行相应的调节，借此使种子脉冲模块310的脉冲进入放大输出模块320，输出的光脉冲形状随着检测到的单脉冲能量有效利用率的变化而进行实时地调节，保证该脉冲光纤激光器1000实时地保持激光器预设S0值。
在上述高功率脉冲光纤激光器或实施例1基础上，光路组件300包括种子脉冲模块310、以及对种子脉冲模块输出脉冲放大的放大输出模块320；驱动组件200包括用于驱动种子脉冲模块的种子脉冲驱动模块210、以及用于驱动放大输出模块的放大驱动模块220。
进一步地，如图4所示，种子脉冲模块310包括沿光路依次布置的种子激光器311、第一隔离器312、第一放大器313、第二隔离器314。
第一放大器313包括第一放大光纤和第一泵浦合束器，第一隔离器、第一放大光纤、第一泵浦合束器、第二隔离器沿光路依次布置，第一泵浦合束器连接第一泵浦激光器。进一步可优选，第一泵浦激光器中心波长为915-980nm，第一放大光纤为有源单包层光纤、双包层光纤或多包层光纤。
如图5所示，放大输出模块320包括沿光路依次布置的第二放大光纤321、第二泵浦合束器322和第三隔离器324，第二泵浦合束器322连接第二泵浦激光器323。进一步可优选，第二泵浦激光器323中心波长为915-980nm，第二放大光纤321为有源单包层光纤、双包层光纤或多包层光纤。
第三隔离器324为带有准直输出的大功率隔离器，第三隔离器324的输出端为脉冲光纤激光器的输出端。
在上述高功率脉冲光纤激光器或实施例1基础上，如图1-5所示，种子脉冲控制模块130通过控制种子脉冲驱动模块210驱动种子激光器311和第一放大器313，进一步控制第一放大器中的第一泵浦激光器，产生0.2～500ns的脉冲激光，其功率为1～10mW，其经过第一隔离器312和第一放大器313后，就可得到功率放大后的脉冲激光，经过第二隔离器314输出。其中，第二隔离器314为高功率隔离器件，其输出端作为种子脉冲模块310的输出。
放大控制模块140通过控制放大驱动模块220驱动第二泵浦激光器323，第三隔离器324为大功率隔离器件，作为放大输出模块320输出且带准直功能，保证高功率激光脉冲的准直输出。进一步地，该模块中可以有N个放大部分，具体地可以有第三放大光纤、第四放大光纤……第N放大光纤，第三大泵浦合束器和第四泵浦合束器……第N泵浦合束器、第四隔离器……第N隔离器等，其中第三大泵浦合束器和第四泵浦合束器……第N泵浦合束器分别连接有第三泵浦、第四泵浦……第N泵浦。
本实用新型高功率脉冲光纤激光器控制组件的方案实施过程为：种子激光器311经种子脉冲控制模块130控制、波形调节模块120提供工作信号波形和种子脉冲驱动模块210提供电路驱动，产生平均功率为1～10mW的脉冲激光，其经过第一隔离器312和第一放大器313后，得到功率放大后的脉冲激光，在此过程中，频率检测模块110不断检测高功率激光器1000的重复频率，波形调节模块120根据频率值自动调节种子激光器311的工作信号波形，使种子激光器311的输出脉冲形状随着频率的变化而进行相应的调节，避免种子脉冲在经过放大输出模块320后变得越来越尖导致单脉冲能量的有效利用率降低，从而保证高功率激光器1000在小于1G的工作频率范围内，都有较好的单脉冲能量有效利用率S值。
采用实施例1控制组件的方案实施过程为：种子激光器311经种子脉冲控制模块130控制、波形调节模块120提供工作信号波形和种子脉冲驱动模块210提供电路驱动，产生平均功率为1～10mW的脉冲激光，其经过第一隔离器312和第一放大器313后，得到功率放大后的脉冲激光，在此过程中，频率检测模块110不断检测高功率激光器1000的重复频率，波形调节模块120根据频率值自动调节种子激光器311的工作信号波形，使种子激光器311的输出脉冲形状随着频率的变化而进行相应的调节，在此工作重复频率下，波形检测模块150实时地检测放大输出后脉冲激光的单脉冲能量有效利用率，波形调节模块120根据检测到单脉冲能量有效利用率实时地自动调节种子激光器311的工作信号波形，使种子脉冲形状随着单脉冲能量有效利用率的变化而进行实时地调节，从而保证该脉冲光纤激光器1000实时地保持激光器预设S0值。
如图6所示，上述实施例中，可优选地，波形调节模块120包括幅度调节单元1201、脉宽调节单元1202以及包络调节单元1203，分别用于脉冲波形的幅度、脉宽、包络进行调节。
本实用新型实施例的脉冲光纤激光器1000可以达到如下技术标准：
脉冲重复频率<1Ghz；脉冲宽度0.2ns-500ns可调；脉冲能量3mJ；工作波长：1055nm-1070nm。当激光器工作在不同的重复频率下，均可通过激光器自动调节，选择适当的波形，确保了激光器在不同重复频率下工作均可实现最佳有效单脉冲能量，从而更有效地利用激光器的脉冲能量，可以广泛用于激光微加工、激光探测等相关应用及研究。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种可调波形的高功率脉冲光纤激光器，其特征在于，包括：用于提供种子脉冲和放大输出的光路组件，用于驱动激光脉冲的驱动组件，用于检测和调节激光脉冲输出的控制组件；
其中，所述控制组件包括频率检测模块、波形调节模块、种子脉冲控制模块和放大控制模块；所述频率检测模块检测脉冲光纤激光器的重复频率，所述波形调节模块根据频率检测模块的检测结果对种子激光器的工作信号波形中的幅度、脉宽及包络中的一个或多个参数进行调节，使可调波形的高功率脉冲光纤激光器获得较好单脉冲能量有效利用率。
2.如权利要求1所述的高功率脉冲光纤激光器，其特征在于，所述控制组件还包括波形检测模块；所述波形检测模块实时地检测脉冲光纤激光器的输出脉冲的单脉冲能量有效利用率，所述波形调节模块根据频率检测模块及波形检测模块检测结果实时对种子激光器的工作信号波形的幅度、脉宽及包络中的一个或多个参数进行调节，使可调波形的高功率脉冲光纤激光器的单脉冲能量有效利用率实时地保持预设S0值。
3.如权利要求1或2所述的高功率脉冲光纤激光器，其特征在于，所述光路组件包括种子脉冲模块、以及对种子脉冲模块输出脉冲放大的放大输出模块；所述驱动组件包括用于驱动所述种子脉冲模块的种子脉冲驱动模块、以及用于驱动所述放大输出模块的放大驱动模块。
4.如权利要求3所述的高功率脉冲光纤激光器，其特征在于，所述种子脉冲模块包括沿光路依次布置的种子激光器、第一隔离器、第一放大器、第二隔离器。
5.如权利要求4所述的高功率脉冲光纤激光器，其特征在于，所述第一放大器包括第一放大光纤和第一泵浦合束器，所述第一隔离器、第一放大光纤、第一泵浦合束器、第二隔离器沿光路依次布置，所述第一泵浦合束器连接第一泵浦激光器。
6.如权利要求5所述的高功率脉冲光纤激光器，其特征在于，所述第一放大光纤为有源单包层光纤、双包层光纤或多包层光纤。
7.如权利要求3所述的高功率脉冲光纤激光器，其特征在于，所述放大输出模块包括沿光路依次布置的第二放大光纤、第二泵浦合束器和第三隔离器，所述第二泵浦合束器连接第二泵浦激光器。
8.如权利要求7所述的高功率脉冲光纤激光器，其特征在于，所述第二放大光纤为有源单包层光纤、双包层光纤或多包层光纤。
9.如权利要求7所述的高功率脉冲光纤激光器，其特征在于，所述第三隔离器为带有准直输出的大功率隔离器，所述第三隔离器的输出端为所述脉冲光纤激光器的输出端。
10.如权利要求1或2所述的高功率脉冲光纤激光器，其特征在于，所述波形调节模块包括幅度调节单元、脉宽调节单元以及包络调节单元，分别用于脉冲波形的幅度、脉宽、包络进行调节。
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