CN206115113U - 具有滤波作用的激光脉冲重复频率扩展器 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于光电领域，提供了具有滤波作用的激光脉冲重复频率扩展器，包括：光纤环行器、N个光纤光栅，所述光纤环行器包括脉冲激光输入端、激光反射端、脉冲激光输出端；所述N个光纤光栅顺次接入光纤环行器的激光反射端，并且每相邻两个光纤光栅之间的光纤长度相等；所述N个光纤光栅的带宽之和等于输入脉冲激光的光谱宽度；脉冲激光从所述光纤环行器的脉冲激光输入端输入，经接入激光反射端的N个光纤光栅反射后进入脉冲激光输出端，被分成N个脉冲，并从脉冲激光输出端输出。本实用新型提供的具有滤波作用的激光脉冲重复频率扩展器，在与MOPA放大器联接之后，在提高脉冲激光的重复频率的同时可以将在放大过程中产生的杂光滤除开来。

Description

具有滤波作用的激光脉冲重复频率扩展器

技术领域

本实用新型属于光电领域，尤其涉及具有滤波作用的激光脉冲重复频率扩展器。

背景技术

高功率光纤激光器广泛应用于光谱学、环境监测、生物医学、激光雷达、国防科技、激光打标等领域。然而，调Q或被动锁模的光纤激光器从种子源输出的激光重复频率由于光纤长度的限制无法获得较高的重复频率。而由于光纤的非线性效应，在使用MOPA放大器(Master Oscillator Power-Amplifier，主控振荡器的功率放大器)对脉冲激光的种子源进行放大的过程中会产生散射效应(受激布里渊区散射SBS和受激拉曼散射SRS等)和克尔效应(自相位调制SPM、交叉相位调制XPM、四波混频效应FWM)，从而不仅影响了功率的进一步放大，而且对放大后的激光的光束质量和光谱质量产生了不良的影响，并且威胁到激光系统的安全性。所以，为了获得更高的输出功率和更好的光束质量，必须在提高激光的重复频率以降低脉冲峰值功率的同时滤除杂光。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供具有滤波作用的激光脉冲重复频率扩展器，旨在将该装置与MOPA放大器联接之后，在提高脉冲激光的重复频率的同时将在放大过程中产生的杂光滤除开来。

本实用新型提供了具有滤波作用的激光脉冲重复频率扩展器，包括：光纤环行器、N个光纤光栅，所述光纤环行器包括脉冲激光输入端、激光反射端、脉冲激光输出端；

所述N个光纤光栅顺次接入光纤环行器的激光反射端，并且每相邻两个光纤光栅之间的光纤长度相等；所述N个光纤光栅的带宽之和等于输入脉冲激光的光谱宽度；

脉冲激光从所述光纤环行器的脉冲激光输入端输入，经接入激光反射端的N个光纤光栅反射后进入脉冲激光输出端，被分成N个脉冲，并从脉冲激光输出端输出。

进一步地，所述输入脉冲激光的光谱宽度为a，所述N个光纤光栅的带宽相同，为

进一步地，所述N个光纤光栅的中心波长分别为：

其中，λ_c为输入脉冲激光的中心波长。

进一步地，每相邻两个光纤光栅之间的光纤长度为：

其中，c为光速，n为光纤的折射率，f为输入的脉冲激光重复频率。

进一步地，所述每相邻两个光纤光栅反射的脉冲激光的时间间隔为即输出脉冲激光的重复频率为Nf。

本实用新型与现有技术相比，有益效果在于：本实用新型提供了具有滤波作用的激光脉冲重复频率扩展器，将该装置与MOPA放大器联接之后，一方面，脉冲激光经过所述激光脉冲重复频率扩展器后，重复频率由f变为Nf，即提高了激光脉冲的重复频率，从而可以降低激光脉冲的峰值功率；另一方面，所用的N个光纤光栅的带宽相加等于输入脉冲激光的光谱宽度，即最终输出的脉冲激光的光谱宽度基本等于原光谱宽度，即在放大过程中由于光纤的非线性而产生的杂光将会被滤除，从而可以在保证光束质量的前提下进一步提高激光的输出功率和激光系统的稳定性与安全性。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的具有滤波作用的激光脉冲重复频率扩展器的示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型的主要实现思想为：提供具有滤波作用的激光脉冲重复频率扩展器，包括光纤环行器和接入所述光纤环行器激光反射端的N个光纤布拉格光栅(FBG，FiberBragg Grating，光纤布拉格光栅；以下简称光纤光栅)；通过设计合适带宽和中心波长的光纤光栅，并且设计合适的相邻光纤光栅之间的距离；使输入的脉冲激光经接入激光反射端的N个光纤光栅反射后，进入脉冲激光输出端，被分成N个脉冲激光，所述输出的脉冲激光一方面满足重复频率由f变为Nf，另一方面，满足最终输出的脉冲激光的光谱宽度等于原光谱宽度。

下面具体介绍这种具有滤波作用的激光脉冲重复频率扩展器，如图1所示，所述激光脉冲重复频率扩展器包括：光纤环行器、N个光纤光栅，所述光纤环行器包括脉冲激光输入端A、激光反射端B、脉冲激光输出端C；所述N个光纤光栅分别用FBG₁、FBG₂……FBG_N表示；

所述N个光纤光栅顺次接入光纤环行器的激光反射端B，并且每相邻两个光纤光栅之间的光纤长度相等；所述N个光纤光栅的带宽之和等于输入脉冲激光的光谱宽度。

具体地，所述N个光纤光栅具有相同带宽不同中心波长但中心波长相近，且其反射率大于99％。

脉冲激光从所述光纤环行器的脉冲激光输入端A输入，经接入激光反射端B的N个光纤光栅反射后进入脉冲激光输出端C，被分成N个脉冲，并从脉冲激光输出端C输出。

具体地，若脉冲激光经所述激光脉冲重复频率扩展器后，重复频率由f提高至Nf，那么脉冲激光的周期应满足如此，为了使得FBG₂反射的光脉冲相对于FBG₁延迟的时间为那么便有(其中，c为光速，n为光纤的折射率，f为输入的脉冲激光重复频率，L₁为FBG₁、FBG₂之间的光纤长度)，则由于重复频率扩展后，每个脉冲出现的时间间隔都是一样的，所以同理可得

具体地，由于每个光纤光栅的中心波长都不一样，所以当激光脉冲进入到C端的时候，被分成N束光。由于相邻的每两个FBG之间的反射的光脉冲的光程差相同，而且每个FBG的带宽相同，那么被每个FBG反射的脉冲激光的强度基本相同(在光谱平坦度很高的情况下)，所以被每个FBG反射的脉冲激光的脉冲强度也基本相同，如此便在输出端得到一系列的脉冲输出。又因为满足每相邻两个光纤光栅的距离相等，且为即可得相邻每两个脉冲激光之间的时间间隔为(对于输入端的脉冲激光，每相邻两个脉冲激光之间的时间间隔为)，如此便可以获得重复频率为Nf的脉冲激光输出。

进一步地，从所述脉冲激光输入端输入脉冲激光的光谱宽度为a，中心波长为λ_c；所述N个光纤光栅的带宽相同，为

进一步地，所述N个光纤光栅的中心波长分别为：

其中，λ_c为输入脉冲激光的中心波长。

具体地，由于所用的N个FBG的带宽相加刚好等于输入激光的光谱宽度，所以最终输出的脉冲激光的光谱宽度基本等于原光谱宽度，那么在放大过程中由于光纤的非线性效应而产生的杂光将会被滤除，如此便在很大程度上提高激光系统的稳定性和安全性。

本实用新型提供的具有滤波作用的激光脉冲重复频率扩展器，实现对被动锁模或调Q的高功率光纤激光器在进行提高重复频率的同时可以将由于光纤的非线性所产生的杂光滤除，从而可以在进一步提高激光输出功率的同时，增加激光系统的稳定性与安全性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.具有滤波作用的激光脉冲重复频率扩展器，其特征在于，包括：光纤环行器、N个光纤光栅，所述光纤环行器包括脉冲激光输入端、激光反射端、脉冲激光输出端；

所述N个光纤光栅顺次接入光纤环行器的激光反射端，并且每相邻两个光纤光栅之间的光纤长度相等；所述N个光纤光栅的带宽之和等于输入脉冲激光的光谱宽度；

脉冲激光从所述光纤环行器的脉冲激光输入端输入，经接入激光反射端的N个光纤光栅反射后进入脉冲激光输出端，被分成N个脉冲，并从脉冲激光输出端输出。

2.如权利要求1所述的激光脉冲重复频率扩展器，其特征在于，所述输入脉冲激光的光谱宽度为a，所述N个光纤光栅的带宽相同，为

3.如权利要求2所述的激光脉冲重复频率扩展器，其特征在于，所述N个光纤光栅的中心波长分别为：

${\mathrm{\λ}}_n={\mathrm{\λ}}_c+n\frac{a}{N};$

其中，λ_c为输入脉冲激光的中心波长。

4.如权利要求1所述的激光脉冲重复频率扩展器，其特征在于，每相邻两个光纤光栅之间的光纤长度为：

$L=\frac{c}{2nNf};$

其中，c为光速，n为光纤的折射率，f为输入的脉冲激光重复频率。

5.如权利要求4所述的激光脉冲重复频率扩展器，其特征在于，所述每相邻两个光纤光栅反射的脉冲激光的时间间隔为即输出脉冲激光的重复频率为Nf。