CN206412626U - 可变脉宽调q光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可变脉宽调Q光纤激光器，通过在光路谐振腔中加入了光纤长度调节部分，利用光开关，通过控制光开关选择不同光纤长度的光通路，实现对激光谐振腔长的调节，从而调节激光器的脉冲宽度。或者，通过引入可旋转角度的反射镜，以及N(例如：N＝2，4，8等)根两端分别连接有准直器的不同长度(例如：分别为2m，5m，10m，15m，20m等)的延长光纤，控制步进电机驱动电路，改变反射镜的旋转角度，选择不同长度的光纤延长线，实现激光器脉宽可变。本实用新型相对现有技术调节脉宽的方案，具有脉宽可变，结构简单，操作方便，性能可靠等特点。

Description

可变脉宽调Q光纤激光器

技术领域

本实用新型涉及激光器技术领域，具体是涉及一种可变脉宽调Q光纤激光器。

背景技术

随着激光技术的快速发展，激光器的应用越来越广泛，对激光器性能多样性、可靠性、操作方便性的要求越来越高。用于激光加工的理想光源是输出光束质量高，脉宽、重复频率和峰值功率可调，高稳定性和高可靠性的激光光源，但是，目前市面上的调Q光纤激光器基本都是单一脉冲宽度的激光器。

脉冲可变的调Q激光器多为固态调Q激光器，通常使用的方法有：在谐振腔内增加普克尔盒，通过插入或者移除偏振片来实现谐振腔长的调节，从而实现脉宽的调节；使用SBS双极相位共轭镜，通过移动SBS池之间的距离来实现脉宽调节，该方案靠反射回来的放大光从谐振腔内倒空，对振荡级以及放大级的激光棒和各个光学元件的镀膜水平要求较高，容易引起自激；

移动全反射镜，改变激光谐振腔长度，从而达到调节脉冲宽度的目的，该方案需要在移动台上进行操作，激光谐振腔对平行度的要求比较高，因此系统庞大，不利于操作且成本高；

通过更换带有光纤接头的不同长度的光纤延迟线来实现谐振腔长的调节，通过光纤接头连接光路损耗较大，且所用光纤为单模光纤，光纤内激光密度较大，易损坏，从而导致激光器稳定性较差，同时操作复杂。

以上方案成本较高，不利于工程化，且性能不够稳定。光纤调Q激光器解决了全固态激光器光束质量差、重复频率固定和稳定性差的缺点，但是仍然存在输出脉宽固定的问题。

发明内容

针对目前调Q激光器存在的问题，本实用新型提供一种具有脉宽可变，结构简单，操作方便，性能可靠等特点的可变脉宽调Q光纤激光器。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种可变脉宽调Q光纤激光器，包括控制电路、泵浦源驱动电路、泵浦源、光纤合束器、增益介质、高反光纤布拉格光栅、光开关驱动电路、光纤长度调谐部分、声光调制器驱动电路、声光调制器AOM和低反光纤布拉格光栅；所述光纤长度调谐部分包括输出光纤长度均不相同的光开关A和输出光纤长度均不相同或相同的光开关B，所述光开关A和所述光开关B的输出光纤分别熔接在一起；所述光纤长度调谐部分导通的光路与高反光纤布拉格光栅、增益介质、光纤合束器、声光调制器AOM、低反光纤布拉格光栅共同构成谐振腔，所述控制电路分别控制泵浦源驱动电路、光开关驱动电路以及声光调制器驱动电路；所述泵浦源驱动电路连接泵浦源，驱动泵浦源发光；所述光开关驱动电路同步控制所述光开关A和所述光开关B的输出光路选择，使光纤通路两端的光纤同时导通，所述声光调制器驱动电路调制所述声光调制器AOM的开闭状态。

进一步的，泵浦方式为正向泵浦、反向泵浦或者双向泵浦，双向泵浦工作时，增益介质两端泵浦源以相同的工作模式工作或不同的工作模式工作,激光增益介质两端的泵浦源同时泵浦掺杂光纤或有延时的泵浦掺杂光纤。

进一步的，还包括设在输出端的隔离器、光纤放大器泵浦源驱动电路、光纤放大器，所述光纤放大器包括放大器泵浦源组、放大器光纤合束器和放大器增益介质；所述光纤放大器泵浦源驱动电路连接放大器泵浦源组，驱动放大器泵浦源组发光。

进一步的，所述光纤放大器为一级放大器或者多级放大器,多级放大器的相邻放大器之间通过光纤隔离器连接，且最外一级放大器连接一光纤隔离器。

进一步的，所述增益介质为单模光纤、双包层光纤或LMA光子晶体光纤。

进一步的，所述增益介质为Yb掺杂光纤、Er掺杂光纤、Yb/Er共掺光纤、Tm掺杂光纤和Nd掺杂光纤。

进一步的，所述合束器为侧泵型合束器、端泵型合束器或波分复用器WDM。

进一步的，所述泵浦源的波长范围为808nm、915nm、940nm、980nm或者其他增益介质中掺杂离子的吸收波长。

进一步的，所述光开关为MEMS 1×N光开关或机械拨杆式的1×N光开关。

一种可变脉宽调Q光纤激光器，包括控制电路、泵浦源驱动电路、泵浦源、光纤合束器、增益介质、高反光纤布拉格光栅、步进电机驱动电路、光纤长度调谐部分、声光调制器驱动电路、声光调制器AOM和低反光纤布拉格光栅；所述光纤长度调谐部分包括准直器A、准直器B、步进电机A、步进电机B、可旋转角度的反射镜A、可旋转角度的反射镜B和具有N根两端分别连接有准直器C的不同长度的延长光纤，所述光纤长度调谐部分导通的光路与高反光纤布拉格光栅、增益介质、光纤合束器、声光调制器AOM、低反光纤布拉格光栅共同构成谐振腔；所述控制电路分别控制泵浦源驱动电路、步进电机驱动电路和声光调制器驱动电路；所述泵浦源驱动电路连接泵浦源，驱动泵浦源发光；所述步进电机驱动电路控制步进电机A和步进电机B的工作状态，步进电机A控制反射镜A的旋转角度，步进电机B控制反射镜B的旋转角度，从准直器A出来的光被反射镜A反射后进入一根延长光纤左端的准直器C，通过延长光纤右端的准直器C输出后，被反射镜B反射进入准直器B；所述声光调制器驱动电路调制所述声光调制器AOM的开闭状态。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供一种可变脉宽调Q光纤激光器，在光路谐振腔中加入了光纤长度调节部分，利用光开关，通过控制光开关选择不同光纤长度的光通路，实现对激光谐振腔长的调节，从而调节激光器的脉冲宽度。或者，通过引入可旋转角度的反射镜，以及N(例如：N＝2，4，8等)根两端分别连接有准直器的不同长度(例如：分别为2m，5m，10m，15m，20m等)的延长光纤，控制步进电机驱动电路，改变反射镜的旋转角度，选择不同长度的光纤延长线，实现激光器脉宽可变。本实用新型相对现有技术调节脉宽的方案，具有脉宽可变，结构简单，操作方便，性能可靠等特点。

附图说明

图1为本实用新型实施例1可变脉宽调Q光纤激光器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例2可变脉宽调Q光纤激光器的结构示意图；

图3为本实用新型实施例3可变脉宽调Q光纤激光器的结构示意图；

图4为本实用新型实施例4可变脉宽调Q光纤激光器的结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的技术内容，特举以下实施例详细说明，其目的仅在于更好理解本实用新型的内容而非限制本实用新型的保护范围。

实施例1

实施例1的结构示意图如图1所示，一种可变脉宽调Q光纤激光器100，包括控制电路10、泵浦源驱动电路11、泵浦源12、光纤合束器13、增益介质14、高反光纤布拉格光栅15、光开关驱动电路16、光纤长度调谐部分17、声光调制器驱动电路18、声光调制器AOM 19和低反光纤布拉格光栅20；所述光纤长度调谐部分包括输出光纤长度均不相同的1×N(例如：N＝2，4，8……)的光开关A 171和输出光纤长度均不相同或相同的1×N(例如：N＝2，4，8……)的光开关B 172，所述光开关A和所述光开关B的输出光纤分别熔接在一起；所述光纤长度调谐部分导通的光路与高反光纤布拉格光栅、增益介质、光纤合束器、声光调制器AOM、低反光纤布拉格光栅共同构成谐振腔，所述控制电路分别控制泵浦源驱动电路、光开关驱动电路以及声光调制器驱动电路；所述泵浦源驱动电路连接泵浦源，驱动泵浦源发光；所述光开关驱动电路同步控制所述光开关A和所述光开关B的输出光路选择，使光纤通路两端的光纤同时导通，所述声光调制器驱动电路调制所述声光调制器AOM的开闭状态。这样，通过引入1×N(例如：N＝2，4，8等)光开关A和光开关B，使N(例如：N＝2，4，8等)个导通的光纤总长度(光纤延长线)不相同(例如：分别为2m，5m，10m，15m，20m等不同的长度)，通过光开关驱动电路同步控制光开关A和光开关B选择导通不同长度的光纤延长线，就可改变谐振腔的长度，从而实现激光器脉宽可变。

实施例1所述可变脉宽调Q光纤激光器的工作方式为：

泵浦源是一种光纤耦合半导体激光器，为增益介质(掺杂光纤)提供能量。控制电路分别控制泵浦源驱动电路、光开关驱动电路以及声光调制器驱动电路。泵浦源驱动电路连接泵浦源，驱动泵浦源发光；光开关驱动电路同步控制光开关A和光开关B的输出光路选择，保证光纤通路两端的光纤同时导通，光开关A和光开关B的输出光纤分别熔接在一起，保证N(例如：N＝2，4，8等)个通路的光纤总长度(光纤延长线)不相同(例如：分别为2m，5m，10m，15m，20m等不同的长度)；声光调制器驱动电路调制声光调制器AOM(Q开关)的开闭状态。利用激光的脉宽与谐振腔的腔长的关系，调节输出激光的脉宽。谐振腔的腔长越长，光在谐振腔内的渡越时间越长，输出激光的脉宽也就越宽。

控制电路控制泵浦源驱动电路，使泵浦源发光；控制光开关驱动电路，使光开关A和光开关B中间的一路光纤导通；控制声光调制器驱动电路，调制Q开关的频率。高反光纤布拉格光栅具有对泵浦光高透、对信号光高反的特性，光开关A和B导通的光路与高反光纤布拉格光栅、掺杂光纤、光纤合束器、声光调制器AOM以及低反光纤布拉格光栅共同构成谐振腔，泵浦源发出的光经过掺杂光纤后被光纤中掺杂的激活离子吸收，形成粒子数反转。调制Q开关关闭时，激光器的振荡阈值很高，谐振腔内不能产生激光振荡；当调制Q开关打开时，激光振荡迅速建立，产生的激光经过导通的光纤通路，由输出光栅输出激光。因此，通过控制光开关A和光开关B，选择不同长度的光纤通路，调节激光器谐振腔长度，可实现对输出激光的脉宽可调。

实施例2

如图2所示，一种可变脉宽调Q光纤激光器200，包括控制电路10、泵浦源驱动电路11、泵浦源12、光纤合束器13、增益介质14(掺杂光纤)、高反光纤布拉格光栅15、步进电机驱动电路21、光纤长度调谐部分22、声光调制器驱动电路18、声光调制器AOM 19和低反光纤布拉格光栅20；所述光纤长度调谐部分包括准直器A 221A、准直器B 221B、步进电机A 222A、步进电机B 222B、可旋转角度的反射镜A 223A、可旋转角度的反射镜B223B和具有N(例如：N＝2，4，8……)根两端分别连接有准直器C224A、224B的不同长度的延长光纤224，所述光纤长度调谐部分导通的光路与高反光纤布拉格光栅、增益介质、光纤合束器、声光调制器AOM、低反光纤布拉格光栅共同构成谐振腔；所述控制电路分别控制泵浦源驱动电路、步进电机驱动电路和声光调制器驱动电路；所述泵浦源驱动电路连接泵浦源，驱动泵浦源发光；所述步进电机驱动电路控制步进电机A和步进电机B的工作状态，步进电机A控制反射镜A的旋转角度，步进电机B控制反射镜B的旋转角度，从准直器A出来的光被反射镜A反射后进入一根延长光纤左端的准直器C，通过延长光纤右端的准直器C输出后，被反射镜B反射进入准直器B；所述声光调制器驱动电路调制所述声光调制器AOM的开闭状态。这样，通过引入可旋转角度的反射镜，以及N(N＝2，4，8等)根两端分别连接准直器C 224A和准直器C 224B的不同长度(例如：分别为2m，5m，10m，15m，20m等)的延长光纤224，控制步进电机驱动电路，改变反射镜的旋转角度，选择不同长度的光纤延长线，可实现激光器脉宽可变。

实施例2所述脉宽可变调Q光纤激光器的工作方式为：

控制电路分别控制泵浦源驱动电路、步进电机驱动电路以及声光调制器驱动电路。泵浦源驱动电路连接泵浦源，驱动泵浦源发光；步进电机驱动电路控制步进电机A和步进电机B的工作状态，步进电机A控制反射镜A的旋转角度，步进电机B控制反射镜B的旋转角度，步进电机驱动电路控制两个步进电机的调制频率和调制角度保持一致，调制方向相反。从准直器A出来的光被反射镜A反射后进入一根延长光纤左端的准直器C，通过延长光纤右端的准直器C输出后，被反射镜B反射进入准直器B；声光调制器驱动电路调制声光调制器AOM(Q开关)的开闭状态。利用激光的脉宽与谐振腔的腔长的关系，调节输出激光的脉宽。谐振腔的腔长越长，光在谐振腔内的渡越时间越长，输出激光的脉宽也就越宽。

控制电路控制泵浦源驱动电路，使泵浦源发光；控制步进电机驱动电路，驱动步进电机调节反射镜A和反射镜B的旋转角度；控制声光调制器驱动电路，调制Q开关的频率。高反光纤布拉格光栅具有对泵浦光高透、对信号光高反的特性，反射镜、延长光纤与高反光纤布拉格光栅、掺杂光纤、光纤合束器、声光调制器AOM以及低反光纤布拉格光栅共同构成谐振腔。泵浦源发出的光经过掺杂光纤后被光纤中掺杂的激活离子吸收，形成粒子数反转，调Q开关关闭时，激光器的振荡阈值很高，谐振腔内不能产生激光振荡；当调Q开关打开时，激光振荡迅速建立，产生的激光经过准直器A、两端分别连接准直器C 224A和准直器C 224B的延长光纤、准直器B，最后由输出光栅输出激光。通过调控步进电机驱动电路改变反射镜的旋转角度，选择不同长度的光纤延长线(例如：延长光纤长度分别为2m，5m，10m，15m，20m等)，调节激光器谐振腔长度，实现对输出激光的脉宽可调。

实施例3

本实施例3包含实施例1或实施例2的所有技术特征，其区别在于，可变脉宽调Q光纤激光器300的泵浦方式为双向泵浦。比如，如图3所示，是在实施例1的基础上，将正向泵浦方式改成了双向泵浦，一种可变脉宽调Q光纤激光器300包括控制电路10、泵浦源驱动电路A11、泵浦源驱动电路B 23、泵浦源A12、泵浦源B22、光纤合束器A13、光纤合束器B21、增益介质14、高反光纤布拉格光栅15、光开关驱动电路16、光纤长度调谐部分17、声光调制器驱动电路18、声光调制器AOM 19和低反光纤布拉格光栅20；光纤长度调谐部分包括输出光纤长度均不相同的1×N(例如：N＝2，4，8……)的光开关A 171和输出光纤长度均不相同或相同的1×N(例如：N＝2，4，8……)的光开关B 172，所述光开关A和所述光开关B的输出光纤分别熔接在一起；所述光纤长度调谐部分导通的光路与高反光纤布拉格光栅、增益介质、光纤合束器、声光调制器AOM、低反光纤布拉格光栅共同构成谐振腔。

本实施例中，泵浦方式为双向泵浦，泵浦源可以工作在连续模式下，也可以工作在脉冲模式下；双向泵浦工作时，增益介质两端泵浦源以相同的工作模式工作或不同的工作模式工作。两端泵浦源可以同时泵浦掺杂光纤，也可以有延时的泵浦掺杂光纤。在其他实施例中还可以为反向泵浦。

实施例4

本实施例4包含实施例1或实施例2的所有技术特征，其区别在于，还包括设在输出端的隔离器、光纤放大器泵浦源驱动电路、光纤放大器。比如，如图4所示，是在实施例1的基础上，在输出端设置了隔离器和光纤放大器以及光纤放大器泵浦源驱动电路，具体结构为：一种可变脉宽调Q光纤激光器400，包括控制电路10、泵浦源驱动电路11、泵浦源12、光纤合束器13、增益介质14、高反光纤布拉格光栅15、光开关驱动电路16、光纤长度调谐部分17，其中171为输出光纤长度均不相同的1×N(例如：N＝2，4，8等)光开关A，172是输出光纤长度均不相同或相同的1×N(例如：N＝2，4，8等)光开关B；声光调制器驱动电路18、声光调制器AOM19、低反光纤布拉格光栅20、隔离器21、光纤放大器泵浦源驱动电路22、光纤放大器23。其中231是放大器泵浦源组、232是放大器光纤合束器、233是放大器增益介质。光纤放大器泵浦源驱动电路连接放大器泵浦源组，驱动放大器泵浦源组发光。在输出端设置隔离器，以防止输出端回光干扰激光。光纤放大器可以是一级或多级放大器，多级放大器的相邻放大器之间通过光纤隔离器连接，且最外一级放大器连接一光纤隔离器。其可以将输出端输出的种子脉冲激光放大到几百瓦的量级，放大后的脉冲还可以通过光纤准直器准直输出。

上述各实施例中，泵浦源的波长范围可以为808nm、915nm、940nm、980nm等掺杂增益介质中激活例子其他吸收波长。

上述各实施例中，增益介质可以为Yb掺杂光纤，Er掺杂光纤，Yb/Er共掺光纤，Tm掺杂光纤，Nd掺杂光纤等稀土元素掺杂的单模光纤、双包层光纤或LMA光子晶体光纤。

上述各实施例中，泵浦源可以工作在连续模式下，也可以工作在脉冲模式下。

上述各实施例中，光纤合束器可以为侧泵型(1+1)×1、(2+1)×1等合束器，也可以为端泵型(3+1)×1、(6+1)×1、(18+1)×1等合束器，也可以为波分复用器WDM。

上述各实施例中，光开关可以为MEMS 1×N光开关，也可以为机械拨杆式的1×N光开关(如“发明专利申请号201410499679.3，专利名称：光开关”中公开的技术方案)。光开关或者步进电机驱动电路的控制，激光器的控制均可通过逻辑控制(MCU)或其他硬件实现。

综上，本实用新型提供一种可变脉宽调Q光纤激光器，在光路谐振腔中加入了光纤长度调节部分，利用光开关，通过控制光开关选择不同光纤长度的光通路，实现对激光谐振腔长的调节，从而调节激光器的脉冲宽度。或者，通过引入可旋转角度的反射镜，以及N(例如：N＝2，4，8等)根两端分别连接有准直器的不同长度(例如：分别为2m，5m，10m，15m，20m等)的延长光纤，控制步进电机驱动电路，改变反射镜的旋转角度，选择不同长度的光纤延长线，实现激光器脉宽可变。本实用新型相对现有技术调节脉宽的方案，具有脉宽可变，结构简单，操作方便，性能可靠等特点。

以上实施例是参照附图，对本实用新型的优选实施例进行详细说明。本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本实用新型的实质的情况下，都落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可变脉宽调Q光纤激光器，其特征在于：包括控制电路、泵浦源驱动电路、泵浦源、光纤合束器、增益介质、高反光纤布拉格光栅、光开关驱动电路、光纤长度调谐部分、声光调制器驱动电路、声光调制器AOM和低反光纤布拉格光栅；所述光纤长度调谐部分包括输出光纤长度均不相同的光开关A和输出光纤长度均不相同或相同的光开关B，所述光开关A和所述光开关B的输出光纤分别熔接在一起；所述光纤长度调谐部分导通的光路与高反光纤布拉格光栅、增益介质、光纤合束器、声光调制器AOM、低反光纤布拉格光栅共同构成谐振腔，所述控制电路分别控制泵浦源驱动电路、光开关驱动电路以及声光调制器驱动电路；所述泵浦源驱动电路连接泵浦源，驱动泵浦源发光；所述光开关驱动电路同步控制所述光开关A和所述光开关B的输出光路选择，使光纤通路两端的光纤同时导通，所述声光调制器驱动电路调制所述声光调制器AOM的开闭状态。

2.根据权利要求1所述的可变脉宽调Q光纤激光器，其特征在于：泵浦方式为正向泵浦、反向泵浦或者双向泵浦，双向泵浦工作时，增益介质两端泵浦源以相同的工作模式工作或不同的工作模式工作,激光增益介质两端的泵浦源同时泵浦掺杂光纤或有延时的泵浦掺杂光纤。

3.根据权利要求1所述的可变脉宽调Q光纤激光器，其特征在于：还包括设在输出端的隔离器、光纤放大器泵浦源驱动电路、光纤放大器，所述光纤放大器包括放大器泵浦源组、放大器光纤合束器和放大器增益介质；所述光纤放大器泵浦源驱动电路连接放大器泵浦源组，驱动放大器泵浦源组发光。

4.根据权利要求3所述的可变脉宽调Q光纤激光器，其特征在于：所述光纤放大器为一级放大器或者多级放大器,多级放大器的相邻放大器之间通过光纤隔离器连接，且最外一级放大器连接一光纤隔离器。

5.根据权利要求1所述的可变脉宽调Q光纤激光器，其特征在于：所述增益介质为单模光纤、双包层光纤或LMA光子晶体光纤。

6.根据权利要求1所述的可变脉宽调Q光纤激光器，其特征在于：所述增益介质为Yb掺杂光纤、Er掺杂光纤、Yb/Er共掺光纤、Tm掺杂光纤和Nd掺杂光纤。

7.根据权利要求1所述的可变脉宽调Q光纤激光器，其特征在于：所述合束器为侧泵型合束器、端泵型合束器或波分复用器WDM。

8.根据权利要求1所述的可变脉宽调Q光纤激光器，其特征在于：所述泵浦源的波长范围为808nm、915nm、940nm、980nm或者其他增益介质中掺杂离子的吸收波长。

9.根据权利要求1所述的可变脉宽调Q光纤激光器，其特征在于：所述光开关为MEMS 1×N光开关或机械拨杆式的1×N光开关。

10.一种可变脉宽调Q光纤激光器，其特征在于：包括控制电路、泵浦源驱动电路、泵浦源、光纤合束器、增益介质、高反光纤布拉格光栅、步进电机驱动电路、光纤长度调谐部分、声光调制器驱动电路、声光调制器AOM和低反光纤布拉格光栅；所述光纤长度调谐部分包括准直器A、准直器B、步进电机A、步进电机B、可旋转角度的反射镜A、可旋转角度的反射镜B和具有N根两端分别连接有准直器C的不同长度的延长光纤，所述光纤长度调谐部分导通的光路与高反光纤布拉格光栅、增益介质、光纤合束器、声光调制器AOM、低反光纤布拉格光栅共同构成谐振腔；所述控制电路分别控制泵浦源驱动电路、步进电机驱动电路和声光调制器驱动电路；所述泵浦源驱动电路连接泵浦源，驱动泵浦源发光；所述步进电机驱动电路控制步进电机A和步进电机B的工作状态，步进电机A控制反射镜A的旋转角度，步进电机B控制反射镜B的旋转角度，从准直器A出来的光被反射镜A反射后进入一根延长光纤左端的准直器C，通过延长光纤右端的准直器C输出后，被反射镜B反射进入准直器B；所述声光调制器驱动电路调制所述声光调制器AOM的开闭状态。