CN211879767U - 一种时域展宽器及激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种时域展宽器及激光器，时域展宽器包括分束器、与分束器连接的第一准直器、设于分束器和第一相准直器之间且的第一相位延迟器、与分束器连接的第二准直器、设于分束器和第二准直器之间的第二相位延迟器、一端与第二准直器连接且用于光束的脉冲展宽的时域展宽光纤、与时域展宽光纤的远离第二准直器的一端连接且用于反射光束的法拉第旋转镜以及与分束器连接的第三准直器；本实用新型的时域展宽器可以在保持偏振态不变的情况下对光束进行时域展宽；并且采用本实用新型的时域展宽器对光束进行时域展宽时，光束需要经过时域展宽光纤两次，因此在达到相同的时域展宽效果的前提下，本实用新型的时域展宽光纤更短，故可以有效降低成本。

Description

一种时域展宽器及激光器

技术领域

本实用新型属于激光技术领域，更具体地说，是涉及一种时域展宽器及激光器。

背景技术

从上世纪80年代起，啁啾脉冲放大(chirped pulse amplification，CPA)技术逐渐成为光纤激光器获得高功率大脉冲能量输出的重要手段。CPA技术原理是利用色散技术(不同的波长速度不同)，先把激光脉冲在时域展宽，然后通过多级脉冲放大器放大，最后再把光脉冲在时域压缩，这样既能避免了超短脉冲在放大过程中的光学损伤，又能更有效地获取增益。由此可见，CPA技术的应用中，对激光脉冲在时域展宽成为关键步骤。传统上利用啁啾光纤光栅或者一定长度的保偏光纤可以实现对激光脉冲在时域展宽，并且能够实现全光纤化，使得结构紧凑性能稳定。

但是啁啾光纤光栅展宽器由于其工作机理导致光能量损耗大，而且提供的展宽量正比于光栅长度，光栅长度越长，成本则越高。啁啾光栅一旦刻写完成，色散量随之固定，虽然可以通过改变温度或者应力调节色散量，但色散量调节范围有限。利用普通保偏光纤(如Nufern-PM980-XP)对脉冲进行展宽，能量损耗小，色散量由光纤长度决定，调节灵活性强。由于光纤本身的色散系数小，所需长度从几十米到几千米，导致成本昂贵。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于提供一种时域展宽器，以解决现有技术中的展宽量较大的啁啾光纤光栅展宽器成本昂贵的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种时域展宽器，包括分束器、与所述分束器连接的第一准直器、设于所述分束器和所述第一准直器之间且用于使光束的相位延迟二分之一波长的第一相位延迟器、与所述分束器连接的第二准直器、设于所述分束器和所述第二准直器之间且用于使光束的相位延迟四分之一波长的第二相位延迟器、一端与所述第二准直器连接且用于光束的脉冲展宽的时域展宽光纤、与所述时域展宽光纤的远离所述第二准直器的一端连接且用于反射光束的法拉第旋转镜以及与所述分束器连接的第三准直器；

所述时域展宽器工作时，入射光束依次经过所述第一准直器、所述第一相位延迟器、所述分束器、所述第二相位延迟器以及所述第二准直器后到达所述时域展宽光纤并进行第一次时域展宽，得到第一光束；所述第一光束经所述法拉第旋转镜反射后到达所述时域展宽光纤并进行第二次时域展宽，得到第二光束；所述第二光束依次经过所述第二准直器、所述第二相位延迟器、所述分束器以及所述第三准直器后射出，得到第三光束。

可选地，所述分束器为偏振分束器，所述第一相位延迟器能沿垂直于所述第一相位延迟器的光轴的方向旋转。

可选地，所述分束器包括第一端口、第二端口以及第三端口，所述第一准直器连接于所述第一端口，所述第二准直器连接于所述第二端口，所述第三准直器连接于所述第三端口。

可选地，所述第二相位延迟器的光轴与所述分束器的第二端口所输出的光束的偏振方向呈45°。

可选地，所述第二相位延迟器能沿垂直于所述第二相位延迟器的光轴的方向旋转。

可选地，所述时域展宽光纤为无源非保偏光纤，所述无源非保偏光纤包括纤芯、包裹于所述纤芯外的包层以及涂覆于所述包层外的涂覆层。

可选地，所述纤芯的直径范围为6μm～10μm，所述包层的外径范围为100μm～150μm，所述涂覆层的外径范围为220μm～280μm。

可选地，所述第一准直器和所述第三准直器上均设有尾纤，所述第一准直器和所述第三准直器的尾纤均为保偏光纤；所述第二准直器上设有尾纤，所述第二准直器的尾纤为非保偏光纤。

可选地，所述法拉第旋转镜包括沿光路依次设置的第四准直器、法拉第旋转器以及反射镜；或者，

所述法拉第旋转镜包括沿光路依次设置的光纤式法拉第旋转器以及光纤布拉格光栅；或者，

所述法拉第旋转镜包括沿光路依次设置的光纤式法拉第旋转器以及光纤萨格纳克干涉仪。

本实用新型的另一目的还在于提供一种激光器，包括如上所述的时域展宽器。

本实用新型提供的时域展宽器的有益效果在于：与现有技术相比，一方面，本实用新型的时域展宽器可以在保持偏振态不变的情况下对光束进行时域展宽；另一方面，采用本实用新型的时域展宽器对光束进行时域展宽时，光束需要经过时域展宽光纤两次，因此在达到相同的时域展宽效果的前提下，本实用新型的时域展宽光纤更短，故可以有效降低成本；时域展宽光纤可以为单模的无源非保偏光纤，成本更加低廉，相对于保偏光纤或者啁啾光栅方案都有很大优势。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的时域展宽器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的法拉第旋转镜结构示意图。

其中，图中各附图标记：

100-第一准直器；200-第一相位延迟器；300-分束器；400-第二相位延迟器；500-第二准直器；600-时域展宽光纤；700-法拉第旋转镜；710-第四准直器；720-法拉第旋转器；730-反射镜；740-外壳；800-第三准直器。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1，本实用新型实施例提供一种时域展宽器，包括分束器300、一端与分束器300连接的第一准直器100、设于分束器300和第一准直器100之间且用于使光束的相位延迟二分之一波长的第一相位延迟器200、一端与分束器300连接的第二准直器500、设于分束器300和第二准直器500之间且用于使光束的相位延迟四分之一波长的第二相位延迟器400、一端与第二准直器500的远离分束器300的一端连接且用于光束的脉冲展宽的时域展宽光纤600、与时域展宽光纤600的远离第二准直器500的一端连接且用于反射光束的法拉第旋转镜700以及一端与分束器300连接的第三准直器800；

本实用新型实施例的时域展宽器工作时，入射光束依次经过第一准直器100、第一相位延迟器200、分束器300、第二相位延迟器400以及第二准直器500后到达时域展宽光纤600并进行第一次时域展宽，得到第一光束；第一光束经法拉第旋转镜700反射后到达时域展宽光纤600并进行第二次时域展宽，得到第二光束；第二光束依次经过第二准直器500、第二相位延迟器400、分束器300以及第三准直器800后射出，得到第三光束。

需要说明的是，入射光束为线偏振光，当入射光束经第一准直器100传输后到达第一相位延迟器200后，第一相位延迟器200对入射光束进行处理，使入射光束的相位推迟二分之一波长或其奇数倍，此时，入射光束仍为线偏振光；随后，入射光束经分束器300分光后到达第二相位延迟器400，第二相位延迟器400对入射光束进行处理，使入射光束的相位推迟四分之一波长或其奇数倍，此时，第二相位延迟器200的光轴与分束器300所射出的线偏振光的偏振方向呈45°，因此入射光束被转换为圆偏振光；然后，入射光束经第二准直器500传输后到达时域展宽光纤600并进行第一次时域展宽，得到第一光束，第一光束经法拉第旋转镜700反射后到达时域展宽光纤600并进行第二次时域展宽，得到第二光束，在两次时域展宽的过程中，由于圆偏振光的两个正交偏振分量Ex和Ey相等，使得入射光束的两个正交偏振态在光纤中往返传输一次后的总相移差为零，实现光束的偏振态对环境不敏感。最后，第二光束经第二准直器500传输后到达第二相位延迟器400，第二相位延迟器400将第二光束的相位推迟四分之一波长或其奇数倍，此时，第二光束由圆偏振光被转换为线偏振光，然后依次经过分束器300和第三准直器800后射出，得到第三光束。由此可见，本实用新型实施例的时域展宽器对光束进行展宽时，光束的偏振态不会改变。

与现有技术相比，本实用新型实施例的时域展宽器至少具有以下有益效果：

(1)本实用新型实施例的时域展宽器可以在保持偏振态不变的情况下对光束进行时域展宽；

(2)在对光束进行时域展宽时，光束需要经过时域展宽光纤600两次，因此在达到相同的时域展宽效果的前提下，本实用新型实施例的时域展宽光纤600更短，故可以有效降低成本，使得本实用新型实施例的激光脉冲时域展宽器成本低廉；另外，时域展宽光纤600可以为单模的无源非保偏光纤，成本更加低廉，相对于保偏光纤或者啁啾光栅方案都有很大优势。

(3)本实用新型实施例的时域展宽器的色散量主要由时域展宽光纤600的长度决定，通过调整时域展宽光纤600的长度，可以灵活调节色散量大小。

可选地，本实用新型实施例的时域展宽器中，第一相位延迟器200可以为二分之一波片，第二相位延迟器400可以为四分之一波片，可以理解的是，根据实际情况的选择，第一相位延迟器200可以为其它可以使光束的相位延迟二分之一波长的器件，第二相位延迟器400可以为其它可以使光束的相位延迟四分之一波长的器件，本实用新型在此不做特别限制。

具体地，在本实用新型的一个实施例中，如图1所示，本实用新型实施例的分束器300为偏振分束器，偏振分束器能够透射第一偏振方向的光束和反射第二偏振方向的光束，第一偏振方向和第二偏振方向垂直，第一相位延迟器200能沿垂直于第一相位延迟器200的光轴的方向旋转，通过旋转第一相位延迟器200可以调节入射光束的偏振方向，由此可以将入射光束的偏振方向调整至与第一偏振方向相同，使得经第一相位延迟器200处理的入射光束可以完全透过偏振分束器300，以便于后续进行时域展宽的处理。

具体地，在本实用新型的一个实施例中，分束器300包括第一端口、第二端口以及第三端口，第一准直器100连接于第一端口，第二准直器500连接于第二端口，第三准直器800连接于第三端口。在该实施例中，第一准直器100、第二准直器500和第三准直器800分别与分束器300的第一端口、第二端口和第三端口空间耦合对接，为了提高耦合效率，可以使得第一准直器100、第二准直器500和第三准直器800分别与分束器300的第一端口、第二端口和第三端口同轴设置。

具体地，在本实用新型的一个实施例中，第二相位延迟器400能沿垂直于第二相位延迟器400的光轴的方向旋转，通过旋转第二相位延迟器400，可以调节第二相位延迟器400的光轴与分束器300的第二端口所输出的光束的偏振方向的夹角。在该实施例中，第二相位延迟器400的光轴与分束器300的第二端口所输出的光束的偏振方向呈45°，从而使得光束在经过两次时域展宽处理后从分束器300输出。

具体地，在本实用新型的一个实施例中，时域展宽光纤600可以为单模的无源非保偏光纤，无源非保偏光纤包括纤芯、包裹于纤芯外的包层以及涂覆于包层外的涂覆层，采用单模的无源非保偏光纤作为光脉冲展宽的介质，成本更加低廉，相对于保偏光纤或者啁啾光栅方案都有很大优势。

可选地，本实用新型实施例的时域展宽光纤600中，纤芯的直径范围为6μm～10μm，包层的外径范围为100μm～150μm，涂覆层的外径范围为220μm～280μm，例如，纤芯的直径可以为6μm、7μm、8μm、9μm或者10μm，包层的外径可以为125μm，涂覆层的外径可以为250μm。可以理解的是，根据实际情况的选择，纤芯、包层和涂覆层的直径可以作适当调整，本实用新型在此不做特别限制。

具体地，在本实用新型的一个实施例中，第一准直器100的远离分束器300的一端和第三准直器800的远离分束器300的一端上均设有尾纤，第一准直器100和第三准直器800的尾纤均为保偏光纤；第二准直器500的远离分束器300的一端上设有尾纤，第二准直器500的尾纤为非保偏光纤，上述设置可以保证入射光束在进入第一相位延迟器200前的偏振态不变，又能保证时域展宽器射出的第三光束的偏振态不变。

具体地，在本实用新型的一个实施例中，如图2所示，法拉第旋转镜700包括沿光路依次设置的第四准直器710、法拉第旋转器720以及反射镜730，结合图1与图2，本实用新型实施例的时域展宽器使用时，首先，入射光束依次经过第一准直器100、第一相位延迟器200、分束器300、第二相位延迟器400以及第二准直器500后到达时域展宽光纤600并进行第一次时域展宽，得到第一光束；第一光束依次经过第四准直器710和法拉第旋转器720后被反射镜730反射；接着，反射镜730反射的第一光束到达时域展宽光纤600并进行第二次时域展宽，得到第二光束；第二光束依次经过第二准直器500、第二相位延迟器400、分束器300以及第三准直器800后射出，得到第三光束。

进一步地，如图2所示，本实用新型实施例的法拉第旋转镜700中，第四准直器710、法拉第旋转器720和反射镜730可以一体化设置，此时，法拉第旋转镜700还包括外壳740，第四准直器710、法拉第旋转器720和反射镜730集成设置于外壳740内部。在该实施例中，外壳740为金属制件，以便于更好地保护第四准直器710、法拉第旋转器720和反射镜730。

可以理解的是，根据实际情况的选择，法拉第旋转镜700的具体结构也可以为其它包含法拉第旋转器720的结构，例如，法拉第旋转镜700包括沿光路依次设置的光纤式法拉第旋转器720以及光纤布拉格光栅，或者法拉第旋转镜700包括沿光路依次设置的光纤式法拉第旋转器720以及光纤萨格纳克干涉仪，本实用新型在此不做特别限制。

本实用新型的另一实施例提供了一种激光器，包括如上的时域展宽器，由于本实用新型实施例的激光器包括如上所述的时域展宽器，因此同样具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

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 (10)

1.一种时域展宽器，其特征在于，包括分束器、与所述分束器连接的第一准直器、设于所述分束器和所述第一准直器之间且用于使光束的相位延迟二分之一波长的第一相位延迟器、与所述分束器连接的第二准直器、设于所述分束器和所述第二准直器之间且用于使光束的相位延迟四分之一波长的第二相位延迟器、一端与所述第二准直器连接且用于光束的脉冲展宽的时域展宽光纤、与所述时域展宽光纤的远离所述第二准直器的一端连接且用于反射光束的法拉第旋转镜以及与所述分束器连接的第三准直器；

所述时域展宽器工作时，入射光束依次经过所述第一准直器、所述第一相位延迟器、所述分束器、所述第二相位延迟器以及所述第二准直器后到达所述时域展宽光纤并进行第一次时域展宽，得到第一光束；所述第一光束经所述法拉第旋转镜反射后到达所述时域展宽光纤并进行第二次时域展宽，得到第二光束；所述第二光束依次经过所述第二准直器、所述第二相位延迟器、所述分束器以及所述第三准直器后射出，得到第三光束。

2.如权利要求1所述的时域展宽器，其特征在于，所述分束器为偏振分束器，所述第一相位延迟器能沿垂直于所述第一相位延迟器的光轴的方向旋转。

3.如权利要求1所述的时域展宽器，其特征在于，所述分束器包括第一端口、第二端口以及第三端口，所述第一准直器连接于所述第一端口，所述第二准直器连接于所述第二端口，所述第三准直器连接于所述第三端口。

4.如权利要求3所述的时域展宽器，其特征在于，所述第二相位延迟器的光轴与所述分束器的第二端口所输出的光束的偏振方向呈45°。

5.如权利要求1所述的时域展宽器，其特征在于，所述第二相位延迟器能沿垂直于所述第二相位延迟器的光轴的方向旋转。

6.如权利要求1所述的时域展宽器，其特征在于，所述时域展宽光纤为无源非保偏光纤，所述无源非保偏光纤包括纤芯、包裹于所述纤芯外的包层以及涂覆于所述包层外的涂覆层。

7.如权利要求6所述的时域展宽器，其特征在于，所述纤芯的直径范围为6μm～10μm，所述包层的外径范围为100μm～150μm，所述涂覆层的外径范围为220μm～280μm。

8.如权利要求1至7任一项所述的时域展宽器，其特征在于，所述第一准直器和所述第三准直器上均设有尾纤，所述第一准直器和所述第三准直器的尾纤均为保偏光纤；所述第二准直器上设有尾纤，所述第二准直器的尾纤为非保偏光纤。

9.如权利要求1至7任一项所述的时域展宽器，其特征在于，所述法拉第旋转镜包括沿光路依次设置的第四准直器、法拉第旋转器以及反射镜；或者，

所述法拉第旋转镜包括沿光路依次设置的光纤式法拉第旋转器以及光纤布拉格光栅；或者，

所述法拉第旋转镜包括沿光路依次设置的光纤式法拉第旋转器以及光纤萨格纳克干涉仪。

10.一种激光器，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的时域展宽器。

Images