CN213278685U - 混合模态脉冲激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种混合模态脉冲激光器，包括微片脉冲种子单元和单级光纤放大单元；微片脉冲种子单元包括依次设置的激光器、微片晶体及被动调Q晶体；微片脉冲种子单元用于输出脉冲种子激光；单级光纤放大单元包括大模场光纤及多个放大器带内泵浦源，各放大器带内泵浦源均用于泵浦大模场光纤；单级光纤放大单元用于放大微片脉冲种子单元输出的激光，并将放大后的激光输出。本实用新型实施例提供的混合模态脉冲激光器，提升了脉冲风冷光纤激光器的散热效率及平均输出功率，同时通过微片脉冲种子单元和单级光纤放大单元的模块化配置可以减小整机集成复杂程度、生产成本，并提高系统工作长期稳定性。

Description

混合模态脉冲激光器

技术领域

本实用新型涉及激光技术领域，具体而言，涉及一种混合模态脉冲激光器。

背景技术

发射波长集中在1.85～2.15μm范围内的激光处于人眼安全区，同时还处在一个强的水分子吸收峰和两个弱的大气吸收带范围内，使得该波段激光在透明塑料材料加工、激光外科手术、激光皮肤治疗、激光测量与传感等领域展现出了较高应用价值，特别是其中的掺铥光纤激光器(发射波长集中在1.9～2.05μm范围内)集成所涉及的产业链逐步成熟，许多应用场景中可以替代传统CO₂激光器、铥固体激光器、钬固体激光器以及参量变换激光器，极具规模化产业应用前景。

利用铥光纤的纵向增益分布进行废热管理，可以直接依靠风冷方式获得较高功率激光输出，如果能够进一步提升平均输出功率和峰值功率，实现汽化切割效率提升、碎石更精细且热损伤更小，脉冲铥光纤激光系统预计会成为未来泌尿外科的主力工具之一。另一方面，外科精准手术(例如颅底手术、心脏手术、肝癌门静脉癌栓消融等)，对短激光脉冲宽度有更高需求。

短脉冲运转的铥光纤激光器对整机散热性能提出了更高要求，现有采用790nm LD激励铥光纤时，实际综合增益光纤热亏损超过50％、LD热亏损约55％，为了获得100瓦的2微米纳秒脉冲激光，则系统中产生的废热功率在350瓦左右，热管理设计难度高。现有的强制风冷脉冲铥光纤激光器中普遍存在废热过于集中、平均输出功率难于提升的问题。

实用新型内容

本实用新型解决的是现有强制风冷脉冲铥光纤激光器废热过于集中、平均输出功率难于提升的问题。

为解决上述问题，本实用新型提供一种混合模态脉冲激光器，包括微片脉冲种子单元和单级光纤放大单元；所述微片脉冲种子单元包括依次设置的激光器、微片晶体及被动调Q晶体；所述微片脉冲种子单元用于输出脉冲种子激光；所述激光器为半导体激光器；所述单级光纤放大单元包括大模场光纤及多个放大器带内泵浦源，各所述放大器带内泵浦源均用于泵浦所述大模场光纤；所述单级光纤放大单元用于放大所述微片脉冲种子单元输出的激光，并将放大后的激光输出。

可选地，所述单级光纤放大单元还包括正向光纤合束器，至少一个所述放大器带内泵浦源通过所述正向光纤合束器泵浦所述大模场光纤；和/或，还包括反向光纤合束器，至少一个所述放大器带内泵浦源通过所述反向光纤合束器泵浦所述大模场光纤。

可选地，还包括用于强制风冷的风扇模组；各所述放大器带内泵浦源均设置于进风口一侧；和/或，还包括散热翅片模块，各所述放大器带内泵浦源均与所述散热翅片模块接触设置。

可选地，所述微片脉冲种子单元还包括：准直聚焦耦合器、平凹输出镜、聚焦耦合器及种子源输出光纤；所述激光器、所述准直聚焦耦合器、所述微片晶体、所述被动调Q晶体、所述平凹输出镜、所述聚焦耦合器及所述种子源输出光纤依次设置。

可选地，所述放大器带内泵浦源包括：大模场铒镱共掺光纤、激光器及光纤合束器；所述激光器通过所述光纤合束器泵浦所述大模场铒镱共掺光纤。

可选地，所述散热翅片模块包括上层翅片及下层翅片；所述上层翅片的下表面与所述下层翅片的上表面贴合；各所述放大器带内泵浦源、所述微片脉冲种子单元与所述上层翅片的上表面接触设置；所述单级光纤放大单元除各所述放大器带内泵浦源以外的其他光学器件与所述下层翅片的下表面接触设置。

可选地，所述微片脉冲种子单元的激光器、所述放大器带内泵浦源的激光器均设置有半导体制冷片进行温度控制。

可选地，所述单级光纤放大单元还包括设置于所述正向光纤合束器之前的光纤耦合隔离器和/或光纤模场匹配滤模器。

可选地，所述单级光纤放大单元还包括以下至少一项：包层光滤模器、高功率隔离器、多模光纤耦合器、多模传能光纤。

可选地，所述微片晶体为铥离子掺杂微片晶体，或，所述大模场光纤为大模场铥掺杂光纤，或，所述放大器带内泵浦源为铒镱光纤激光带内泵浦源。

本实用新型实施例提供的混合模态脉冲激光器，采用被动调Q微片种子源、单级光纤放大单元及光纤激光带内泵浦联用方案，通过被动调Q及微片激光方案实现纳秒脉冲激光输出，带内泵浦放大结构可以减小主放大系统的热亏损，通过一级放大器即可获得目标高功率激光输出，提升了脉冲风冷光纤激光器的散热效率及平均输出功率，同时通过微片脉冲种子单元和单级光纤放大单元的模块化配置可以减小整机集成复杂程度、生产成本，并提高系统工作长期稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的一个实施例中一种混合模态脉冲激光器的结构示意图；

图2为本实用新型的一个实施例中一种混合模态脉冲激光器的带内泵浦源的结构示意图；

图3为本实用新型的一个实施例中一种混合模态医用脉冲激光器的下层集成面的结构示意图；

图4为本实用新型的一个实施例中一种混合模态医用脉冲激光器的侧面分布结构的结构示意图。

附图标记说明：

I-被动调Q微片种子单元；

II-大模场铥光纤放大单元；

110-半导体激光器；

120-准直聚焦耦合器；

130-铥离子掺杂微片晶体；

140-被动调Q晶体；

150-平凹输出镜；

160-聚焦耦合器；

170-种子源输出光纤；

180-光纤耦合隔离器；

190-光纤模场匹配滤模器；

200-放大器带内泵浦源；

210-正向(2+1)×1光纤合束器；

220-大模场铥掺杂光纤；

230-反向(2+1)×1光纤合束器；

240-包层光滤模器；

250-高功率隔离器；

260-多模光纤耦合器；

270-多模传能光纤；

280-半导体激光器；

290-反向(2+1)×1光纤合束器；

300-大模场铒镱共掺光纤；

310-高反光纤光栅；

320-低反光纤光栅；

330-光纤包层光滤模器；

340-光电传感器；

350-放大器带内泵浦源驱动板；

360-放大器带内泵浦源温控板；

370-激光器中央控制板；

380-被动调Q微片种子单元驱动板；

390-被动调Q微片种子单元温控板；

400-光纤整理圆盘；

410-光纤过渡孔；

420-风扇模组；

430-激光器上层翅片模块；

440-激光器下层翅片模块。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。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。

本实施例提供了一种混合模态脉冲激光器，包括微片脉冲种子单元和单级光纤放大单元。

微片脉冲种子单元包括依次设置的激光器、微片晶体及被动调Q晶体单级光纤放大单元包括大模场光纤及多个放大器带内泵浦源，各放大器带内泵浦源均用于泵浦大模场光纤。微片脉冲种子单元用于输出脉冲种子激光，单级光纤放大单元用于放大微片脉冲种子单元输出的激光，并将放大后的激光输出。

可选地，上述微片晶体为铥离子掺杂微片晶体，或，上述大模场光纤为大模场铥掺杂光纤，或，上述放大器带内泵浦源为铒镱光纤激光带内泵浦源。

脉冲种子源采用被动调Q微片脉冲种子源，可以提供较高输出平均功率、较窄输出脉冲宽度的脉冲激光，且体积小巧、成本低。

在光纤放大单元中引入放大器带内泵浦源，可以极大减小光纤放大器中的热亏损，从而保证放大器在高功率下的长期脉冲稳定运转。

由于上述较高功率的被动调Q微片脉冲种子源与带内泵浦方式的共同保障，使得放大器采用单级大模场光纤放大器即可输出所需的高功率窄脉冲激光，极大降低了高功率脉冲光纤激光器的集成制造难度。

本实施例提供的混合模态脉冲激光器，采用被动调Q微片种子源、单级光纤放大单元及光纤激光带内泵浦联用方案，通过被动调Q及微片激光方案实现纳秒脉冲激光输出，带内泵浦放大结构可以减小主放大系统的热亏损，通过一级放大器即可获得目标高功率激光输出，提升了脉冲风冷光纤激光器的散热效率及平均输出功率，同时通过微片脉冲种子单元和单级光纤放大单元的模块化配置可以减小整机集成复杂程度、生产成本，并提高系统工作长期稳定性。

可选地，上述单级光纤放大单元还可以包括正向光纤合束器，至少一个放大器带内泵浦源通过该正向光纤合束器泵浦上述大模场光纤；和/或，还可以包括反向光纤合束器，至少一个放大器带内泵浦源通过该反向光纤合束器泵浦大模场光纤。在本实施例中，例如大模场光纤为大模场铥掺杂光纤、正向光纤合束器为正向(2+1)×1光纤合束器、反向光纤合束器为反向(2+1)×1光纤合束器。

其中，单级光纤放大单元还可以包括设置于正向光纤合束器之前的光纤耦合隔离器以及光纤模场匹配滤模器。

随着混合模态脉冲激光器的实际使用场景更换，单级光纤放大单元在输出端可以包括以下至少一项：包层光滤模器、高功率隔离器、多模光纤耦合器、多模传能光纤。包层光滤模器、高功率隔离器、多模光纤耦合器、多模传能光纤四个器件可以进行灵活配置，例如在无返回光影响的应用场景中可以不包括高功率隔离器，在无需用户更换输出光纤的使用场景中可以不包括高功率隔离器、多模光纤耦合器，在希望同时获得1550nm-1580nm波段激光输出的场景亦可以不包括包层光滤模器。

可选地，上述微片脉冲种子单元还包括：准直聚焦耦合器、平凹输出镜、聚焦耦合器及种子源输出光纤；激光器、准直聚焦耦合器、微片晶体、被动调Q晶体、平凹输出镜、聚焦耦合器及种子源输出光纤依次设置。

可选地，上述放大器带内泵浦源可包括：大模场铒镱共掺光纤、激光器及光纤合束器；该激光器通过光纤合束器泵浦大模场铒镱共掺光纤。

参见图1所示的一种混合模态脉冲激光器的结构示意图，以混合模态脉冲激光器的光学部分包括被动调Q微片种子单元I与大模场铥光纤放大单元II为例进行说明。

其中，被动调Q微片种子单元I包括一个半导体激光器110、一个准直聚焦耦合器120、一块铥离子掺杂微片晶体130、一块被动调Q晶体140、一片平凹输出镜150、一个聚焦耦合器160和一根种子源输出光纤170。大模场铥光纤放大单元II包括一个光纤耦合隔离器180、一个光纤模场匹配滤模器190、四个放大器带内泵浦源200、一个正向(2+1)×1光纤合束器210、一段大模场铥掺杂光纤220、一个反向(2+1)×1光纤合束器230、一个包层光滤模器240、一个高功率隔离器250、一个多模光纤耦合器260以及一段多模传能光纤270。

半导体激光器110的输出波长在780-805nm范围内、输出功率在4瓦-6瓦范围内；准直聚焦耦合器120对半导体激光器110的输出激光进行准直聚焦，聚焦后光斑直径在0.1-0.4mm范围内。铥离子掺杂微片晶体130的铥离子掺杂浓度在3％-5％范围内，晶体长度在2mm-5mm范围内，晶体前端面处于准直聚焦耦合器120聚焦光斑位置，晶体基质材料可为YAG、YLF、YVO4、LuVO4、YAP、KYW、KLuW等。被动调Q晶体140为1900nm-2050nm波长范围内的一种高质量可饱和吸收体，可为Cr2+掺杂的ZnS、ZnSe、CdS、CdSe等II-VI族化合物中的一种，也可以为半导体材料、碳纳米管、黑磷、拓扑绝缘体、二硫化钼等新型可饱和吸收材料。平凹输出镜150的凹面曲率半径在30mm-50mm范围内，平凹输出镜150在1930nm-1980nm波长范围内的输出透过率在1％-6％范围内，同时对785-795nm范围内激光反射率超过98％。聚焦耦合器160将输出1930nm-1980nm脉冲激光聚焦进种子源输出光纤170内，聚焦耦合器160含有光电监测功能。种子源输出光纤170的纤芯直径在10μm-30μm范围内、纤芯数值孔径不超过0.15，内包层直径在130μm-250μm范围内、内包层数值孔径不超过0.5。

被动调Q微片种子单元I最终输出激光平均功率在0.5瓦-0.6瓦范围内、脉冲宽度在100ns-400ns范围内、脉冲重复频率在20kHz-100kHz范围内、谱线宽度在0.1nm-1nm范围内。

光纤耦合隔离器180为非偏振隔离器，两端光纤参数与种子源输出光纤170相同，插入损耗不超过15％；光纤模场匹配滤模器190入射端光纤参数与光纤耦合隔离器180输出端光纤参数相同、出射端光纤参数与正向(2+1)×1光纤合束器210的信号纤参数相同，同时对反向传输的包层光功率滤除比例超过20dB。

四个放大器带内泵浦源200的输出波长在1550nm-1580nm范围内、输出功率在35瓦-40瓦范围内，其中第一放大器带内泵浦源200和第二放大器带内泵浦源200经过正向(2+1)×1光纤合束器210泵浦大模场铥掺杂光纤220，第三放大器带内泵浦源200和第四放大器带内泵浦源200经过反向(2+1)×1光纤合束器230泵浦大模场铥掺杂光纤220。

两个(2+1)×1光纤合束器210、230的泵浦臂光纤为1550nm-1580nm波段低损耗传能光纤，其纤芯直径、数值孔径均不小于放大器带内泵浦源190输出尾纤的纤芯直径、数值孔径，两个(2+1)×1光纤合束器210、230的输出合束光纤与输入信号臂光纤参数相同、均为双包层光纤，其纤芯(内包层)直径、数值孔径均与大模场铥掺杂光纤220相同。

大模场铥掺杂光纤220为双包层光纤，纤芯直径在20μm-30μm范围内、纤芯数值孔径不超过0.11，内包层直径在200μm-400μm范围内、内包层数值孔径不超过0.5，大模场铥掺杂光纤220在泵浦波长1550nm-1580nm处的总吸收比例需要控制在12dB-15dB范围内；包层光滤模器240为基于无源双包层光纤制作，其纤芯、包层的尺寸、数值孔径均与大模场铥掺杂光纤220相同，包层光滤模器240的包层光功率滤除比例超过20dB；高功率隔离器250为双包层光纤输入、自由空间输出的非偏振隔离器，其纤芯、包层的尺寸、数值孔径均与包层光滤模器240的光纤相同，高功率隔离器250插入损耗不超过5％、输出激光光斑直径在1.5mm-2.0mm范围内；多模光纤耦合器260将高功率隔离器250输出准直激光再次耦合进多模传能光纤270中，同时带有指示光耦合与光电监测功能；多模传能光纤270为反复可插拔光纤，其纤芯直径在100μm-1000μm范围内，数值孔径在0.15-0.5范围内。

参见图2所示的一种混合模态脉冲激光器的带内泵浦源的结构示意图，以混合模态脉冲激光器的光学部分包括被动调Q微片种子单元I与大模场铥光纤放大单元II为例进行说明。

放大器带内泵浦源200为反向泵浦结构的单级振荡器，包括两个半导体激光器280、一个反向(2+1)×1光纤合束器290、一段大模场铒镱共掺光纤300、一只高反光纤光栅310、一只低反光纤光栅320、一个光纤包层光滤模器330和一个光电传感器340。

两个半导体激光器280的输出波长在910-980nm范围内、输出功率在35瓦-40瓦范围内、输出尾纤的纤芯直径在100μm-200微米范围内、输出尾纤的数值孔径在0.2-0.3范围内，两个半导体激光器280经过反向(2+1)×1光纤合束器290泵浦大模场铒镱共掺光纤300；反向(2+1)×1光纤合束器290的泵浦臂光纤为910nm-980nm波段低损耗传能光纤，其纤芯直径、数值孔径均不小于半导体激光器280输出尾纤的纤芯直径、数值孔径，反向(2+1)×1光纤合束器290的输出合束光纤与输入信号臂光纤参数相同、均为双包层光纤，其纤芯(内包层)直径、数值孔径均与大模场铒镱共掺光纤300相同；大模场铒镱共掺光纤300为双包层光纤，纤芯直径在10μm-20μm范围内、纤芯数值孔径不超过0.15，内包层直径在100μm-250μm范围内、内包层数值孔径不超过0.5，大模场铒镱共掺光纤300在泵浦波长910nm-980nm处的总吸收比例需要控制在12dB-15dB范围内。

高反光纤光栅310和低反光纤光栅320为一对基于无源易敏化双包层光纤刻写的中心波长差别不超过0.02nm、边模抑制比均超过20dB的光栅，其纤芯(内包层)直径、数值孔径均与大模场铒镱共掺光纤300相同；高反光纤光栅310、低反光纤光栅320的中心波长在1550nm-1580nm范围内，其中高反光纤光栅310的中心波长反射率超过99.9％，低反光纤光栅320的中心波长反射率在5％-20％范围内；光纤包层光滤模器330与高反光纤光栅310相连接，其光纤规格与反向(2+1)×1光纤合束器290的输出合束光纤保持一致，对包层光功率滤除比例超过20dB；光电传感器340为响应1550nm-1580nm范围激光的光电二极管，用于监测放大器带内泵浦源200的工作状态。

半导体激光器110、四个放大器带内泵浦源200中的半导体激光器280均需要经过半导体制冷片进行精确温控，温控范围在20℃-35℃内、温控精度优于0.1℃。大模场铥掺杂光纤220、大模场铒镱共掺光纤300均需要盘绕在金属槽中进行良好传导冷却。铥离子掺杂微片晶体130、被动调Q晶体140、光纤耦合隔离器180、光纤模场匹配滤模器190、正向(2+1)×1光纤合束器210、反向(2+1)×1光纤合束器230、包层光滤模器240、高功率隔离器250、多模光纤耦合器260、反向(2+1)×1光纤合束器290、高反光纤光栅310、低反光纤光栅320以及光纤包层光滤模器330均要在器件底面涂抹导热硅脂并安置在金属热沉上进行传导冷却。

因本实用新型激光器实际使用场景更换，在输出端所述包层光滤模器240、所述高功率隔离器250、所述多模光纤耦合器260、所述多模传能光纤270四个器件中可以进行灵活配置，例如在无返回光影响的应用场景中可以不包括所述高功率隔离器250，在无需用户更换输出光纤的使用场景中可以不包括所述高功率隔离器250、所述多模光纤耦合器260，在希望同时获得1550nm-1580nm波段激光输出的场景亦可以不包括包层光滤模器240。

本实施例通过被动调Q微片种子源、单级大模场铥光纤放大器、Er/Yb光纤激光带内泵浦联用方案来实现一种100瓦级平均功率、纳秒脉冲宽度的2微米波段激光器，克服了强制风冷脉冲铥光纤激光器中普遍存在的废热过于集中、平均输出功率难于提升的难题，同时通过模块化配置减小整机集成复杂程度、生产成本，并提高系统工作长期稳定性。

被动调Q微片种子单元I中的主要器件参数配置包括：半导体激光器110采用输出功率4瓦、105/125光纤耦合的793nm半导体激光器，铥离子掺杂微片晶体130采用5％铥离子掺杂浓度、2.5mm长度的Tm：YAG晶体，被动调Q晶体140采用1.5mm厚度的Cr2+：ZnS晶体，平凹输出镜150采用30mm凹面曲率半径、1950nm处的透过率5％，种子源输出光纤170采用无源双包层光纤，半导体激光器280采用输出功率20瓦、105/125光纤耦合的940nm半导体激光器，大模场铒镱共掺光纤300采用双包层光纤、光纤长度4.5米，一对高反光纤光栅310、低反光纤光栅320的中心波长均为1565nm、中心波长处反射率分别为99.9％与90％，大模场铥掺杂光纤220采用双包层光纤、光纤长度4米，多模传能光纤270采用400/440的多模光纤、纤芯数值孔径为0.22，实验环境温度为25℃，放大器带内泵浦源温控板360设定温度为25℃，被动调Q微片种子单元温控板390设定温度为25℃，最终实验获得了最大激光输出超过55W、脉冲宽度240ns左右、脉冲重频约25kHz，连续运转10分钟即可达到稳定输出状态，测试4小时内的输出功率稳定性优于±2％。

再例如大模场铥光纤放大单元II中的主要器件参数配置包括：半导体激光器110采用输出功率6瓦、105/125光纤耦合的793nm半导体激光器，铥离子掺杂微片晶体130采用5％铥离子掺杂浓度、4mm长度的Tm：YLF晶体，被动调Q晶体140采用2mm厚度的Cr2+：CdSe晶体，平凹输出镜150采用40mm凹面曲率半径、1940nm处的透过率3％，种子源输出光纤170采用无源双包层光纤，半导体激光器280采用输出功率40瓦、105/125光纤耦合的940nm半导体激光器，大模场铒镱共掺光纤300采用双包层光纤、光纤长度5米，一对高反光纤光栅310、低反光纤光栅320的中心波长均为1565nm、中心波长处反射率分别为99.9％与90％，大模场铥掺杂光纤220采用双包层光纤、光纤长度5米，多模传能光纤270采用400/440的多模光纤、纤芯数值孔径为0.22，实验环境温度为25℃，放大器带内泵浦源温控板360设定温度为25℃，被动调Q微片种子单元温控板390设定温度为25℃，最终实验获得了最大激光输出超过105W、脉冲宽度150ns左右、脉冲重频约50kHz，连续运转20分钟即可达到稳定输出状态，测试4小时内的输出功率稳定性优于±3％。

考虑到混合模态脉冲激光器的主放大系统的散热及热管理需要，混合模态脉冲激光器还可以包括用于强制风冷的风扇模组；各放大器带内泵浦源均设置于进风口一侧；混合模态脉冲激光器还可以包括散热翅片模块，各放大器带内泵浦源均与散热翅片模块接触设置。

可选地，散热翅片模块包括上层翅片及下层翅片，上层翅片的下表面与下层翅片的上表面贴合。各放大器带内泵浦源、微片脉冲种子单元与上层翅片的上表面接触设置；单级光纤放大单元除各放大器带内泵浦源以外的其他光学器件与下层翅片的下表面接触设置。

本实施例提供的混合模态医用脉冲激光器，还可以按照集成空间分配为激光器下层集成面III与激光器侧面分布结构IV。

参见图3所示的混合模态医用脉冲激光器的下层集成面的结构示意图，示出了下层集成面III包括四个放大器带内泵浦源200、一块放大器带内泵浦源驱动板350、一块放大器带内泵浦源温控板360、一块激光器中央控制板370、一个被动调Q微片种子单元I、一块被动调Q微片种子单元驱动板380、一块被动调Q微片种子单元温控板390、一个光纤整理圆盘400以及一个光纤过渡孔410。参见图4所示的混合模态医用脉冲激光器的侧面分布结构的结构示意图，示出了侧面分布结构IV包括一个风扇模组420、一个激光器上层翅片模块430以及一个激光器下层翅片模块440。

四个放大器带内泵浦源200热亏损较高、需要均匀分布在进风口一侧，以获得最佳的散热效果，被动调Q微片种子单元I的总体热亏损较低、布置在激光器下层集成面III的右下角；被动调Q微片种子单元I、四个放大器带内泵浦源200的输出光纤均盘绕到光纤整理圆盘400上，然后经过光纤过渡孔410到达激光器上层翅片模块430的集成面。

放大器带内泵浦源驱动板350、放大器带内泵浦源温控板360分别为四个放大器带内泵浦源200内的半导体激光器280提供恒流驱动与精确温度控制；被动调Q微片种子单元驱动板380、被动调Q微片种子单元温控板390分别为被动调Q微片种子单元I中的半导体激光器110提供恒流驱动与精确温度控制；激光器中央控制板370通过电气连接线分别与放大器带内泵浦源驱动板350、放大器带内泵浦源温控板360、被动调Q微片种子单元驱动板380以及被动调Q微片种子单元温控板390相连接并实现激光器总体电子控制。

风扇模组420含有多个风扇、对激光器上层翅片模块430和激光器下层翅片模块440进行强制对流冷却，风扇模组420的进风范围不超过激光器上层翅片模块430和激光器下层翅片模块440的翅片范围、达到最小风阻与最小热阻，风扇模组420的转速为自适应控制、与放大器带内泵浦源200的工作电流线性相关；激光器上层翅片模块430的上表面用于安装与固定除被动调Q微片种子单元I和四个放大器带内泵浦源200之外的所有光学器件，激光器上层翅片模块430的下表面与激光器下层翅片模块440的上表面贴合；激光器下层翅片模块440的下表面即为激光器下层集成面III，用于安装与固定被动调Q微片种子单元I、四个放大器带内泵浦源200以及所有的电子控制单元。

混合模态医用脉冲激光器因使用环境温度变化剧烈，放大器带内泵浦源温控板360与风扇模组420的相关参数可进行重新配置，以提高混合模态医用脉冲激光器的工作参数一致性、长时间工作稳定性并减短激光器预热时间。

本实施例提供的混合模态医用脉冲激光器，通过被动调Q微片种子源、单级大模场铥光纤放大器、Er/Yb光纤激光带内泵浦联用方案来实现一种100瓦级平均功率、纳秒脉冲宽度的2微米波段激光器，其中光纤耦合被动调Q微片种子源具有体积小巧、输出平均功率较高、输出脉冲宽度较窄、成本低等优势，Er/Yb光纤激光带内泵浦的引入可以极大减小铥光纤放大器中的热亏损，从而保证放大器在高功率下的长期脉冲稳定运转，因较高功率种子源与带内泵浦方式的保障，使得单级大模场铥光纤放大器成为可能，极大简化了高功率脉冲铥光纤激光器的集成制造难度。

通过被动调Q微片种子源、单级大模场铥光纤放大器、Er/Yb光纤激光带内泵浦联用方案，有利于提升脉冲风冷铥光纤激光器的平均输出功率至100W以上，同时通过模块化配置减小整机集成复杂程度、生产成本，并提高系统工作长期稳定性。通过被动调Q及微片激光方案实现纳秒脉冲激光输出，克服传统主动调Q方案存在电磁兼容要求高、半导体种子源调制放大方案中技术路线复杂等主要缺点，使得能够通过一级放大器直接获得目标高功率激光输出。通过1560nm波段激光带内泵浦大模场铥光纤放大结构减小主放大系统的热亏损，通过双层冷却面高效复用、多种中等功率半导体激光器合理安装配置等细节保证激光器的长期高效热管理。

针对传统790nm半导体激光器泵浦脉冲掺铥光纤激光器中放大级数较多、热亏损较大的问题进行了创新设计，使得更加紧凑简洁的风冷100瓦级2微米脉冲激光器成为可能，特别适用于泌尿外科软硬组织一体化激光外科治疗，同时也能够用于无痕迹的高速透明塑料焊接场景以及其他科研应用场景。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种混合模态脉冲激光器，其特征在于，包括微片脉冲种子单元和单级光纤放大单元；

所述微片脉冲种子单元包括依次设置的激光器、微片晶体及被动调Q晶体；所述微片脉冲种子单元用于输出脉冲种子激光；所述激光器为半导体激光器；

所述单级光纤放大单元包括大模场光纤及多个放大器带内泵浦源，各所述放大器带内泵浦源均用于泵浦所述大模场光纤；

所述单级光纤放大单元用于放大所述微片脉冲种子单元输出的激光，并将放大后的激光输出。

2.根据权利要求1所述的混合模态脉冲激光器，其特征在于，所述单级光纤放大单元还包括正向光纤合束器，至少一个所述放大器带内泵浦源通过所述正向光纤合束器泵浦所述大模场光纤；和/或，

所述单级光纤放大单元还包括反向光纤合束器，至少一个所述放大器带内泵浦源通过所述反向光纤合束器泵浦所述大模场光纤。

3.根据权利要求1所述的混合模态脉冲激光器，其特征在于，还包括用于强制风冷的风扇模组；各所述放大器带内泵浦源均设置于进风口一侧；和/或，

还包括散热翅片模块，各所述放大器带内泵浦源均与所述散热翅片模块接触设置。

4.根据权利要求1所述的混合模态脉冲激光器，其特征在于，所述微片脉冲种子单元还包括：准直聚焦耦合器、平凹输出镜、聚焦耦合器及种子源输出光纤；

所述激光器、所述准直聚焦耦合器、所述微片晶体、所述被动调Q晶体、所述平凹输出镜、所述聚焦耦合器及所述种子源输出光纤依次设置。

5.根据权利要求1所述的混合模态脉冲激光器，其特征在于，所述放大器带内泵浦源包括：大模场铒镱共掺光纤、激光器及光纤合束器；

所述激光器通过所述光纤合束器泵浦所述大模场铒镱共掺光纤。

6.根据权利要求3所述的混合模态脉冲激光器，其特征在于，所述散热翅片模块包括上层翅片及下层翅片；所述上层翅片的下表面与所述下层翅片的上表面贴合；

各所述放大器带内泵浦源、所述微片脉冲种子单元与所述上层翅片的上表面接触设置；

所述单级光纤放大单元除各所述放大器带内泵浦源以外的其他光学器件与所述下层翅片的下表面接触设置。

7.根据权利要求1所述的混合模态脉冲激光器，其特征在于，所述微片脉冲种子单元的激光器、所述放大器带内泵浦源的激光器均设置有半导体制冷片进行温度控制。

8.根据权利要求2所述的混合模态脉冲激光器，其特征在于，所述单级光纤放大单元还包括设置于所述正向光纤合束器之前的光纤耦合隔离器和/或光纤模场匹配滤模器。

9.根据权利要求2所述的混合模态脉冲激光器，其特征在于，所述单级光纤放大单元还包括以下至少一项：包层光滤模器、高功率隔离器、多模光纤耦合器、多模传能光纤。

10.根据权利要求1-9任一项所述的混合模态脉冲激光器，其特征在于，

所述微片晶体为铥离子掺杂微片晶体，或，

所述大模场光纤为大模场铥掺杂光纤，或，

所述放大器带内泵浦源为铒镱光纤激光带内泵浦源。

Images