CN217281617U - 一种脉宽可调光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种脉宽可调光纤激光器，设置了光栅振荡器，一方面，可以产生连续的窄光谱激光；另一方面，中心波长和光谱宽度受限于光栅振荡器，可根据需求改变光栅振荡器参数获得不同中心波长和光谱宽度的激光；设置了调制器，可以控制脉冲的脉宽和波形，可实现任意波形和脉宽形式的激光输出；脉冲光的光谱宽度主要由光栅振荡器和主放大器决定，脉冲宽度和波形由调制器决定，两个技术参数控制因变量分开，自由度更高，相对于调Q激光器，具有脉宽可调，具备光谱窄且可控制，波形可整形等优点；相对于纳秒种子源放大的纳秒激光器，具备成本低，技术方案简单的优势，特别合适于对脉宽变化需求高、成本敏感的应用领域。

Description

一种脉宽可调光纤激光器

技术领域

本实用新型涉及光纤激光器领域，尤其涉及一种脉宽可调光纤激光器。

背景技术

纳秒脉冲激光器，一般由调Q激光器或者种子源电调制两种方案产生。调Q激光器由调Q开关(声光调制器)在光纤谐振腔中，通过电调制开启关闭切换，产生调Q脉冲。种子源电调制方案，是通过电路控制系统产生纳秒电脉冲，驱动单模LD，实现纳秒光学脉冲产生。但是调Q激光器产生的脉冲脉宽不可调，种子源电调制产生的脉冲脉宽可调，但是成本高，不适合大面积推广使用。因此，为了解决上述问题，本实用新型提供一种脉宽可调光纤激光器，通过光栅对产生连续激光，通过调制器调节连续光产生脉宽可调激光，相对于调Q激光器，具有脉宽可调，光谱宽度可调的优势；相对于纳秒种子源放大的纳秒激光器，具备成本低，技术方案简单的优势，特别合适于对脉宽变化需求高、成本敏感的应用领域。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种脉宽可调光纤激光器，通过光栅对产生连续激光，通过调制器调节连续光产生脉宽可调激光，相对于调Q激光器，具有脉宽可调，光谱宽度可调的优势；相对于纳秒种子源放大的纳秒激光器，具备成本低，技术方案简单的优势，特别合适于对脉宽变化需求高、成本敏感的应用领域。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种脉宽可调光纤激光器，其包括第一LD泵浦激光器和第一泵浦合束器，还包括光栅振荡器和调制器；

第一LD泵浦激光器产生的泵浦光通过第一泵浦合束器耦合到光栅振荡器的输入端，光栅振荡器的输出端输出连续激光；所述连续激光输入至调制器的输入端，调制器的输出端输出脉宽可调脉冲。

在以上技术方案的基础上，优选的，光栅振荡器包括高反光栅、第一增益光纤、无源光纤和低反光栅；

泵浦光通过顺次连接的第一泵浦合束器、高反光栅、第一增益光纤、无源光纤和低反光栅与调制器的输入端光纤连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，调制器为声光调制器或者电光调制器。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括预放大器和主放大器；

调制器输出的脉宽可调脉冲经过顺次连接的预放大器和主放大器输出脉冲。

在以上技术方案的基础上，优选的，预放大器包括第一在线隔离器、第二增益光纤、第二泵浦合束器和第二LD泵浦激光器；

调制器的输出端通过顺次连接的第一在线隔离器、第二增益光纤与第二泵浦合束器的第一输入端光纤连接，第二LD泵浦激光器与第二泵浦合束器的第二输入端光纤连接，第二泵浦合束器的输出端与主放大器光纤连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，主放大器包括第三增益光纤、第三泵浦合束器和第三LD泵浦激光器；

第二泵浦合束器的输出端通过第三增益光纤与第三泵浦合束器的第一输入端光纤连接，第三LD泵浦激光器与第三泵浦合束器的第二输入端光纤连接，第三泵浦合束器的输出端输出脉冲激光。

在以上技术方案的基础上，优选的，主放大器还包括第二在线隔离器；

第二在线隔离器串联在第二泵浦合束器的输出端与第三增益光纤之间。

在以上技术方案的基础上，优选的，主放大器还包括包层光剥离器；

包层光剥离器串联在第二在线隔离器与第三增益光纤之间。

在以上技术方案的基础上，优选的，主放大器还包括准直隔离器；

第三泵浦合束器的输出端通过准直隔离器输出脉冲激光。

本实用新型的一种脉宽可调光纤激光器相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)设置了光栅振荡器，一方面，可以产生连续的窄光谱激光，可用于掺Yb波段、掺Er波段、掺Tm波段光纤激光器中，或其他增益介质光纤激光器中；另一方面，中心波长和光谱宽度受限于光栅振荡器，可根据需求改变光栅振荡器参数获得不同中心波长和光谱宽度的激光；

(2)设置了调制器7，可以控制脉冲的脉宽和波形，可实现任意波形和脉宽形式的激光输出；

(3)脉冲光的光谱宽度主要由光栅振荡器和主放大器决定，脉冲宽度和波形由调制器7决定，两个技术参数控制因变量分开，自由度更高，相对于调Q激光器，具有脉宽可调，具备光谱窄且可控制，波形可整形等优点；相对于纳秒种子源放大的纳秒激光器，具备成本低，技术方案简单的优势，特别合适于对脉宽变化需求高、成本敏感的应用领域；

(4)通过设置预放大器和主放大器分别对脉冲光进行放大，产生高功率脉冲激光；

(5)通过设置第一在线隔离器8、第二在线隔离器12和包层光剥离器13，可以获得更为纯净的脉冲光；

(6)提供一种新的方案产生脉冲激光器或者连续激光器，脉冲参数调节自由度大，可通过不同的光学器件分别控制激光器相关参数，成本低廉，技术先进。

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为本实用新型一种脉宽可调光纤激光器的结构图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

一般由调Q激光器或者种子源电调制两种方案产生激光脉冲，但是调Q激光器产生的脉冲脉宽不可调，种子源电调制产生的脉冲脉宽可调，但是成本高，不适合大面积推广使用。因此，为了解决上述问题，如图1所示，本实用新型提供一种脉宽可调光纤激光器，其包括第一LD泵浦激光器1、第一泵浦合束器2、光栅振荡器、调制器7、预放大器和主放大器。

第一LD泵浦激光器1，用于产生泵浦光，属于现有技术。

第一泵浦合束器2，将第一LD泵浦激光器1产生的泵浦光合束到一根光纤中输出，主要用来提高泵浦功率。属于现有技术，在此不再累述。

光栅振荡器，一方面，可以产生连续的窄光谱激光，可用于掺Yb波段、掺Er波段、掺Tm波段光纤激光器中，或其他增益介质光纤激光器中；另一方面，中心波长和光谱宽度受限于光栅振荡器，可根据需求改变光栅振荡器参数获得不同中心波长和光谱宽度的激光。优选的，本实施例中，光栅振荡器包括高反光栅3、第一增益光纤4、无源光纤5和低反光栅6；泵浦光通过顺次连接的第一泵浦合束器2、高反光栅3、第一增益光纤4、无源光纤5和低反光栅6与调制器7的输入端光纤连接。其中，高反光栅3和低反光栅6构成光学谐振腔，高反光栅3和低反光栅6为两个反射镜，作用是使光子得到反馈并在工作介质中得到放大；第一增益光纤4为产生光子的增益介质；第一LD泵浦激光器1产生的泵浦光作为外部能量使第一增益光纤4达到粒子数反转。第一LD泵浦激光器1产生的泵浦光进入第一增益光纤4后被吸收，进而使第一增益光纤4中能级粒子数发生反转，当光学谐振腔内的增益高于损耗时在高反光栅3和低反光栅6之间便会形成激光振荡，产生激光信号输出。

调制器7，对光栅振荡器产生的连续激光进行斩波，产生脉宽和波形均可调的激光。优选的，调制器7为声光调制器或者电光调制器。

预放大器和主放大器，由于调制器7输出的脉冲光功率低，当脉冲光功率低于接收器件的灵敏度时，脉冲光信号可能会淹没在噪音中。因此，为了解决上述问题，本实施例设置了预放大器和主放大器，对脉冲光进行两级功率放大。本实施例中，调制器7输出的脉宽可调脉冲经过顺次连接的预放大器和主放大器输出脉冲。

优选的，如图1所示，预放大器包括第一在线隔离器8、第二增益光纤9、第二泵浦合束器10和第二LD泵浦激光器11；调制器7的输出端通过顺次连接的第一在线隔离器8、第二增益光纤9与第二泵浦合束器10的第一输入端光纤连接，第二LD泵浦激光器11与第二泵浦合束器10的第二输入端光纤连接，第二泵浦合束器10的输出端与主放大器光纤连接。其中，第一在线隔离器8避免光路中的回波对光源、泵浦源以及其他发光器件造成的干扰和损害；第二增益光纤9提供增益；第二泵浦合束器10和第二LD泵浦激光器11的作用与第一LD泵浦激光器1、第一泵浦合束器2的作用相同，在此不再累述。本实施例的预放大器工作原理为：调制器7输出的脉冲光经第一在线隔离器8隔离和第二增益光纤9放大后，输入至第二泵浦合束器10，脉冲光和第二LD泵浦激光器11产生的泵浦光叠加输出，实现功率放大的目的。

优选的，如图1所示，主放大器包括第二在线隔离器12、包层光剥离器13、第三增益光纤14、第三泵浦合束器15、第三LD泵浦激光器16和准直隔离器17；第二泵浦合束器10的输出端通过顺次连接的第二在线隔离器12、包层光剥离器13、第三增益光纤14与第三泵浦合束器15的第一输入端光纤连接，第三LD泵浦激光器16与第三泵浦合束器15的第二输入端光纤连接，第三泵浦合束器15的输出端输出脉冲激光。其中，第二在线隔离器12避免光路中的回波对光源、泵浦源以及其他发光器件造成的干扰和损害；包层光剥离器13有效“剥除”光纤包层内的残余泵浦甚至是内包层返回的反射信号光，而在纤芯中传输的信号光能够被很好的保持，包括信号光功率和光束质量因子；第三增益光纤14、第三泵浦合束器15和第三LD泵浦激光器16的作用和原理与预放大器相同，在此不再累述；准直隔离器17使光最大效率的耦合进入所需的器件中。本实施例中主放大器的工作原理为：预放大器输出的脉冲光经第二在线隔离器12隔离处理后，输入至包层光剥离器13，包层光剥离器13“剥除”光纤包层内的残余泵浦和包层返回的反射信号光，并输出有效脉冲光信号至第三增益光纤14，第三增益光纤14提供增益后，脉冲光和第三LD泵浦激光器16产生的泵浦光叠加输出，实现功率放大的目的，功率放大后的脉冲光经准直隔离器17耦合到所需器件中。

本实施例的激光器可应用于保偏激光器和非保偏激光器，激光器偏振态受限于光学器件。可应用于皮秒激光器，纳秒激光器，微秒激光器，毫秒激光器以及连续激光器中。

本实施例的工作原理为：第一LD泵浦激光器1产生的泵浦光通过第一泵浦合束器2耦合到光栅振荡器中，光栅振荡器产生连续光，所述连续光进入调制器7，调制器7对连续激光进行斩波，产生脉宽和波形均可调的脉冲光，所述脉冲光经过第一在线隔离器8隔离后，进入第二增益光纤9中，第二增益光纤9放大后，输入至第二泵浦合束器10，脉冲光和第二LD泵浦激光器11产生的泵浦光叠加输出至第二在线隔离器12，隔离处理后，输入至包层光剥离器13，包层光剥离器13“剥除”光纤包层内的残余泵浦和包层返回的反射信号光，并输出有效脉冲光信号至第三增益光纤14，第三增益光纤14提供增益后，脉冲光和第三LD泵浦激光器16产生的泵浦光叠加输出，实现功率放大的目的，功率放大后的脉冲光经准直隔离器17耦合到所需器件中。

本实施例的有益效果为：设置了光栅振荡器，一方面，可以产生连续的窄光谱激光，可用于掺Yb波段、掺Er波段、掺Tm波段光纤激光器中，或其他增益介质光纤激光器中；另一方面，中心波长和光谱宽度受限于光栅振荡器，可根据需求改变光栅振荡器参数获得不同中心波长和光谱宽度的激光；

设置了调制器7，可以控制脉冲的脉宽和波形，可实现任意波形和脉宽形式的激光输出；

脉冲光的光谱宽度主要由光栅振荡器和主放大器决定，脉冲宽度和波形由调制器7决定，两个技术参数控制因变量分开，自由度更高，相对于调Q激光器，具有脉宽可调，具备光谱窄且可控制，波形可整形等优点；相对于纳秒种子源放大的纳秒激光器，具备成本低，技术方案简单的优势，特别合适于对脉宽变化需求高、成本敏感的应用领域；

通过设置预放大器和主放大器分别对脉冲光进行放大，产生高功率脉冲激光；

通过设置第一在线隔离器8、第二在线隔离器12和包层光剥离器13，可以获得更为纯净的脉冲光；

本实施例提供一种新的方案产生脉冲激光器或者连续激光器，脉冲参数调节自由度大，可通过不同的光学器件分别控制激光器相关参数，成本低廉，技术先进。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种脉宽可调光纤激光器，其包括第一LD泵浦激光器(1)和第一泵浦合束器(2)，其特征在于：还包括光栅振荡器和调制器(7)；

所述第一LD泵浦激光器(1)产生的泵浦光通过第一泵浦合束器(2)耦合到光栅振荡器的输入端，光栅振荡器的输出端输出连续激光；所述连续激光输入至调制器(7)的输入端，调制器(7)的输出端输出脉宽可调脉冲。

2.如权利要求1所述的一种脉宽可调光纤激光器，其特征在于：所述光栅振荡器包括高反光栅(3)、第一增益光纤(4)、无源光纤(5)和低反光栅(6)；

所述泵浦光通过顺次连接的第一泵浦合束器(2)、高反光栅(3)、第一增益光纤(4)、无源光纤(5)和低反光栅(6)与调制器(7)的输入端光纤连接。

3.如权利要求1所述的一种脉宽可调光纤激光器，其特征在于：所述调制器(7)为声光调制器或者电光调制器。

4.如权利要求1或2所述的一种脉宽可调光纤激光器，其特征在于：还包括预放大器和主放大器；

所述调制器(7)输出的脉宽可调脉冲经过顺次连接的预放大器和主放大器输出脉冲。

5.如权利要求4所述的一种脉宽可调光纤激光器，其特征在于：所述预放大器包括第一在线隔离器(8)、第二增益光纤(9)、第二泵浦合束器(10)和第二LD泵浦激光器(11)；

所述调制器(7)的输出端通过顺次连接的第一在线隔离器(8)、第二增益光纤(9)与第二泵浦合束器(10)的第一输入端光纤连接，第二LD泵浦激光器(11)与第二泵浦合束器(10)的第二输入端光纤连接，第二泵浦合束器(10)的输出端与主放大器光纤连接。

6.如权利要求5所述的一种脉宽可调光纤激光器，其特征在于：所述主放大器包括第三增益光纤(14)、第三泵浦合束器(15)和第三LD泵浦激光器(16)；

所述第二泵浦合束器(10)的输出端通过第三增益光纤(14)与第三泵浦合束器(15)的第一输入端光纤连接，第三LD泵浦激光器(16)与第三泵浦合束器(15)的第二输入端光纤连接，第三泵浦合束器(15)的输出端输出脉冲激光。

7.如权利要求6所述的一种脉宽可调光纤激光器，其特征在于：所述主放大器还包括第二在线隔离器(12)；

所述第二在线隔离器(12)串联在第二泵浦合束器(10)的输出端与第三增益光纤(14)之间。

8.如权利要求7所述的一种脉宽可调光纤激光器，其特征在于：所述主放大器还包括包层光剥离器(13)；

所述包层光剥离器(13)串联在第二在线隔离器(12)与第三增益光纤(14)之间。

9.如权利要求8所述的一种脉宽可调光纤激光器，其特征在于：所述主放大器还包括准直隔离器(17)；

所述第三泵浦合束器(15)的输出端通过准直隔离器(17)输出脉冲激光。

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