TW201037928A - All-fiber saturable absorber Q-switched laser and method for producing saturable absorber Q-switched pulse - Google Patents

Description

201037928 、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 切換=^種㈣換雷射有關，_是與—種被動式Q 【先前技術】 八於雷射系統中產生短、高強度光脈衝，其 ❹ 可飽和吸收之材質激發雷射而 。ΐ較於主動式Q補雷射而言，被動式Q-切換 有1^效率、設計簡單、結構輕小、成本低等優勢秋並 可飽和吸收材質則不易取得。 …〜、 邻先纖f射大部分皆採域（腔體）外 錄置，忍即雷射光需錄開光纖（共振腔），經過主 動或被動Q-切換處理後_合進人光_。這種共振腔 的操作會造成高能量損失、低q_切換效率與光學封裝不易等 缺點。 4 _ f'於現有技射可見之全光纖式脈衝雷棚多藉由主動 ϋ ^件的電光特性或聲光特性達到切換伽，需於光纖某區段 ^置外部電子驅動設備以改變其光學特性；然此類元件價格 叩貝，亦增加了雷射系統的體積。 此，本案發明人先”提出—種全光纖型被動式Q·切 換由射之構想（參中華民國專利申請第961449〇9號），其利用 ，和吸收光纖與增益光纖間核心、面積或直徑比例的調整而提 南巧和吸收光纖之光強度密度’以加速飽和吸收光線到達飽和 ，態’進，產生切換雷射脈衝。為進一步提升其切換效率、 簡化雷射系統的結構，並改良習知技術之缺失，本案發明人係 經鐵而不捨地研究，提出本案「全光纖式飽和吸收$切換雷 201037928 射及飽和吸收Q_切換脈衝雷射產生方法」。 【發明内容】 本發明之第一構想在於提供一種全光纖式飽和吸收Q_切 換雷射，其構造簡單，可應用於各種不同的雷射材質。 本發明之第二構想在於提供一種全光纖式飽和吸收Q-切 換雷射，其雷射元件皆為光纖型元件，在受激發後可自動產生 高功率脈衝雷射光。

根據上述構想，本發明之全光纖式飽和吸收Q—切換雷射 ^括一增益光纖，其受一激發光源激發而產生一雷射光；一 光循環器’其設於該增益光纖的輸出侧以排除該激發光源之波 "^，光纖光柵，其設於該光循環器之一輸出側並與該光循環 ，共同作用形成一光強度強化區域；以及一飽和吸收光纖，其 設於該光強度強化區域内以吸收自該光循環器之該輸出側所 輸出的雷射光，產生一飽和吸收切換脈衝雷射。 根據上述構想，本發明之全光纖式飽和吸收切換雷 具有一環型共振腔之結構。 1所Ϊ巧上述構想’該雷射光的波長係由該光纖光栅的反射頻 π根據上述構想’該光纖光柵將一部分的雷射光反射回到 環型共振腔，並輸出另一部分的雷射光。 根據上述構想，該光循環器控制該環型共振腔之共振方 根據上述縣’本㈣之全光献飽和做 > 切換雷 一分功率器，其設於該光循環器之另-輸出侧以控制— 疋比例之雷射功率至該環型共振腔。 根據上述構想’本發^全光献飽和魏㈣換雷射 201037928 更包括一分波多工器，其設於該增益光纖之輸入侧，以將該激 發光源耦合進入該增益光纖而激發出該雷射光。 本發明另提供了 一種飽和吸收Q-切換脈衝雷射產生方 法，其包括的步驟為：以一激發光源激發一增益光纖而產生一 雷射光；將該雷射光導入一光循環器以控制雷射共振方向並排 除該雷射光中激發光源之部分；以及利用一飽和吸收光纖吸收 該增益光纖產生之該雷射光，以產生該飽和吸收Q-切換雷射。

根據上述構想，本發明之飽和吸收Q-切換脈衝雷射產生 方法更包括步驟：利用一分波多工器使該激發光源耦合進入該 增益光纖’以激發該增益光纖而產生該雷射光。 根據上述構想，本發明之飽和吸收Q_切換脈衝雷射產生 方法更包括步驟：光纖光柵的反射頻譜決定該雷射光的波長 根據上述構想，本發明之飽和吸收Q_切換脈衝雷射產生 方法更包括步驟：反射該雷射光中一部分功率回共振腔以進行 雷射共振，並輸出一剩餘部分。 根據上述構想，本發明之飽和吸收Q_切換脈衝雷射產生 方法更包括步驟：控制一定比例之雷射功率回共振腔以進行雷 射共振。 根據上述構想’該飽和吸收光纖吸收該增益光 雷射光直到達飽和為止。 ^ 本發明得藉由下順纽詳細制，俾得以令讀者更深入 了解： 【實施方式】 不，且 以充ϋΓ/參閱含有本發明較佳實施例之所附圖式予 解以下之描述對熟悉本行技藝之人士而言為—廣泛貝瞭 201037928 其内容不在於限制本發明。 請參閱第-圖，其說明了本發明第一實施例之全光纖式飽 和吸收Q-切換雷射的結構示意圖；參照第一圖即可同時瞭解 本發明之全域式飽和魏Q_切換雷射的結構料以及飽和 吸收Q-切換脈衝雷射產生方法的程序。根據此實施例，本發 明之全光纖式飽和吸收q切換雷射1〇係具有環型共 : „其主要包括一增益光纖11、一飽和吸收光纖J、一光g 環器13與一光纖光柵14等光學元件。

Ο 增:&L光纖11係設於全光纖式飽和吸收Q切換雷射之 ί t内，其受^發光源15激發而產生雷射光輸出 王尤循壞器13 〇 光循環器13接收增益光纖11所輸出之雷射光，其控制環 型共振腔的共振方向，使光的方向只能從光循環器13的端點 A前進至端點b、以及從端點B前進至端點c 循環器u 同日守可排除激發光源的波長，以避免飽和吸收光纖12吸收激 發光源。 σ光纖光栅14係設於光循環器13之一輪出側，其與光循環 器13共同作用而形成全光纖式飽和吸收q切換雷射1〇之二 光強度強化區域RE。光纖光柵14反射一部分的雷射光，使且 透巧光循環器13的作用（從端點B前進至端點c)而反射g 到環型共振腔’並輸出另一部分的雷射光；其中，雷射光 長係由光纖光柵14的反射頻譜所決定。 ” 飽和吸收光纖12係設於全光纖式飽和吸收q切換雷射 之光強度強化區域RE内，其吸收自光循環器13之輸出側 端點A至端點B)所輸出的雷射光，並產生一飽和吸 換脈衝雷射。 本發明之全光纖式飽和吸收Q切換雷射1〇更包括一分 多工器16’其設於激發光源15之輸出側以助於將激發光源 201037928 耦合進入增益光纖11。 導入之雷射光而產生一 環器13，飽和吸收光纖 端點B的雷射光；經餉

增ϋ光纖11接收自分波多工器16所 自體輻射光與一雷射增益輸出至光循 12吸收自光循環器13端點a前進至 ° μ由;可知，在本發明之全光纖·和吸收Q切換 雷射10的-次循環週期内，雷射光會經過光強度強化區域 内的飽和魏絲12社，使其平職度_其他區域^均 強度的2至3倍’以使飽和吸收光纖12快速飽 接著產生所欲之Q-切換脈衝雷射。 边月狀 在較佳實施態樣中，增益光纖11和飽和吸收光纖12皆是 捧斜光纖。 在本發明中’增益光纖11與飽和吸收光纖12的材質可為 相同。舉例而言，在本發明之一較佳實施例中，增益光纖η D 與飽和吸收光纖12係採同一型號之摻餌光纖，其核心直徑為 4μπι對波長1530nm的吸收耗損為no dB/m。增益光纖11 與餘和吸收光纖12的長度分別為5〇cm與i5cm，其反射頻寬 小於0.2nm、反射率為1〇%，雷射腔環行（r〇undtrip)的整體 長度為400cm。 根據本發明上述較佳實施例所設計之全光纖式飽和吸收 Q切換雷射10的輸出結果量測係如第二圖所示。由圖可知， 根據上述實施例之全光纖式飽和吸收Q切換雷射1〇所輸出的 每一個脈衝能量約2.4joJ，脈衝寬度為4〇ns ;此外，在相同結 構没计下，如將雷射腔的環行長度減少至l〇〇cm，則輸出之脈 7 201037928 衝寬度可降低至i〇ns，光輸出功率可達約2響。 ^參閱第三圖，其說明了本發明第 和吸收Q-切換雷射的結構示意 】式飽 主^括-增益節i、-飽和吸收m共振其 以及纖=以35輸出側之-分波多:器36 本實施例中，光纖光栅34係—全反f實的疋，在 ❹ ❹ 反射雷射光，使其透過光循環纖/^冊，其可100% 端點c〇 (彳繼b前進至 狀態時，即不再吸收收光纖32到達吸收飽和 谇Μ η 自先循環益33的雷射光，而以高光強 ί — 欠在全麵辆_ Q嫌雷射30 和吸收光=2=肖觀纽触強賴化_Re内的飽 2至3件，以使其平均強度達到其他區域平均強度的 產生32快聽和而蝴狀，接著 ㈣知’藉由本發日月，不但簡化了被動式（飽和 ^ ΑΙ 、 Θ侍由熟悉技藝之人任施匠思而為諸般修 飾，然不脫如附申請範圍所欲保護者。 W沾 【圖式簡單說明】 8 201037928 第—圖係本發明第一實施例之全光纖式飽和吸收Q-切換 雷射的結構示意圖； 弟—圖係本發明第一實施例之全光纖式飽和吸收Q-切換 雷射的輸出量測結果；及 第三圖係本發明第二實施例之全光纖式飽和吸收Q_切換 雷射的結構示意圖。 【主要元件符號說明】 10、30 全光纖式飽和吸收Q-切換雷射 11、31 增益光纖 12、32 飽和吸收光纖 13、33 光循環器 14、34 光纖光柵 15、35 激發光源 16、36 分波多工器 38 分功率器 Rg 增益區域 Re 光強度強化區域 9

Claims (1)

1. 201037928 七、申請專利範圍： 1. 一種王光纖式飽和吸收Q—切換雷射，包括： 一增益光纖，其受一激發光源激發而產生—雷射光； 源之2循環^，其設於該增益光纖的輸出側輯除該激發光 器共同㈣域該光循環 =飽和吸收光纖，其設於該光強度強化區域内以吸收自該 光循環器之該輸出侧所輸出的雷射光，產生一飽和吸換 脈衝雷射。 ' 2. 如申請專利範圍第1項之全光纖式飽和吸收Q_切換雷射，其具 有一環型共振腔之結構。 … 3. 如申請專利範圍第2項之全光纖式飽和吸收(3_切換雷射，其中 該光纖光柵將一部分的雷射光反射回到該環型共振腔，並輸出 另一部分的雷射光。 4. 如申請專利範圍第1項之全光纖式飽和吸收q—切換雷射，其中 Q 該雷射光的波長係由該光纖光栅之反射頻譜決定。 5. 如申請專利範圍第2項之全光纖式飽和吸收q_切換雷射，其中 該光循環器控制該環型共振腔之共振方向。 6. 如申請專利範圍第1項之全光纖式飽和吸收q_切換雷射，更包 括一分功率器，其設於該光循環器之另一輸出侧以控制一定比 例之雷射功率至該環型共振腔。 7. 如申請專利範圍第1項之全光纖式飽和吸收Q-切換雷射，更包 括一分波多工器，其設於該增益光纖之輸入侧，以將該激發光 源耦合進入該增益光纖而激發出該雷射光。 8. 如申請專利範圍第1項之全光纖式飽和吸收Q-切換雷射，其中 201037928 該增益光纖係掺铒光纖。 9. 如申睛專利範圍第1項之全光纖式飽和吸收q—切換雷射，其中 該飽和吸收光纖係摻辑光纖。 10. —種飽和吸收Q-切換脈衝雷射產生方法，包括下列步驟： 以一激發光源激發一增益光纖而產生一雷射光； 將該雷射光導入一光循環器以控制雷射共振方向並排除 該雷射光中激發光源之部分；以及 利用一飽和吸收光纖吸收該增益光纖產生之該雷射光，並 ® 於達飽和後產生該飽和吸收Q-切換雷射。 11. 如申請專利範圍第10項之飽和吸收Q_切換脈衝雷射產生方 法’更包括：利用一分波多工器使該激發光源搞合進入該增益 光纖’以激發該增益光纖而產生該雷射光。 12. 如申請專利範圍第1〇項之飽和吸收Q·切換脈衝雷射產生方 法，更包括：決定雷射光的波長並反射該雷射光中一部分功率 以進行雷射共振，並輸出一剩餘部分。 13. 如申請專利範圍第1〇項之飽和吸收Q-切換脈衝雷射產生方 〇 法’更包括：控制一定比例之雷射功率以進行雷射共振。 14. 如申請專利範圍第10項之飽和吸收Q-切換脈衝雷射產生方 法，其中該飽和吸收光纖吸收該雷射光直到達飽和為止。 11