CN104253371A - 基于超宽带光源的脉宽可调脉冲光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于超宽带光源的脉宽可调脉冲光纤激光器，包括光路模组(1)和电路模组(2)；所述光路模组(1)包括同轴依次连接的超宽带光源(3)、宽带滤波器(4)、第一光纤放大装置(5)、声光/电光开关(6)、1个以上的第二光纤放大装置(7)和准直光隔离器(8)；所述电路模组(2)包括泵浦驱动电路(9)、声光/电光驱动电路(10)、输出控制电路(11)和保护电路(12)，声光/电光驱动电路(10)与声光/电光开关(6)电连接。本发明具有脉宽可灵活调整的优点，使其应用更加灵活，并且还具有功率高和稳定性好的优点。

Description

基于超宽带光源的脉宽可调脉冲光纤激光器

技术领域

本发明涉及一种光纤激光器，特别是一种基于超宽带光源的脉宽可调脉冲光纤激光器，属于激光设备领域。

背景技术

传统的脉冲光纤激光器，特点是谐振腔内加入了开关调制器件，所以其输出的激光以高能量脉冲的方式输出(如图2所示)，传统的光纤激光器有以下两个缺点：

缺点一，传统光纤激光器的光谱带宽窄，SBS阈值功率低，在一定的脉冲峰值功率的情况下，容易产生非线性SBS,经放大后产生极高的峰值功率造成光纤烧断，这是目前国内外调Q脉冲光纤激光器难以实现高功率和可靠性差的根本原因。

缺点二，传统调Q光纤激光器在谐振腔内***调Q开关来实现脉冲输出，由于脉冲宽度与激光器谐振腔腔长成正比，因此，传统调Q光纤激光器只能实现固定脉宽的脉冲输出，无法实现激光脉冲脉宽的可调，对于一台平均功率确定的脉冲光纤激光器，在重复频率一定的情况下，由于脉宽不可调节，其每个脉冲的峰值功率是固定的，限制了脉冲光纤激光器的应用灵活性。

在材料加工中，影响加工质量和生产能力的一些关键参数包括：峰值脉冲功率、脉冲能(mJ)、脉冲频率、平均功率、脉冲持续时间即脉宽和光束质量(M2)。例如：在加工敏感材料时，需要仔细控制热输入，通常最好采用较短的脉冲和较高的重复率，这就要求激光器的激光脉宽窄、峰值功率高。而在深度雕刻时，最好的雕刻质量却不是在峰值功率最高时取得，这就又要求激光器激光脉宽略宽、峰值功率略低。如果用户使用传统的脉冲光纤激光器来加工不同特性的材料，为了达到较佳效果，就要配备不同的激光器，大大增加了成本，如果共用加工平台，需要更换激光器，更是影响了加工效率。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于超宽带光源的脉宽可调脉冲光纤激光器，它具有脉宽可灵活调整的优点，使其应用更加灵活，并且还具有功率高和稳定性好的优点。

本发明的技术方案：一种基于超宽带光源的脉宽可调脉冲光纤激光器，包括光路模组和电路模组；

所述光路模组包括同轴依次连接的超宽带光源、宽带滤波器、第一光纤放大装置、声光/电光开关、1个以上的第二光纤放大装置和准直光隔离器；

所述电路模组包括泵浦驱动电路、声光/电光驱动电路、输出控制电路和保护电路，声光/电光驱动电路与声光/电光开关电连接；

泵浦驱动电路用于驱动第一光纤放大装置和第二光纤放大装置产生泵浦激光；声光/电光驱动电路用于驱动声光/电光开关，使声光/电光开关将连续激光调制成脉冲激光，并且根据电信号脉宽的不同实现激光脉冲脉宽的可调，可以实现光脉宽从3ns到连续的可调；输出控制电路用于通过人机界面设置输出激光的脉宽，重频和功率，实现对激光器输出的控制；保护电路用于光纤激光器的光路监测和保护。

前述的这种基于超宽带光源的脉宽可调脉冲光纤激光器中，第一光纤放大装置包括第一在线光隔离器和第一光纤放大器，第一光纤放大器包括依次连接的m个第一泵浦激光器、(N+1)*1个第一合束器和第一增益光纤；所述第一合束器的m个泵浦端(m小于等于N)连接于所述的m个第一泵浦激光器，第一泵浦激光器与泵浦驱动电路电连接。

前述的这种基于超宽带光源的脉宽可调脉冲光纤激光器中，所述第二光纤放大装置包括第二在线光隔离器和第二光纤放大器，第二光纤放大器包括依次连接的m个第二泵浦激光器、(N+1)*1个第二合束器和第二增益光纤；所述第二合束器的m个泵浦端(m小于等于N)连接于所述的m个第二泵浦激光器，第二泵浦激光器与泵浦驱动电路电连接；第二增益光纤与准直光隔离器连接。

前述的这种基于超宽带光源的脉宽可调脉冲光纤激光器中，所述第一增益光纤和第二增益光纤为掺镱双包层光纤。

前述的这种基于超宽带光源的脉宽可调脉冲光纤激光器中，第二增益光纤与准直光隔离器的熔接点处设置有光电探测器。

与现有技术相比，本发明为了克服传统脉冲激光器难以实现高功率和可靠性差的问题，此发明摒弃了使用高反光栅和低反光栅来产生种子光的传统做法，充分利用了超宽带光源SLED光谱带宽宽的特点和优势，种子光的光谱带宽可以达到使用高低反光栅来产生种子光带宽的5-7倍(使用高反光栅和低反光栅产生的种子光一般带宽为2nm左右，本发明中的种子光3dB带宽有10多nm)。种子光经过第一级放大后，3dB带宽仍有10多nm，再经过电光/声光开关后，带宽变窄，但3dB带宽仍远大于使用高低反光栅产生的种子光带宽，并且再放大，光谱带宽基本不变。因此，此发明很大程度上提高了激光器每一级发生SBS的阈值功率，使脉冲激光器可以输出更高的功率，同时，有效提升了脉冲光纤激光器的稳定性。

本发明摒弃了传统调Q光纤激光器在谐振腔内***声光调制器件实现脉冲输出的做法，利用光纤耦合声光开关的斩波作用来实现光纤激光器的脉冲输出，这种新的脉冲输出方式可以根据不同模式下声光开关电信号脉宽的不同实现不同脉宽激光脉冲的输出，从而实现脉冲激光脉宽的可调，实验表明此方案可以实现光脉冲从3ns到连续的可调。这样不同脉宽的光脉冲在经过后级相同的放大器时，虽然其平均功率是相同的，但是其脉冲峰值功率和脉冲能量是不同的。因此本发明可以通过一台激光器设定不同的输出模式，灵活实现光脉冲脉宽和峰值功率的可调，大大提高了脉冲光纤激光器的应用灵活性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是传统声光调Q脉冲光纤激光器结构图。

附图中的标记为：1-光路模组2-电路模组，3-超宽带光源，4-宽带滤波器，5-第一光纤放大装置，6-声光/电光开关，7-第二光纤放大装置，8-准直光隔离器，9-泵浦驱动电路，10-声光/电光驱动电路，11-输出控制电路，12-保护电路，13-第一在线光隔离器，14-第一光纤放大器，15-第一泵浦激光器，16-第一合束器，17-第一增益光纤，18-第二泵浦激光器，19-第二合束器，20-第二增益光纤，21-光电探测器，22-第二光纤放大器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。

本发明的实施例1：如图1所示，一种基于超宽带光源的脉宽可调脉冲光纤激光器，包括光路模组1和电路模组2；

所述光路模组1包括同轴依次连接的超宽带光源3、宽带滤波器4、第一光纤放大装置5、声光开关6、第二光纤放大装置7和准直光隔离器8；所述第二光纤放大装置7为2个。

所述电路模组2包括泵浦驱动电路9、声光驱动电路10、输出控制电路11和保护电路12，声光驱动电路10与声光开关6电连接；

泵浦驱动电路9用于驱动第一光纤放大装置5和第二光纤放大装置7产生泵浦激光；声光驱动电路10用于驱动声光开关6，使声光开关6将连续激光调制成脉冲激光，并且根据电信号脉宽的不同实现激光脉冲脉宽的可调，可以实现光脉宽从3ns到连续的可调；输出控制电路11用于通过人机界面设置输出激光的脉宽，重频和功率，实现对激光器输出的控制；保护电路12用于光纤激光器的光路监测和保护。

第一光纤放大装置5包括第一在线光隔离器13和第一光纤放大器14，第一光纤放大器14包括依次连接的m个第一泵浦激光器15、N+1*1个第一合束器16和第一增益光纤17；所述第一合束器16的m个泵浦端m小于等于N连接于所述的m个第一泵浦激光器15，第一泵浦激光器15与泵浦驱动电路9电连接。

所述第二光纤放大装置7包括第二在线光隔离器16和第二光纤放大器22，第二光纤放大器22包括依次连接的m个第二泵浦激光器18、N+1*1个第二合束器19和第二增益光纤20；所述第二合束器19的m个泵浦端m小于等于N连接于所述的m个第二泵浦激光器18，第二泵浦激光器18与泵浦驱动电路9电连接；第二增益光纤20与准直光隔离器8连接。所述第一增益光纤17和第二增益光纤20为掺镱双包层光纤。第二增益光纤20与准直光隔离器8的熔接点处设置有光电探测器21。

本发明的实施例2：如图1所示，一种基于超宽带光源的脉宽可调脉冲光纤激光器，包括光路模组1和电路模组2；

所述光路模组1包括同轴依次连接的超宽带光源3、宽带滤波器4、第一光纤放大装置5、电光开关6、1个以上的第二光纤放大装置7和准直光隔离器8；

所述电路模组2包括泵浦驱动电路9、电光驱动电路10、输出控制电路11和保护电路12，电光驱动电路10与电光开关6电连接；

泵浦驱动电路9用于驱动第一光纤放大装置5和第二光纤放大装置7产生泵浦激光；电光驱动电路10用于驱动电光开关6，使电光开关6将连续激光调制成脉冲激光，并且根据电信号脉宽的不同实现激光脉冲脉宽的可调，可以实现光脉宽从3ns到连续的可调；输出控制电路11用于通过人机界面设置输出激光的脉宽，重频和功率，实现对激光器输出的控制；保护电路12用于光纤激光器的光路监测和保护。

第一光纤放大装置5包括第一在线光隔离器13和第一光纤放大器14，第一光纤放大器14包括依次连接的m个第一泵浦激光器15、N+1*1个第一合束器16和第一增益光纤17；所述第一合束器16的m个泵浦端m小于等于N连接于所述的m个第一泵浦激光器15，第一泵浦激光器15与泵浦驱动电路9电连接。

所述第二光纤放大装置7包括第二在线光隔离器16和第二光纤放大器22，第二光纤放大器22包括依次连接的m个第二泵浦激光器18、N+1*1个第二合束器19和第二增益光纤20；所述第二合束器19的m个泵浦端m小于等于N连接于所述的m个第二泵浦激光器18，第二泵浦激光器18与泵浦驱动电路9电连接；第二增益光纤20与准直光隔离器8连接。所述第一增益光纤17和第二增益光纤20为掺镱双包层光纤。第二增益光纤20与准直光隔离器8的熔接点处设置有光电探测器21。

Claims (5)

1.一种基于超宽带光源的脉宽可调脉冲光纤激光器，其特征在于：包括光路模组(1)和电路模组(2)；

所述光路模组(1)包括同轴依次连接的超宽带光源(3)、宽带滤波器(4)、第一光纤放大装置(5)、声光/电光开关(6)、1个以上的第二光纤放大装置(7)和准直光隔离器(8)；

所述电路模组(2)包括泵浦驱动电路(9)、声光/电光驱动电路(10)、输出控制电路(11)和保护电路(12)，声光/电光驱动电路(10)与声光/电光开关(6)电连接；

泵浦驱动电路(9)用于驱动第一光纤放大装置(5)和第二光纤放大装置(7)产生泵浦激光；声光/电光驱动电路(10)用于驱动声光/电光开关(6)，使声光/电光开关(6)将连续激光调制成脉冲激光，并且根据电信号脉宽的不同实现激光脉冲脉宽的可调，可以实现光脉宽从3ns到连续的可调；输出控制电路(11)用于通过人机界面设置输出激光的脉宽，重频和功率，实现对激光器输出的控制；保护电路(12)用于光纤激光器的光路监测和保护。

2.根据权利要求1所述的一种基于超宽带光源的脉宽可调脉冲光纤激光器，其特征在于：第一光纤放大装置(5)包括第一在线光隔离器(13)和第一光纤放大器(14)，第一光纤放大器(14)包括依次连接的m个第一泵浦激光器(15)、(N+1)*1个第一合束器(16)和第一增益光纤(17)；所述第一合束器(16)的m个泵浦端(m小于等于N)连接于所述的m个第一泵浦激光器(15)，第一泵浦激光器(15)与泵浦驱动电路(9)电连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于超宽带光源的脉宽可调脉冲光纤激光器，其特征在于：所述第二光纤放大装置(7)包括第二在线光隔离器(16)和第二光纤放大器(22)，第二光纤放大器(22)包括依次连接的m个第二泵浦激光器(18)、(N+1)*1个第二合束器(19)和第二增益光纤(20)；所述第二合束器(19)的m个泵浦端(m小于等于N)连接于所述的m个第二泵浦激光器(18)，第二泵浦激光器(18)与泵浦驱动电路(9)电连接；第二增益光纤(20)与准直光隔离器(8)连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于超宽带光源的脉宽可调脉冲光纤激光器，其特征在于：所述第一增益光纤(17)和第二增益光纤(20)为掺镱双包层光纤。

5.根据权利要求4所述的一种基于超宽带光源的脉宽可调脉冲光纤激光器，其特征在于：第二增益光纤(20)与准直光隔离器(8)的熔接点处设置有光电探测器(21)。