CN105680314A - 一种高功率纳秒、皮秒脉冲光纤激光器*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光电技术领域，提供了一种高功率纳秒、皮秒脉冲光纤激光器***，其包括控制电路***及其分别连接驱动***和反馈***相连，还包括与驱动***相连且接受驱动***控制的种子源、声光调制器、预放大级、主放大级以及与反馈***相连且向反馈***发送信号的脉冲信号光监控器和功率监控器，驱动***驱动种子源并经声光调制器变为脉冲信号激光，少量脉冲信号激光传到脉冲信号光监控器，大量光经光隔离器、预放大级至主放大级并从光隔离器输出的同时，少量光至功率监控器，脉冲信号光监控器及功率监控器将采集的信号送给反馈***并由反馈***反馈到控制电路***，藉此解决了高功率纳秒、皮秒脉冲的技术问题，达成了传输速率快、信号稳定的良好效果。

Description

一种高功率纳秒、皮秒脉冲光纤激光器***
技术领域
本发明涉光电技术领域，尤指提供一种高功率纳秒、皮秒脉冲光纤激光器***。
背景技术
高功率纳秒、皮秒脉冲光纤激光器具有光束质量好、脉冲宽度窄、可对材料“冷”烧灼、可靠性高、易于集成以及其无需复杂的维护等优点，已经得到市场越来越多的关注，尤其是微细尺度材料加工领域。
在现有技术中，主要通过主控振荡-放大(MOPA)方法来获得高峰值功率的纳秒、皮秒脉冲，种子源MO一般采用响应速度快的调制半导体激光器来产生脉冲宽度为纳秒、皮秒量级的种子光，种子光注入到放大级PA中进行放大。采用短脉冲驱动半导体激光器虽然可以获得短脉冲激光，但是脉冲宽度较窄，若不加处理则会在再放大时使脉冲展宽、噪声增强，限制了激光器峰值功率的提高。同时，脉冲形状难以调节，抗反馈光能力差。
激光器长时间使用过程中泵浦半导体激光器等器件受温度影响会出现功率波动，直接影响到激光器输出功率的稳定性，激光器加工工艺效果一致性、完整性等不能达到要求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的主要目的在于提供一种高功率纳秒、皮秒脉冲光纤激光器***。
为达成上述目的，本发明应用的技术方案是：提供了一种高功率纳秒、皮秒脉冲光纤激光器***，其包括控制电路***及其分别连接驱动***和反馈***相连，还包括与驱动***相连且接受驱动***控制的种子源、声光调制器、预放大级、主放大级以及与反馈***相连且向反馈***发送信号的脉冲信号光监控器和功率监控器，其中：驱动***驱动种子源输出连续种子激光或输出脉冲激光，连续种子光经声光调制器后变为脉冲信号激光，脉冲信号激光的少量光传输到达脉冲信号光监控器，而大量光经光隔离器注入到预放大级，再依次通过窄带滤波器、红光耦合件及主放大级，主放大级输出的大量光从输出光隔离器输出，少量光到达功率监控器，此时脉冲信号光监控器及功率监控器将采集到的信号发送给反馈***并由反馈***反馈到控制电路***。
在本实施例中优选，种子源为快速响应的增益开关型半导体激光器；驱动***产生连续电流驱动种子源连续信号光，或者产生脉冲电流驱动种子源输出脉冲信号光，信号光脉宽分为纳秒种子源和皮秒种子源。
在本实施例中优选，种子源包括半导体泵浦源、掺杂光纤、光纤光栅及耦合器；驱动***驱动半导体泵浦源使种子源部分产生1064nm±2nm连续激光，或者驱动半导体泵浦源使种子源部分产生1064nm±2nm纳秒量级脉冲激光。
在本实施例中优选，预放大级包括掺杂光纤、半导体泵浦源及光隔离器，主放大级包括半导体泵浦源、双包层增益光纤、耦合器及模式适配器MFA，预放大级与主放大级采用正向泵浦方式。
在本实施例中优选，预放大级不限于单级放大，当预放大级为1级以上，级之间需加入光隔离器，或者利用分光器件共用一个半导体泵浦源，同样主放大级数不限于单级放大，根据功率输出需求，在主放大级后增加主放大级。
在本实施例中优选，预防大级、主放大级均不局限于正向泵浦方式。
在本实施例中优选，脉冲信号光监控器通过分束器分出少量光用于监控信号光频率及脉冲宽度；功率监控器通过分束器分出少量光用于激光功率监控器。
在本实施例中优选，功率监控器包括带尾纤的光电二极管，并利用光电二极管将采集到的光信号转换成相应的电信号。
在本实施例中优选，红光耦合件包括耦合器及红光二极管。
本发明与现有技术相比，其有益的效果：
一是高功率纳秒、皮秒脉冲光纤激光器***采用全光纤***，能有效提高***可靠性和稳定性；
二是高功率皮纳秒、皮秒脉冲光纤激光器***利用声光调制器占空比调节脉冲光的脉冲宽度、通过调节声光上升沿来调节脉冲形状，同时具有抗反馈光干扰的作用，提高了***的可靠性。窄带滤波器和模式适配器提高激光器的光束质量、并有效地抑制掺杂光纤内的非线性效应，实现高功率纳秒、皮秒脉冲激光输出；
三是高峰值功率纳秒、皮秒脉冲光纤激光器***具有红光指示的功能，藉此提高***的可操作性和安全性；
四是高功率皮秒脉冲光纤激光器***具有脉冲信号光实时监控功能和输出功率动态调节的功能。
附图说明
图1是本发明实施例的光学结构示意图。
图2是本发明实施例的***方框结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明的技术方案，而不应当理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”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发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。
请参阅图1并结合参阅图2所示，图2是高功率纳秒、皮秒脉冲光纤激光器***的方框结构示意图。图中包括种子源1、声光调制器2、脉冲信号光监控器3、光隔离器4、预放大级5、窄带滤波器6、红光耦合件7、主放大级8、功率监控器9、输出光隔离器10、电路控制***11和驱动***12以及反馈***13；其中：电路控制***11分别与驱动***12和反馈***13相连，
电路控制***11分别与驱动***12和反馈***13相连，驱动***12控制种子源1、声光调制器2、预放大级5、主放大级8；驱动***12驱动种子源1输出纳秒或皮秒量级脉冲激光；脉冲种子激光经声光调制器2之后小部分光到达脉冲信号光监控器3，绝大部分光再经隔离器4后注入到预放大级5，再依次通过窄带滤波器6、红光耦合件7、主放大级8，主放大级8输出的绝大部分激光从输出光隔离器10输出，少部分激光到达功率监控器9；脉冲信号光监控器3和功率监控器9将采集到的信号发送给反馈***13，由反馈***13反馈到电路控制***11；电路控制***11将采集到的信号光频率、脉冲宽度与设定值对比，根据对比结果决定种子源1继续或停止工作；将采集到的功率信号与设定值对比，根据对比结果通过驱动单元12增加种子源1、预放大级5和主放大级8的泵浦电流或驱动***12停止工作；
驱动单元12驱动种子源1产生纳秒或皮秒量级脉冲激光；种子激光经声光调制器2后再由1:99分束器将脉冲信号光分为两部分，如图2，种子源1是快速响应的增益开关型半导体激光器。种子光源1输出的激光波长在1064±2nm；声光调制器2主要是通过调节声光上升沿实现对光脉冲波形的调节，同时具有抗反馈光的作用，增加光学***在实际应用的可靠性；种子光经过声光调制器后一小部分光到达脉冲信号光监控器3，脉冲信号光监控器3由分束器301和带尾纤的光电二极管302组成，绝大部分光再经光隔离器4注入到预放大级5；预放大级5包括半导体泵浦原501、耦合器502、增益光纤503和光纤隔离器504，采用正向泵浦方式；预放大级5输出激光经窄带滤波器6滤波后注入主放大级8。为提高***的可操作性和安全性，可借助1064/633nmWDM在滤波器6和主放大级8之间加入红光耦合件7耦合入红光，红光耦合件7由耦合器701、红光管LD702组成。主放大级包括半导体泵浦源801、耦合器802、双包层增益光纤803和模式适配器MFA804，采用正向泵浦方式。主放大级8的输出激光由1:99分束器分为两部分，绝大部分激光从输出光隔离器10输出，少部分激光到达功率监控器器9，功率监控器9包括分束器901和带尾纤的光电二极管902。脉冲信号光监控器3和功率监控器9将采集到的信号经反馈***13反馈到控制电路***11。

Claims (9)

1.一种高功率纳秒、皮秒脉冲光纤激光器***，包括控制电路***及其分别连接驱动***和反馈***相连，还包括与驱动***相连且接受驱动***控制的种子源、声光调制器、预放大级、主放大级以及与反馈***相连且向反馈***发送信号的脉冲信号光监控器和功率监控器，其特征在于：驱动***驱动种子源输出连续种子激光或输出脉冲激光，连续种子光经声光调制器后变为脉冲信号激光，脉冲信号激光的少量光传输到达脉冲信号光监控器，而大量光经光隔离器注入到预放大级，再依次通过窄带滤波器、红光耦合件及主放大级，主放大级输出的大量光从输出光隔离器输出，少量光到达功率监控器，此时脉冲信号光监控器及功率监控器将采集到的信号发送给反馈***并由反馈***反馈到控制电路***。
2.根据权利要求1所述的高功率纳秒、皮秒脉冲光纤激光器***，其特征在于：种子源为快速响应的增益开关型半导体激光器；驱动***产生连续电流驱动种子源连续信号光，或者产生脉冲电流驱动种子源输出脉冲信号光，信号光脉宽分为纳秒种子源和皮秒种子源。
3.根据权利要求2所述的高功率纳秒、皮秒脉冲光纤激光器***，其特征在于：种子源包括半导体泵浦源、掺杂光纤、光纤光栅及耦合器；驱动***驱动半导体泵浦源使种子源部分产生1064nm±2nm连续激光，或者驱动半导体泵浦源使种子源部分产生1064nm±2nm纳秒量级脉冲激光。
4.根据权利要求3所述的高功率纳秒、皮秒脉冲光纤激光器***，其特征在于：预放大级包括掺杂光纤、半导体泵浦源及光隔离器，主放大级包括半导体泵浦源、双包层增益光纤、耦合器及模式适配器MFA，预放大级与主放大级采用正向泵浦方式。
5.根据权利要求4所述的高功率纳秒、皮秒脉冲光纤激光器***，其特征在于：预放大级不限于单级放大，当预放大级为1级以上，级之间需加入光隔离器，或者利用分光器件共用一个半导体泵浦源，同样主放大级数不限于单级放大，根据功率输出需求，在主放大级后增加主放大级。
6.根据权利要求5所述的高功率纳秒、皮秒脉冲光纤激光器***，其特征在于：预防大级、主放大级均不局限于正向泵浦方式。
7.根据权利要求6所述的高功率纳秒、皮秒脉冲光纤激光器***，其特征在于：脉冲信号光监控器通过分束器分出少量光用于监控信号光频率及脉冲宽度；功率监控器通过分束器分出少量光用于激光功率监控器。
8.根据权利要求7所述的高功率纳秒、皮秒脉冲光纤激光器***，其特征在于：功率监控器包括带尾纤的光电二极管，并利用光电二极管将采集到的光信号转换成相应的电信号。
9.根据权利要求8所述的高功率纳秒、皮秒脉冲光纤激光器***，其特征在于：红光耦合件包括耦合器及红光二极管。
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