CN111082292A - 准连续或连续啁啾脉冲放大的光纤激光*** - Google Patents

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彭宇杰
庞盟
张宗昕
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Abstract

本发明公开了一种准连续或连续啁啾脉冲放大的光纤激光***，包括依次连接的高重频种子源、脉冲展宽器、啁啾脉冲放大器、高功率准直器和高功率脉宽压缩器，采用重复频率为数百MHz至GHz的飞秒或皮秒振荡器作为种子源，采用脉冲展宽器将脉冲展宽到百皮秒至几十纳秒，然后通过多级放大技术将高重频种子脉冲放大到千瓦及万瓦级的输出，最后通过脉宽压缩器将脉冲压缩至飞秒或皮秒级。本发明具有可以实现高功率、高重复频率、大能量的超快激光输出，准连续或连续啁啾脉冲放大等特点，适宜发展高功率、高重复频率、大能量的超快激光器。

Description

准连续或连续啁啾脉冲放大的光纤激光***
技术领域
本发明属于激光技术领域，具体是一种准连续或连续啁啾脉冲放大的光纤激光***。
背景技术
高重频、大功率、超快光纤激光器在工业和科研领域具有重要应用，例如工业上用于材料加工、微纳加工、冷加工等，在科研上可以用于光参量泵浦源、高次谐波的产生以及阿秒研究领域。光纤激光器由于其结构紧凑、稳定性高、光束质量好、转换效率高等特点而受到市场的追捧，目前无论是在工业应用、科学研究、国防军工还是医疗等领域，脉冲光纤激光器的应用越来越广泛。
由于种子源激光器具有极窄的脉宽时间，在经过啁啾脉冲放大器后，在很低的平均功率时便能达到极高的峰值功率，从而引发光纤的各种非线性效应，所以目前通用的种子源加光纤放大器(MOPA)的方式无法得到高平均功率的脉冲输出，脉冲放大技术是获得大能量强激光输出的经典方式。
脉冲放大器的关键技术之一在于展宽器，脉冲展宽器引入的啁啾量直接决定了后续啁啾脉冲放大器完成线性啁啾放大，以及脉冲压缩器复原脉冲的效果。
脉冲放大器的关键技术之一在于种子源，种子源的单脉冲能量、重复频率以及脉冲频谱宽度等特性直接影响了后续脉冲展宽器的展宽量，以及啁啾脉冲放大器的脉冲放大的效果。
虽然专利CN109004500A、CN205693131U提出了啁啾脉冲光纤放大器，但只有高重复频率、大展宽量形成的准连续或连续脉冲才能实现大能量、超高功率、高重复频率的脉冲输出，以上专利采用的种子源和展宽器形成的脉冲无法实现千瓦及万瓦级输出；以上专利所述的光纤压缩器在进行千瓦及以上输出时会出现明显的非线性效应，同时光纤传导输出会引入额外的色散量，最后复原的脉冲宽度无法精准调节。
发明内容
为了解决普通光纤脉冲激光放大器无法完成大能量输出的缺陷，同时解决目前啁啾脉冲光纤激光放大器无法实现超高功率、大能量输出的缺陷。本发明提出了一种包含高重频种子源、大展宽量脉冲展宽器、多级啁啾脉冲放大器、高功率准直器和高功率脉冲压缩器的激光***，其中的高重频种子源、大展宽量脉冲展宽器以及高功率压缩器作为激光器的核心部分，为多级啁啾脉冲放大器提供了准连光或连续光的输入，保证了多级啁啾脉冲放大器实现大能量、高平均功率、高重复频率的稳定激光放大输出。
为了实现以上目的，本发明提供一种准连续或连续啁啾脉冲放大的光纤激光***，其中连接顺序依次为高重频种子源、脉冲展宽器、啁啾脉冲放大器、高功率准直器和高功率脉冲压缩器。所述高重频种子源和脉冲展宽器组合为激光***最前端，位于啁啾脉冲放大器之前，可实现准连续或连续稳定激光输出。
所述高重频种子源为高重复频率种子源，重复频率从百MHz到GHz及以上，所述脉冲展宽器为大展宽量脉冲展宽器，展宽量在数百皮秒到几十纳秒，所述的高重频种子源和脉冲展宽器将脉冲激光转化为准连续或连续激光。
所述高重频种子源为光纤锁模激光器。
所述脉冲展宽器为光纤展宽器或固体展宽器。所述啁啾脉冲放大器为光纤放大器。所述的脉冲压缩器为固体压缩器。
所述啁啾脉冲放大器由芯径不同的掺稀土光纤为核心器件构成多级放大器，所述啁啾脉冲放大器存在前向泵浦、后向泵浦或双向泵浦等多种泵浦方式。
所述高功率准直器由一个或多个透镜组成，所述高功率脉冲压缩器为固体压缩器或光栅压缩器。
所述的啁啾脉冲放大器为多级放大结构，啁啾脉冲放大器具有多种泵浦方式。
所述高重频种子源、脉冲展宽器、啁啾脉冲放大器均采用熔接或空间耦合的方式连接在一起。
与现有技术相比，本发明能够取得以下效果：
发明的准连续或连续啁啾脉冲放大的光纤激光***，包括高重频种子源、脉宽展宽器、啁啾脉冲放大器、高功率准直器和高功率脉宽压缩器，其中高重频种子源提供百MHz至GHz以上的脉冲重复频率，脉冲展宽器可展宽脉冲宽度到数百皮秒至数十纳秒，从而形成准连续或连续激光。相较于传统的啁啾脉冲串，准连续或连续激光在后续放大中几乎以连续光的放大方式进行放大，从而在泵浦效率和激光输出功率上更具优势，能够使得激光器最终获得更高功率、更大能量、更高重复频率的激光脉冲输出。
发明的准连续或连续啁啾脉冲放大的光纤激光***，高重频种子源、脉宽展宽器、啁啾脉冲放大器均采用熔接或空间耦合的方式进行连接，大大的提升了激光***的稳定性及激光光束质量。
附图说明
图1是一种准连续或连续啁啾脉冲放大的光纤激光***示意图，其中(1)为高重频种子源、(2)为脉冲展宽器、(3)为啁啾脉冲放大器、(4)为高功率准直器、(5)为高功率脉冲压缩器。
图2是高重频种子源输出脉冲示意图
图3是脉冲展宽器输出端准连续或连续激光脉冲示意图
图4是啁啾脉冲放大器输出端的大能量准连续或连续激光脉冲示意图
图5是脉冲压缩器输出端的大能量超快激光脉冲示意图
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方式更加清楚明白，以下结合附图进行进一步的详细说明。
图1为本发明的一种准连续或连续或连续啁啾脉冲放大的光纤激光***示意图，如图1所示，一种准连续或连续或连续啁啾脉冲放大的光纤激光***由高重频种子源1、脉冲展宽器2、啁啾脉冲放大器3、高功率准直器4、高功率脉宽压缩器5组成，高重频种子源1为全光纤锁模激光器，用于产生百MHz至GHz以上重频的光脉冲、宽光谱带宽(几纳米到几十纳米)、短脉冲宽度(飞秒或皮秒)的脉冲，如图2所示，最后通过光纤或空间输出。
脉冲展宽器2与高重频种子源1连接，脉冲展宽器2将高重频脉冲在时域上展宽至百皮秒至几十纳秒，此时的脉冲峰值功率得到大大的降低。同时激光脉冲由于高的重复频率和宽时域宽度，两个相邻脉冲会一定程度上进行脉宽叠加，从而形成准连续或者连续光，如图3所示。此脉冲展宽器2为光纤展宽器或者固体展宽器。
啁啾脉冲放大器3与脉冲展宽器2输出端相连接，对脉冲展宽器2输出的准连续或者连续光进行多级放大，各级啁啾脉冲放大器3的增益介质由芯径不同的掺稀土光纤组成，各级啁啾脉冲放大器3的泵浦方式为多种泵浦相结合，其包括前向泵浦、后向泵浦、双向泵浦。多级啁啾脉冲放大器可以使准连续或者连续光完成高平均功率、大能量、高重复频率的激光脉冲输出，如图4所示。
高功率准直器4连接在啁啾脉冲放大器3的输出端，对准连续或连续光进行准直输出。高功率准直器4有一个或多个透镜组成。
高功率脉冲压缩器5连接在高功率准直器4的输出端，将已经时域展宽、大能量、高功率的准连续或连续光压缩回飞秒到皮秒量级，最后获得超快大能量、高功率、高重复频率激光脉冲输出，如图5所示。高功率脉冲压缩器5为固体压缩器或光纤压缩器。
作为优选实例，高重频种子源1输出脉冲频率为1G Hz、时域脉宽100fs，经过脉冲展宽器2进行脉冲时域展宽后，时域脉宽为1ns，此时输出的脉冲激光已变为准连续或连续激光，通过啁啾脉冲放大器3进行多级放大后，准连续或连续脉冲激光达到1kW甚至10kW的高平均功率输出，经过高功率准直器4进行光束准直后，激光注入高功率脉冲压缩器5，对输出激光进行时域压缩，使得脉冲可以从1ns压缩回100fs，此时的激光器得到大能量、高重复频率、高平均功率的脉冲激光输出。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种准连续或连续啁啾脉冲放大的光纤激光***，其特征在于，包括依次连接的高重频种子源(1)、脉冲展宽器(2)、啁啾脉冲放大器(3)、高功率准直器(4)和高功率脉冲压缩器(5)，所述高重频种子源(1)为高重复频率种子源，重复频率从百MHz到GHz及以上，所述脉冲展宽器(2)为大展宽量脉冲展宽器，展宽量在数百皮秒到几十纳秒，所述的高重频种子源(1)和脉冲展宽器(2)将脉冲激光转化为准连续或连续激光。
2.根据权利要求1所述的一种准连续或连续啁啾脉冲放大的光纤激光***，其特征在于，所述高重频种子源(1)为光纤锁模激光器。
3.根据权利要求1所述的一种准连续或连续啁啾脉冲放大的光纤激光***，其特征在于，所述脉冲展宽器(2)为光纤展宽器或固体展宽器。
4.根据权利要求1所述的一种准连续或连续啁啾脉冲放大的光纤激光***，其特征在于，所述啁啾脉冲放大器(3)为光纤放大器。
5.根据权利要求1或4所述的一种准连续或连续啁啾脉冲放大的光纤激光***，其特征在于，所述啁啾脉冲放大器(3)由芯径不同的掺稀土光纤为核心器件构成多级放大器，所述啁啾脉冲放大器(3)存在前向泵浦、后向泵浦或双向泵浦等多种泵浦方式。
6.根据权利要求1所述的一种准连续或连续啁啾脉冲放大的光纤激光***，其特征在于，所述高功率准直器(4)由一个或多个透镜组成，所述高功率脉冲压缩器(5)为固体压缩器或光栅压缩器。
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