CN112310792A - 一种脉冲分离激光振荡器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了提供一种脉冲分离激光振荡器，光路左端采用铒镱共掺光纤与法拉第旋转镜相结合的双通放大结构，右端采用全保偏结构的SESAM光路，抵消了光纤传输和放大的双折射效应，振荡器中的空间光路部分采用全固化结构确保了光传输的稳定性与效率。有效的实现了对脉冲光的放大以及满足了大功率激光器对其种子光的要求，通过改变其谐振腔长度也可产生多种重复频率的种子光，在激光器搭建，重复频率锁定有很多大的应用价值。

Description

一种脉冲分离激光振荡器
技术领域
本发明属于激光振荡器的技术领域，特别是涉及一种脉冲分离激光振荡器。
背景技术
近年，高端制造和精密加工的飞速发展。光纤激光器，时间宽度在皮秒或飞秒量级的高能量超短脉冲是实现精密制造加工精度从微米量级向纳米量级跨越发展的重要工具，而具有高稳定度的超短脉冲光纤激光振荡器一直是激光领域发展的核心技术。
光纤谐振腔固有的稳定性保证了光纤激光器的稳定运转。另外掺稀土元素的宽跃迁光谱，使得光纤激光器可以得到只有几个飞秒宽度的脉冲光纤激光器常见的被动锁模方式有非线性偏振旋转锁模和可饱和吸收效应锁模等。
当前世界上应用最广泛的激光振荡器锁模技术主要有两种，分别是利用材料本身克尔效应实现的自锁模技术以及实用半导体可饱和吸收镜(SESAM)实现的被动锁模技术。克尔锁模不需要外加调制器但是最大的缺点就是难以自启动，启动锁模需要外界的影响，而且锁模状态也很不稳定。而SESAM的设计具有较高的灵活性，可以精确控制损耗、饱和通量、调制深度等参数，并且具有超快的可饱和吸收时间(皮秒到飞秒量级)，可以实现锁模的自启动并支持飞秒激光脉冲的产生。
然而目前的利用SESAM作为锁模原件的振荡器由于SESAM本身材料的原因(SESAM所使用的半导体化合物材料导热率一般不高，长时间工作会积累大量热量导致元件老化)以及SEAM自身的功率阈值较低导致激光振荡器的输出功率无法高功率输出。
本发明将高能量输出脉冲分离器应用于激光振荡器中，能有效的减少激光振荡器的非线性作用，并且利用脉冲分离放大使得最终可以产生高能量的种子源。这是首次通过提高激光振荡器的输出种子源功率以实现激光器的高功率输出。
发明内容
本发明的目的在于提供一种脉冲分离激光振荡器，光路左端采用铒镱共掺光纤与法拉第旋转镜相结合的双通放大结构，右端采用全保偏结构的SESAM光路，抵消了光纤传输和放大的双折射效应，振荡器中的空间光路部分采用全固化结构确保了光传输的稳定性与效率。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种脉冲分离激光振荡器
包括双通放大结构；脉冲分离结构；SESAM锁模链路；
钒酸钇晶体，第一光纤准直器，铒镱共掺光纤，全光纤偏振泵浦合波器，第一半导体泵浦源，法拉第旋转镜，偏振分束晶体，第一二分之一玻片，第二光纤准直器，第一偏振分束器，第二偏振分束器，法拉第旋转器，保偏掺饵光纤，保偏波分复用器，第二半导体泵浦源，半导体可饱和吸收镜，第三光纤准直器，第二二分之一玻片，隔离器；
令起始位置位于所述的偏振分束晶体与所述的钒酸钇晶体间，所述的钒酸钇晶体接所述的第一光纤准直器的空间端，所述的铒镱共掺光纤的一端接第一光纤准直器的光纤端，所述的铒镱共掺光纤的另一端接所述的全光纤偏振泵浦合波器的第一输入端，所述的全光纤偏振泵浦合波器第二输入端接第一半导体泵浦源，所述的法拉第旋转镜接全光纤偏振泵浦合波器的输出端，所述的偏振分束晶体输入端接所述的钒酸钇晶体的另一端，所述的第一二分之一玻片接所述的偏振分束晶体的第二输出端，所述的第一二分之一玻片的另一端接第二光纤准直器的空间端，所述的第二光纤准直器的光纤端接所述的第一偏振分束器第一输入端，所述的第一偏振分束器的输出端接所述的第二偏振分束器输入端，所述的第二偏振分束器的第一输出端接所述的法拉第旋转器的输入端，所述的法拉第旋转器的输出端接所述的保偏掺饵光纤的一端，所述的保偏掺饵光纤的另一端接所述的保偏波分复用器的第一输入端，所述的保偏波分复用器的第二输入端接第二半导体泵浦源，所述的保偏波分复用器的输出端接半导体可饱和吸收镜的输入端；
所述的第二偏振分束器的第二输出端接所述的第三光纤准直器的光纤端，所述的第三光纤准直器的空间端接第二二分之一玻片，所述的隔离器接第二二分之一玻片的另一端，所述的隔离器的另一端接第一偏振分束器的第二输入端，第一偏振分束器的第二输出端为分离脉冲激光振荡器的输出端。
进一步地，一种脉冲分离激光振荡器，所述的铒镱共掺光纤、全光纤偏振泵浦合波器、第一半导体泵浦源、法拉第旋转镜组成双通放大结构，所述的第二偏振分束器、法拉第旋转器、保偏掺饵光纤、保偏波分复用器，半导体可饱和吸收镜和第二半导体泵浦源组成SESAM锁模链路。
进一步地，一种脉冲分离激光振荡器，所述的第二偏振分束器、法拉第旋转器、保偏掺饵光纤、半导体可饱和吸收镜均采用保偏结构。保偏结构提高了脉冲光的偏振稳定性。
进一步地，一种脉冲分离激光振荡器，所述的钒酸钇晶体可采用1:2、1:4、1:8、1:16、1:32等对脉冲进行分离放大，再经过法拉第旋转镜返回重新整合为单个脉冲。利用此结构可以实现对较大功率脉冲低损耗，低色散的放大。
进一步地，一种脉冲分离激光振荡器，所述的法拉第旋转器对脉冲光进行45°偏转，偏转后的脉冲光因半导体可饱和吸收镜旋转重新进行45°偏转这样总的偏转角度达到90°以实现进入第二偏振分束器的第二输出端输出。
进一步地，一种脉冲分离激光振荡器，所述的隔离器是为了防止激光回返，造成锁模不稳定。
进一步地，一种脉冲分离激光振荡器，所述的第一光纤准直器、第二光纤准直器、第三光纤准直器的尾纤为单模光纤或单模保偏光纤。
进一步地，一种脉冲分离激光振荡器，所述的第一半导体泵浦源和第一半导体泵浦源均为976nm波长，并且功率都是连续可调、稳定输出的。
进一步地，一种脉冲分离激光振荡器，振荡器的输出端可接耦合器用来检测激光振荡器的锁模状态和振荡器的光谱与脉宽形状。
具体工作过程：令起始位置位于所述的偏振分束晶体与所述的钒酸钇晶体间，脉冲光进入所述的钒酸钇晶体，第一光纤准直器，铒镱共掺光纤，全光纤偏振泵浦合波器进行分离放大，第一半导体泵浦源输出的泵浦光经全光纤偏振泵浦合波器进入铒镱共掺光纤对脉冲光进行分离放大。
经铒镱共掺光纤放大的脉冲光经法拉第旋转镜偏振反射经过铒镱共掺光纤进行双通放大，进行双通放大后的脉冲光进入钒酸钇晶体进行整合为单一脉冲光。单一脉冲光第一经偏振分束器的输出端进入二分之一玻片，光纤准直器，第一偏振分束器进入第二偏振分束器，进入第二偏振分束器的脉冲光经法拉第旋转器进入保偏掺饵光纤，第二半导体泵浦源输出的泵浦光经保偏波分复用器进入保偏掺饵光纤对脉冲光进行放大，经过保偏掺饵光纤放大的脉冲光经过半导体可饱和吸收镜进行反射再次进入保偏掺饵光纤进行双通放大，经过双通放大的光经第二偏振分束器进入第三光纤准直器，第二二分之一玻片，隔离器，偏振分束晶体再次进入钒酸钇晶体重复上述过程，实现振荡效果。
本发明具有以下有益效果：
(1)SESAM的饱和吸收效有利于振荡器锁模的自启动，避免失锁现象的发生。
(2)光路双通放大结构中的脉冲光偏振分离后结合法拉第旋转镜的双通放大结构可抵消激光在光纤中传输和放大的双折射效应，SESAM锁模链路采用全保偏结构实现激光的传输和放大实现激光器的环境稳定功能。
(3)脉冲分离结构中空间光路采用全固化结构提高了光路整体稳定性，确保器件之间的耦合效率不会降低。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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发明的一些实施例，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：本发明提供的脉冲分离激光振荡器结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
钒酸钇晶体1、第一光纤准直器2、铒镱共掺光纤3、全光纤偏振泵浦合波器4、第一半导体泵浦源5、法拉第旋转镜6、偏振分束晶体7、第一二分之一玻片8、第二光纤准直器9、第一偏振分束器10、第二偏振分束器12、法拉第旋转器13、保偏掺饵光纤14、保偏波分复用器15、第二半导体泵浦源16、半导体可饱和吸收镜17、第三光纤准直器18、第二二分之一玻片19、隔离器20。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
一种脉冲分离激光振荡器
包括双通放大结构；脉冲分离结构；SESAM锁模链路；
钒酸钇晶体1，第一光纤准直器2，铒镱共掺光纤3，全光纤偏振泵浦合波器4，第一半导体泵浦源5，法拉第旋转镜6，偏振分束晶体7，第一二分之一玻片8，第二光纤准直器9，第一偏振分束器10，第二偏振分束器12，法拉第旋转器13，保偏掺饵光纤14，保偏波分复用器15，第二半导体泵浦源16，半导体可饱和吸收镜17，第三光纤准直器18，第二二分之一玻片19，隔离器20；
令起始位置位于所述的偏振分束晶体7与所述的钒酸钇晶体1间，所述的钒酸钇晶体1接所述的第一光纤准直器2的空间端，所述的铒镱共掺光纤3的一端接第一光纤准直器2的光纤端，所述的铒镱共掺光纤3的另一端接所述的全光纤偏振泵浦合波器4的第一输入端，所述的全光纤偏振泵浦合波器4第二输入端接第一半导体泵浦源5，所述的法拉第旋转镜6接全光纤偏振泵浦合波器4的输出端，所述的偏振分束晶体7输入端接所述的钒酸钇晶体1的另一端，所述的第一二分之一玻片8接所述的偏振分束晶体7的第二输出端，所述的第一二分之一玻片8的另一端接第二光纤准直器9的空间端，所述的第二光纤准直器9的光纤端接所述的第一偏振分束器10第一输入端，所述的第一偏振分束器10的输出端接所述的第二偏振分束器12输入端，所述的第二偏振分束器12的第一输出端接所述的法拉第旋转器13的输入端，所述的法拉第旋转器13的输出端接所述的保偏掺饵光纤14的一端，所述的保偏掺饵光纤14的另一端接所述的保偏波分复用器15的第一输入端，所述的保偏波分复用器15的第二输入端接第二半导体泵浦源16，所述的保偏波分复用器15的输出端接半导体可饱和吸收镜17的输入端；
第二偏振分束器12的第二输出端接所述的第三光纤准直器18的光纤端，所述的第三光纤准直器18的空间端接第二二分之一玻片19，所述的隔离器20接第二二分之一玻片19的另一端，所述的隔离器20的另一端接第一偏振分束器10的第二输入端，第一偏振分束器10的第二输出端为分离脉冲激光振荡器的输出端11。
铒镱共掺光纤3、全光纤偏振泵浦合波器4、第一半导体泵浦源5、法拉第旋转镜6组成双通放大结构，所述的第二偏振分束器12、法拉第旋转器13、保偏掺饵光纤14、保偏波分复用器15，半导体可饱和吸收镜17和第二半导体泵浦源16组成SESAM锁模链路。
第二偏振分束器12、法拉第旋转器13、保偏掺饵光纤14、半导体可饱和吸收镜17均采用保偏结构。
钒酸钇晶体1可采用1:2、1:4、1:8、1:16、1:32等对脉冲进行分离放大，再经过法拉第旋转镜6返回重新整合为单个脉冲。
法拉第旋转器13对脉冲光进行45°偏转，偏转后的脉冲光因半导体可饱和吸收镜17旋转重新进行45°偏转这样总的偏转角度达到90°以实现进入第二偏振分束器12的第二输出端输出。
隔离器20是为了防止激光回返，造成锁模不稳定。
第一光纤准直器2、第二光纤准直器9、第三光纤准直器18的尾纤为单模光纤或单模保偏光纤。
第一半导体泵浦源5和第一半导体泵浦源16均为976nm波长，并且功率都是连续可调、稳定输出的。
振荡器的输出端可接耦合器用来检测激光振荡器的锁模状态和振荡器的光谱与脉宽形状。
结合上述实例做进一步具体的工作过程描述：
第一半导体泵浦源5，第二半导体泵浦源16是光纤耦合输出的半导体激光器，其输出端分别和全光纤偏振泵浦合波器4，半导体可饱和吸收镜17相连。
铒镱共掺光纤3、全光纤偏振泵浦合波器4、法拉第旋转镜6组成双通放大结构，第一半导体泵浦源5，输出的激光通过全光纤偏振泵浦合波器4进入铒镱共掺光纤3对进入的脉冲光进行放大。
第二偏振分束器12、法拉第旋转器13、保偏掺饵光纤14、保偏波分复用器15、半导体可饱和吸收镜17组成SESAM锁模链路，第二半导体泵浦源16输出的激光通过保偏波分复用器15进入掺铒光纤14对脉冲光进行放大。
法拉第旋转镜6、偏振分束晶体7、第一偏振分束器10、第二偏振分束器12，法拉第旋转器13，半导体可饱和吸收镜17组成振荡器的震荡结构。脉冲光经过法拉第旋转镜6偏振90°反射经偏振分束晶体7、第一偏振分束器10、第二偏振分束器12至法拉第旋转器13偏转45°后到达半导体可饱和吸收镜17反射再次至法拉第旋转镜13偏转45度，而使脉冲光至第二法拉第旋转器12时达到偏振90°避免激光脉冲回返，之后经偏振分束晶体7至法拉第旋转镜6重复上述过程实现振荡效果。
实验表明，本发明采用光纤传输与空间传输相结合，并将脉冲分离器运用到振荡器结构中来有效的实现了对脉冲光的放大以及满足了大功率激光器对其种子光的要求。
通过改变其谐振腔长度也可产生多种重复频率的种子光。在激光器搭建，重复频率锁定有很多大的应用价值。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (9)

1.一种脉冲分离激光振荡器，其特征在于：
包括双通放大结构；脉冲分离结构；SESAM锁模链路；
钒酸钇晶体(1)，第一光纤准直器(2)，铒镱共掺光纤(3)，全光纤偏振泵浦合波器(4)，第一半导体泵浦源(5)，法拉第旋转镜(6)，偏振分束晶体(7)，第一二分之一玻片(8)，第二光纤准直器(9)，第一偏振分束器(10)，第二偏振分束器(12)，法拉第旋转器(13)，保偏掺饵光纤(14)，保偏波分复用器(15)，第二半导体泵浦源(16)，半导体可饱和吸收镜(17)，第三光纤准直器(18)，第二二分之一玻片(19)，隔离器(20)；
令起始位置位于所述的偏振分束晶体(7)与所述的钒酸钇晶体(1)间，所述的钒酸钇晶体(1)接所述的第一光纤准直器(2)的空间端，所述的铒镱共掺光纤(3)的一端接第一光纤准直器(2)的光纤端，所述的铒镱共掺光纤(3)的另一端接所述的全光纤偏振泵浦合波器(4)的第一输入端，所述的全光纤偏振泵浦合波器(4)第二输入端接第一半导体泵浦源(5)，所述的法拉第旋转镜(6)接全光纤偏振泵浦合波器(4)的输出端，所述的偏振分束晶体(7)输入端接所述的钒酸钇晶体(1)的另一端，所述的第一二分之一玻片(8)接所述的偏振分束晶体(7)的第二输出端，所述的第一二分之一玻片(8)的另一端接第二光纤准直器(9)的空间端，所述的第二光纤准直器(9)的光纤端接所述的第一偏振分束器(10)第一输入端，所述的第一偏振分束器(10)的输出端接所述的第二偏振分束器(12)输入端，所述的第二偏振分束器(12)的第一输出端接所述的法拉第旋转器(13)的输入端，所述的法拉第旋转器(13)的输出端接所述的保偏掺饵光纤(14)的一端，所述的保偏掺饵光纤(14)的另一端接所述的保偏波分复用器(15)的第一输入端，所述的保偏波分复用器(15)的第二输入端接第二半导体泵浦源(16)，所述的保偏波分复用器(15)的输出端接半导体可饱和吸收镜(17)的输入端。
所述的第二偏振分束器(18)的第二输出端接所述的第三光纤准直器(18)的光纤端，所述的第三光纤准直器(18)的空间端接第二二分之一玻片(19)，所述的隔离器(20)接第二二分之一玻片(19)的另一端，所述的隔离器(20)的另一端接第一偏振分束器(10)的第二输入端，第一偏振分束器(10)的第二输出端为分离脉冲激光振荡器的输出端(11)。
2.根据权利要求1所述一种脉冲分离激光振荡器，其特征在于：所述的铒镱共掺光纤(3)、全光纤偏振泵浦合波器(4)、第一半导体泵浦源(5)、法拉第旋转镜(6)组成双通放大结构，所述的第二偏振分束器(12)、法拉第旋转器(13)、保偏掺饵光纤(14)、保偏波分复用器(15)，半导体可饱和吸收镜(17)和第二半导体泵浦源(16)组成SESAM锁模链路。
3.根据权利要求1所述一种脉冲分离激光振荡器，其特征在于：所述的第二偏振分束器(12)、法拉第旋转器(13)、保偏掺饵光纤(14)、半导体可饱和吸收镜(17)均采用保偏结构。
4.根据权利要求1所述一种脉冲分离激光振荡器，其特征在于：所述的钒酸钇晶体(1)可采用1:2、1:4、1:8、1:16、1:32等对脉冲进行分离放大，再经过法拉第旋转镜(6)返回重新整合为单个脉冲。
5.根据权利要求1所述一种脉冲分离激光振荡器，其特征在于：所述的法拉第旋转器(13)对脉冲光进行45°偏转，偏转后的脉冲光因半导体可饱和吸收镜(17)旋转重新进行45°偏转这样总的偏转角度达到90°以实现进入第二偏振分束器(12)的第二输出端输出。
6.根据权利要求1所述一种脉冲分离激光振荡器，其特征在于：所述的隔离器(20)是为了防止激光回返，造成锁模不稳定。
7.根据权利要求1所述一种脉冲分离激光振荡器，其特征在于：所述的第一光纤准直器(2)、第二光纤准直器(9)、第三光纤准直器(18)的尾纤为单模光纤或单模保偏光纤。
8.根据权利要求1所述一种脉冲分离激光振荡器，其特征在于：所述的第一半导体泵浦源(5)和第一半导体泵浦源(16)均为976nm波长，并且功率都是连续可调、稳定输出的。
9.根据权利要求1所述一种脉冲分离激光振荡器，其特征在于：振荡器的输出端可接耦合器用来检测激光振荡器的锁模状态和振荡器的光谱与脉宽形状。
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