CN205811268U - 全光纤化调q光纤种子源激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全光纤化调Q光纤种子源激光器，包括泵浦源(1)、光纤耦合器(2)和谐振腔，该谐振腔包括光纤光栅第一腔体反射镜(3)、增益介质(4)、声光调制器(5)以及光纤光栅腔体输出反射镜(6)；其中，增益介质(4)和声光调制器(5)设在该谐振腔内；泵浦源(1)发出的光通过光纤耦合器(2)输入光纤光栅第一腔体反射镜(3)，经过谐振腔后再从光纤光栅腔体输出反射镜(6)输出；该声光调制器(5)为调Q器件，采用一级衍射作为激光信号光的通光路径。本实用新型可以产生高稳定，具有纳秒量级的短脉冲全光纤化的种子源激光器输出。

Description

全光纤化调Q光纤种子源激光器

技术领域

本实用新型涉及激光器，尤其涉及一种新型的全光纤化调Q光纤激光器种子源激光器。

背景技术

随着光纤激光器的发展，高功率光纤激光器成为了研究的方向。而在获得高功率方面采用基于主振荡功率放大器(MOPA)结构的光纤激光器的是最热门的一种方式。

在主振荡功率放大器结构中的种子源会极大的影响整个***中激光功率的输出稳定性。所以想要获得稳定的高功率激光输出，稳定可靠的种子源起着至关重要的作用。

获得稳定的种子源有多重方式，调Q技术就是一种获得纳秒级脉冲，兆瓦级峰值功率的最佳手段。调Q的方法有很多，主要主动调Q和被动调Q两种；被动调Q中主要是可饱和吸收体调Q，不容易人为控制。主动调Q中主要是有声光调Q，电光调Q。电光调Q需要的半波电压太高，容易对电子线路产生干扰；而声光调Q调制电压不需要太高，一百多伏就可以，易于连续激光器配合调Q，可获得KHz高重频巨脉冲，且脉冲的重复性好，可获得峰值功率为几百千瓦、脉宽为几十纳秒的巨脉冲。由于以上优点，基于声光调制器的调Q技术成为了研究和使用的热点。

但是在全光纤化的声光调Q的激光器中，由于零级衍射光路简单，所以通常采用零级衍射。但是零级衍射的衍射效率在85％左右，在电压加载过程中，仍会有少量光子通过，这样会损耗上能级的反转粒子数。如果改为基于声光调制器的一级衍射作为激光通路，在原理上，加载电压断开时，没有任何光通过声光调制器，这会使得腔内Q值很低，更容易获得高功率的激光输出。

所以如果能够获得全光纤化的基于声光调制器的一级衍射作为信号光谐振腔通路的，并能够稳定激光输出的种子源激光器变得非常有意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是获得一种基于声光调制器一级衍射作为激光谐振腔通路，并能够稳定输出的全光纤化的种子源激光器。

本实用新型为达上述目的，所采用的技术方案是：

提供一种全光纤化调Q光纤种子源激光器，包括泵浦源、光纤耦合器和谐振腔，该谐振腔包括光纤光栅第一腔体反射镜、增益介质、声光调制器以及光纤光栅腔体输出反射镜；其中，增益介质和声光调制器设在该谐振腔内；

泵浦源发出的光通过光纤耦合器输入光纤光栅第一腔体反射镜，经过谐振腔后再从光纤光栅腔体输出反射镜输出；

该声光调制器为调Q器件，采用一级衍射作为激光信号光的通光路径。

本实用新型所述的全光纤化调Q光纤种子源，泵浦源为带尾纤的半导体激光器。

本实用新型所述的全光纤化调Q光纤种子源，光纤耦合器为二合一耦合器，包括泵浦光耦合输入端、信号光耦合输入端和泵浦光信号光合束输出端，该泵浦光信号光合束输出端与光纤光栅第一腔体反射镜连接。

本实用新型所述的全光纤化调Q光纤种子源，光纤光栅第一腔体反射镜为高反射率的光纤光栅.

本实用新型所述的全光纤化调Q光纤种子源，增益介质为掺杂稀土元素的双包层光纤。

本实用新型所述的全光纤化调Q光纤种子源，光纤光栅腔体输出反射镜为低反射率的光纤光栅，同时也作为激光器的输出耦合器。

本实用新型所述的全光纤化调Q光纤种子源，声光调制器包括两端均带有光纤尾纤的光纤准直镜和受外部电压控制的声光晶体，一端光纤尾纤与增益介质通过熔接连接，另一端光纤尾纤与光纤光栅腔体输出反射镜的低反光栅熔接连接。

本实用新型产生的有益效果是：本实用新型的全光纤化调Q光纤种子源激光器，泵浦源发出的光通过光纤耦合器输入光纤光栅第一腔体反射镜，经过谐振腔后再从光纤光栅腔体输出反射镜输出；其中该声光调制器为调Q器件，采用一级衍射作为激光信号光的通光路径，从而可以产生高稳定，具有纳秒量级的短脉冲全光纤化的种子源激光器输出。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型实施例的结构示意图；

图2是本实用新型实施例声光调制器的零级衍射作为激光通路时的内部结构图。

图3是本实用新型实施例利用声光调制器的一级衍射作为信号光通路时的内部结构图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型的全光纤化调Q光纤种子源激光器，包括泵浦源1、光纤耦合器2和谐振腔，谐振腔包括光纤光栅第一腔体反射镜3、增益介质4、声光调制器5和光纤光栅腔体输出反射镜6，其中增益介质4和声光调制器5均设在谐振腔内部。

本实用新型的一个实施例中，泵浦源1为带尾纤的半导体激光器，这种方式利于实现全光纤化；光纤耦合器2为一个二合一耦合器，包括泵浦光耦合输入端，信号光耦合输入端和泵浦光信号光合束输出端；泵浦光耦合输入端与泵浦源1连接，泵浦光信号光合束输出端与光纤光栅第一腔体反射镜3连接。

本实用新型的一个实施例中，光纤光栅第一腔体反射镜3为信号光波长的高反光栅；增益介质4为掺杂稀土元素的双包层光纤；光纤光栅腔体输出反射镜6为低反射率的光纤光栅，同时也作为光纤激光器的输出耦合器。掺稀土元素的增益介质4的一端与光纤耦合的声光调制器5的输入端通过熔接连接；增益介质4的另一端与光纤激光器的第一腔体反射镜3连接。

泵浦源1通过光纤耦合器2的泵浦光输入端耦合输入，经过光纤光栅第一腔体反射镜3输入到谐振腔内，对增益介质4进行激励产生信号光增益；信号光激光再从光纤光栅腔体输出反射镜6输出。

本实用新型的一个实施例中，声光调制器5包括两端均带有光纤尾纤的光纤准直镜51和受外部电压控制的声光晶体52，声光调制器5的一端光纤尾纤与增益介质4通过熔接连接，另一端光纤尾纤与光纤光栅腔体输出反射镜6的低反光栅熔接连接。声光调制器5由外接电压信号的控制，通过调节施加电压频率及占空比，使激光器种子源获得10KHz到100KHz连续可调的纳秒级激光脉冲输出。光调制器作为调Q器件，在光纤激光器腔内作为损耗调制器件产生短脉冲，高功率激光脉冲，这样就真正实现了将声光调制器作为调Q器件放置在全光纤化激光器的谐振腔内部。

声光调制器5需要采用一级衍射作为其主要谐振腔的通光路径，保证在电压加载关断时增益介质上能级反转粒子数不会被消耗。通过调整声光调制器两端的光纤准直器，使在加载电压时，衍射能量主要集中于声光调制器的一级衍射光路中，并将声光调制器的一级衍射作为激光器谐振腔通光路径。

光纤光栅第一腔体反射镜3和光纤光栅腔体输出反射镜6之间部分构成谐振腔，两个光栅的反射波长需要相互匹配，这样才能有利于获得单色性更好地信号光波长激光输出。

综上，本实用新型的一个较佳实施例的全光纤化调Q光纤种子源激光器，以带尾纤的半导体激光器作为泵浦源，由一个信号光波长的高反光栅和信号光波长的低反光栅的两个反射镜构成谐振腔，整个谐振腔采用最简单的线性谐振腔，谐振腔内部含有作为增益介质的掺杂光纤和作为调Q器件的声光调制器。声光调制器以两端为两个带尾纤的光纤准直镜的方式接入到激光器谐振腔内，并采用声光调制器的一级衍射作为激光器谐振腔的通光路径。

声光调制器图示中的RF表示外部信号发生器，通过调节信号发生器的频率及占空比来控制声光调制晶体的光栅形成。声光吸收体51，相当于电声转换器，将外部送入的高频信号，转换为超声波。超声波会作用于相互作用材料52，通过光弹效应使介质折射率发生周期性变化，形成相应的光栅。当有光路通过时，就会发生衍射，从而出现零级，一级以及更高层次的衍射光路。

声光调制器5可采用两端带尾纤的光纤准直镜53和声光晶体相互耦合的结构形式。如图2所示，为声光调制器5的零级衍射作为激光通路时的内部结构图。此时加载电压，会使得声光调制器5发生衍射，最高可以达到85％的能量衍射，但仍会有光可以通过零级衍射，从而会消耗上能级的反转粒子数。当电压断开时，就会使得光路完全在零级衍射通过。通过调整电压的频率及占空比来实现主动地调Q激光输出。

因为零级衍射在加载电压时，仍会有光路从零级衍射通过，导致上能级反转粒子数的消耗，所以就希望能够采用一种在通路关断时，不会消耗反转粒子数的方式，实现调Q激光的输出。

所以本实用新型采用了一种利用声光调制器的一级衍射作为其激光谐振腔通路的结构形式实现调Q激光输出。

如图3所示，是利用声光调制器5的一级衍射作为信号光通路时的内部结构图。声光调制器5在一级衍射时的工作方式与零级衍射时工作方式不同。当声光调制器5加载电压时，光路会主要移动到一级衍射，此时能转移到一级衍射上的能量为总能量的67％，此时一级衍射作为激光信号光的通光路径。当电压断开时，激光的信号光光路会回到零级衍射中，此时在激光通路中不会因为有光通过而消耗上能级反转粒子数的情况发生。

本实用新型为新型全光纤化调Q光纤种子源激光器，采用声光调制器的一级衍射作为其信号光的谐振腔通道。当加载电压时，信号光可以通过声光调制器的一级衍射通道进行信号光增益放大，电压断开时，只进行泵浦光对增益介质的泵浦，当下次加载电压时，使得信号光激励上能级原子跃迁产生信号光增益。通过调节声光调制的控制电压频率及占空比，得到10KHz到100KHz的激光输出。

本实用新型提供采用全光纤化的声光调制器为激光腔体内调Q元件，并采用声光调制器的一级衍射作为其信号光谐振腔通道；采用全光纤耦合的泵浦半导体激光器和泵浦信号光合束器对增益介质进行泵浦，采用掺稀土光纤为腔内信号波长激光的增益介质，采用一对光纤光栅作为腔体反射镜，并由低反光栅作为激光输出耦合器，最终完成可以产生高稳定，具有纳秒量级的短脉冲全光纤化的种子源激光器输出的设计。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种全光纤化调Q光纤种子源激光器，其特征在于，包括泵浦源(1)、光纤耦合器(2)和谐振腔，该谐振腔包括光纤光栅第一腔体反射镜(3)、增益介质(4)、声光调制器(5)以及光纤光栅腔体输出反射镜(6)；其中，增益介质(4)和声光调制器(5)设在该谐振腔内；

泵浦源(1)发出的光通过光纤耦合器(2)输入光纤光栅第一腔体反射镜(3)，经过谐振腔后再从光纤光栅腔体输出反射镜(6)输出；

该声光调制器(5)为调Q器件，采用一级衍射作为激光信号光的通光路径。

2.根据权利要求1所述的全光纤化调Q光纤种子源激光器，其特征在于，泵浦源(1) 为带尾纤的半导体激光器。

3.根据权利要求1或2所述的全光纤化调Q光纤种子源激光器，其特征在于，光纤耦合器(2)为二合一耦合器，包括泵浦光耦合输入端、信号光耦合输入端和泵浦光信号光合束输出端，该泵浦光信号光合束输出端与光纤光栅第一腔体反射镜(3)连接。

4.根据权利要求3所述的全光纤化调Q光纤种子源激光器，其特征在于，光纤光栅第一腔体反射镜(3)为高反射率的光纤光栅。

5.根据权利要求4所述的全光纤化调Q光纤种子源激光器，其特征在于，增益介质(4)为掺杂稀土元素的双包层光纤。

6.根据权利要求1所述的全光纤化调Q光纤种子源激光器，其特征在于，光纤光栅腔体输出反射镜 (6)为低反射率的光纤光栅，同时也作为激光器的输出耦合器。

7.根据权利要求1所述的全光纤化调Q光纤种子源激光器，其特征在于，声光调制器（5）包括两端均带有光纤尾纤的光纤准直镜和受外部电压控制的声光晶体，一端光纤尾纤与增益介质（4）通过熔接连接，另一端光纤尾纤与光纤光栅腔体输出反射镜（6）的低反光栅熔接连接。