專利名稱：一種脈沖泵浦型環(huán)形諧振腔納秒脈沖激光器的制作方法
一種脈沖泵浦型環(huán)形諧振腔納秒脈沖激光器本發(fā)明涉及激光器領(lǐng)域，具體涉及一種脈沖泵浦型環(huán)形諧振腔納秒脈沖激光器。隨著激光切割、激光雕刻、激光打標(biāo)、激光劃片等技術(shù)在服裝、電子、微加工等領(lǐng)域的廣泛使用，對高功率、高穩(wěn)定性、脈寬和重復(fù)頻率可調(diào)諧的納秒脈沖的需求也更加迫切。目前工業(yè)加工領(lǐng)域常用的產(chǎn)生納秒脈沖的方法主要有兩大類:聲光調(diào)Q技術(shù)和直接調(diào)制快速響應(yīng)的半導(dǎo)體種子源技術(shù)。聲光調(diào)Q技術(shù)實際上是在體聲光Q開關(guān)的基礎(chǔ)上增加了兩根耦合光纖，受限于尾纖與聲光Q晶體稱合的工藝水平，整個Q開關(guān)的插入損耗較高。聲光調(diào)Q激光器輸出的激光脈沖寬度大約在100-300ns，而且，聲光開關(guān)對高能量激光器的開關(guān)能力差，其時域波形下降沿時間長，脈沖不對稱，受調(diào)Q晶體開關(guān)時間的限制，無法獲得上升沿陡峭的納秒脈沖。直接調(diào)制快速響應(yīng)的半導(dǎo)體種子源技術(shù)，重復(fù)頻率調(diào)諧范圍大，脈沖波形易控制，但工作在較低重復(fù)頻率時，受限于占空比，平均功率很小，僅數(shù)百微瓦，一般需要多級放大才能滿足工業(yè)加工的需求。而且，一般直接從半導(dǎo)體種子源輸出的脈沖，其光譜寬度僅
0.2-0.4nm，如此窄的譜寬在后續(xù)多級放大過程中極易激發(fā)各種非線性效應(yīng)，如SBS受激布里淵散射，受激拉曼散射效應(yīng)等，造成脈沖頻譜畸變，時域失真，嚴(yán)重時甚至燒毀增益光纖。因此，有必要解決如上問題。本發(fā)明克服了上述技術(shù)的不足，提供了 一種脈沖泵浦型環(huán)形諧振腔納秒脈沖激光器，其光光轉(zhuǎn)換效率高、穩(wěn)定性好，通過合束器、增益光纖、光纖耦合器連接圍成環(huán)形諧振腔，泵浦激光器的微秒量級泵浦光通過合束器進(jìn)入環(huán)形諧振腔，利用增益介質(zhì)非線性光開關(guān)效應(yīng)，脈沖前后沿能量低的部分被抑制，脈沖中間能量高的部分能通過增益介質(zhì)，在環(huán)形諧振腔內(nèi)不斷放大，最終實現(xiàn)納秒量級脈沖輸出。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了下列技術(shù)方案:一種脈沖泵浦型環(huán)形諧振腔納秒脈沖激光器，包括有泵浦激光器2，與泵浦激光器2相連接的用于驅(qū)動泵浦激光器2輸出所需泵浦光的脈沖調(diào)制電路1，合束器3，增益光纖
4,以及用于納秒脈沖輸出的光纖I禹合器6,所述合束器3上設(shè)有一合束端、一泵浦光輸入端和一反饋信號輸入端，所述光纖I禹合器6上設(shè)有一輸入端、一直通輸出端和一I禹合輸出端，所述泵浦激光器2輸出端與合束器3泵浦光輸入端連接，合束器3合束端通過增益光纖4與光纖稱合器6輸入端連接,光纖稱合器6的直通輸出端與合束器3反饋信號輸入端連接，所述合束器3、增益光纖4、光纖耦合器6形成環(huán)形諧振腔，所述光纖耦合器6的耦合輸出端作為納秒脈沖輸出端，所述環(huán)形諧振腔中還設(shè)有用于保證激光運轉(zhuǎn)單向性的隔離器5。作為優(yōu)化實施方案，所述隔離器5設(shè)置在增益光纖4與光纖耦合器6之間，所述隔離器5正向端與增益光纖4連接,隔離器5反向端與光纖I禹合器6輸入端連接。
作為優(yōu)化實施方案，所述隔離器5設(shè)置在光纖耦合器6與合束器3之間，所述隔離器5正向端與光纖耦合器6直通輸出端連接，隔離器5反向端與合束器3反饋信號輸入端連接。如上所述的光纖稱合器6為分束器,其分束比較高的一端作為稱合輸出端,分束比較低的一端作為直通輸出端與合束器3連接。如上所述的泵浦激光器2為半導(dǎo)體激光器。如上所述的合束器3為波分復(fù)用器或高功率合束器。如上所述的增益光纖4為摻稀土元素離子的單模或者雙包層增益光纖。如上所述的光纖耦合器6為全光纖拉錐型或貼片型分束器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:1、激光振蕩器為全光纖結(jié)構(gòu),各個器件熔接損耗小，克服聲光調(diào)Q方案插入損耗大的缺點。2、摻雜增益光纖既起到增益的作用，又起到光開關(guān)的作用，器件少，成本低，穩(wěn)定性高。3、利用增益光纖的非線性光開關(guān)效應(yīng)，在微秒量級泵浦脈沖的作用下，產(chǎn)生納秒量級的激光脈沖，與直接調(diào)制半導(dǎo)體激光管的方案相比，電路復(fù)雜度大大降低。4、本裝置采用環(huán)形諧振腔結(jié)構(gòu)，激光脈沖在腔內(nèi)不斷吸收泵浦能量，光光轉(zhuǎn)換效率高。

圖1是本發(fā)明的實施例1結(jié)構(gòu)原理圖。圖2是本發(fā)明的實施例2結(jié)構(gòu)原理圖。以下結(jié)合附圖通過實施例對本發(fā)明特征及其它相關(guān)特征作進(jìn)一步詳細(xì)說明，以便于同行業(yè)技術(shù)人員的理解:實施例1:如圖1所示，一種脈沖泵浦型環(huán)形諧振腔納秒脈沖激光器，包括脈沖調(diào)制電路1，泵浦激光器2,合束器3,增益光纖4,隔離器5和光纖稱合器6,所述合束器3上設(shè)有一合束端、一泵浦光輸入端和一反饋信號輸入端，所述光纖稱合器6上設(shè)有一輸入端、一直通輸出端和一耦合輸出端，所述泵浦激光器2輸出端與合束器3泵浦光輸入端連接，所述合束器3合束端通過增益光纖4與隔離器5正向端連接，隔離器5反向端與光纖耦合器6輸入端連接，光纖耦合器6直通輸出端與合束器3反饋信號輸入端連接形成一個環(huán)形諧振腔，所述光纖率禹合器6的I禹合輸出端作為納秒脈沖輸出端。在本實施例中，所述泵浦激光器2采用輸出連續(xù)光功率8-10W，中心波長976nm的半導(dǎo)體激光器。所述合束器3采用(2+1) X I高功率合束器，反饋信號入射端光纖類型為10/125雙包層光纖，合束端光纖類型為10/125雙包層光纖，泵浦光輸入端光纖類型為105/125傳能光纖。
所述增益光纖4可采用摻稀土元素離子的單模或者雙包層增益光纖，在本實施例中采用摻鐿雙包層增益光纖進(jìn)行論述，其不作為對本案保護(hù)范圍的限定。所述光纖耦合器6采用全光纖拉錐型分束器，其輸出比較高的一端作為耦合輸出端輸出納秒脈沖，輸出比較低的一端作為直通輸出端與合束器3反饋信號輸入端相熔接，作為激光的正反饋。泵浦激光器2在脈沖調(diào)制電路I的驅(qū)動下，產(chǎn)生時域為近高斯型、脈沖寬度和重復(fù)頻率可調(diào)諧的微秒量級泵浦光脈沖，泵浦光脈沖經(jīng)合束器3耦合進(jìn)入環(huán)形諧振腔，經(jīng)過摻鐿雙包層增益光纖4，自發(fā)輻射產(chǎn)生沿環(huán)形諧振腔順時針、逆時針方向的小脈沖，經(jīng)過隔離器5，逆時針方向傳播的脈沖被抑制，保證激光運轉(zhuǎn)的單向性，一部分脈沖經(jīng)光纖耦合器6的耦合輸出端輸出，另一部分脈沖再經(jīng)過合束器3，與脈沖泵浦光在增益光纖4上發(fā)生激光放大作用，由于增益光纖4增益介質(zhì)的上能級壽命遠(yuǎn)大于泵浦光的脈沖寬度，小脈沖在環(huán)形諧振腔內(nèi)運轉(zhuǎn)多次，不斷放大，當(dāng)單個脈沖的峰值能量超過增益介質(zhì)飽和吸收的能量閾值時，增益介質(zhì)在非線性效應(yīng)的作用下等效于快速響應(yīng)的光開關(guān)，脈沖前后沿能量低的部分被抑制，脈沖中間能量高的部分能通過增益介質(zhì)，在環(huán)形諧振腔內(nèi)不斷放大，最終實現(xiàn)納秒量級脈沖輸出。實施例2:如圖2所示，一種脈沖泵浦型環(huán)形諧振腔納秒脈沖激光器，包括脈沖調(diào)制電路1，泵浦激光器2,合束器3,增益光纖4,隔離器5和光纖稱合器6,所述合束器3上設(shè)有一合束端、一泵浦光輸入端和一反饋信號輸入端，所述光纖稱合器6上設(shè)有一輸入端、一直通輸出端和一耦合輸出端，所述泵浦激光器2輸出端與合束器3泵浦光輸入端連接，所述合束器3合束端通過增益光纖4與光纖耦合器6輸入端連接，光纖耦合器6直通輸出端與隔離器5正向端連接，隔離器5反向端與合束器3反饋信號輸入端連接形成一個環(huán)形諧振腔，所述光纖率禹合器6的I禹合輸出端作為納秒脈沖輸出端。在本實施例中，所述的泵浦激光器2采用輸出連續(xù)光功率8-10W，中心波長976nm的半導(dǎo)體激光器。所述合束器3采用(2+1) X I高功率合束器，信號入射端光纖類型為10/125雙包層光纖，合束端光纖類型為10/125雙包層光纖，泵浦光輸入端光纖類型為105/125傳能光纖。所述增益光纖4采用摻鐿單模增益光纖。所述光纖I禹合器6米用全光纖貼片型分束器,其輸出比較高的一端作為I禹合輸出端輸出納秒脈沖，輸出比較低的一端與合束器3反饋信號輸入端相熔接,作為激光的正反饋。泵浦激光器2在脈沖調(diào)制電路I的驅(qū)動下，產(chǎn)生時域為近高斯型、脈沖寬度和重復(fù)頻率可調(diào)諧的微秒量級泵浦光脈沖，泵浦光脈沖經(jīng)合束器3的泵浦光輸入端耦合進(jìn)入環(huán)形諧振腔，泵浦光經(jīng)過摻鐿單模增益光纖4，產(chǎn)生自發(fā)輻射的小脈沖，增益光纖4另一端與光纖率禹合器6的輸入端相連，腔內(nèi)激光脈沖的一部分能量經(jīng)光纖I禹合器6的I禹合輸出端輸出，另一部分能量再入射到隔離器5，隔離器5的直通輸出端與合束器3的反饋信號輸入端相連，構(gòu)成環(huán)形諧振腔由于增益光纖4增益介質(zhì)的上能級壽命遠(yuǎn)大于泵浦光的脈沖寬度，小脈沖在環(huán)形諧振腔內(nèi)運轉(zhuǎn)多次，不斷放大，當(dāng)單個脈沖的峰值能量超過增益介質(zhì)飽和吸收的能量閾值時，增益介質(zhì)在非線性效應(yīng)的作用下等效于快速響應(yīng)的光開關(guān)，脈沖前后沿能量低的部分被抑制，脈沖中間能量高的部分能通過增益介質(zhì)，在環(huán)形諧振腔內(nèi)不斷放大，最終實現(xiàn)納秒量級脈沖輸出。如上所述，本發(fā)明公開了一種脈沖泵浦型環(huán)形諧振腔納秒脈沖激光器，其通過合束器3、增益光纖4、光纖耦合器6連接圍成環(huán)形諧振腔，泵浦激光器2的微秒量級泵浦光通過合束器3進(jìn)入環(huán)形諧振腔，利用增益介質(zhì)非線性光開關(guān)效應(yīng)，脈沖前后沿能量低的部分被抑制，脈沖中間能量高的部分能通過增益介質(zhì)，在環(huán)形諧振腔內(nèi)不斷放大，最終實現(xiàn)納秒量級脈沖輸出。一切與本案結(jié)構(gòu)相同的技術(shù)方案都應(yīng)示為落入本案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種脈沖泵浦型環(huán)形諧振腔納秒脈沖激光器，其特征在于:包括有泵浦激光器(2)，與泵浦激光器(2)相連接的用于驅(qū)動泵浦激光器(2)輸出所需泵浦光的脈沖調(diào)制電路(1)，合束器(3),增益光纖(4),以及用于納秒脈沖輸出的光纖I禹合器(6),所述合束器(3)上設(shè)有一合束端、一泵浦光輸入端和一反饋信號輸入端，所述光纖稱合器(6)上設(shè)有一輸入端、一直通輸出端和一I禹合輸出端，所述泵浦激光器(2 )輸出端與合束器(3 )泵浦光輸入端連接，合束器(3)合束端通過增益光纖(4)與光纖稱合器(6)輸入端連接,光纖稱合器(6)的直通輸出端與合束器(3)反饋信號輸入端連接，所述合束器(3)、增益光纖(4)、光纖耦合器(6)形成環(huán)形諧振腔，所述光纖耦合器(6)的耦合輸出端作為納秒脈沖輸出端，所述環(huán)形諧振腔中還設(shè)有用于保證激光運轉(zhuǎn)單向性的隔離器(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脈沖泵浦型環(huán)形諧振腔納秒脈沖激光器，其特征在于所述隔離器(5)設(shè)置在增益光纖(4)與光纖耦合器(6)之間，所述隔離器(5)正向端與增益光纖(4 )連接，隔離器(5 )反向端與光纖耦合器(6 )輸入端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脈沖泵浦型環(huán)形諧振腔納秒脈沖激光器，其特征在于所述隔離器(5)設(shè)置在光纖耦合器(6)與合束器(3)之間，所述隔離器(5)正向端與光纖耦合器(6)直通輸出端連接，隔離器(5)反向端與合束器(3)反饋信號輸入端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脈沖泵浦型環(huán)形諧振腔納秒脈沖激光器，其特征在于所述光纖稱合器(6)為分束器,其分束比較高的一端作為稱合輸出端,分束比較低的一端作為直通輸出端與合束器(3)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脈沖泵浦型環(huán)形諧振腔納秒脈沖激光器，其特征在于所述泵浦激光器(2)為半導(dǎo)體激光器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脈沖泵浦型環(huán)形諧振腔納秒脈沖激光器，其特征在于所述合束器(3)為波分復(fù)用器或高功率合束器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脈沖泵浦型環(huán)形諧振腔納秒脈沖激光器，其特征在于所述增益光纖(4)為摻稀土元素離子的單?；蛘唠p包層增益光纖。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脈沖泵浦型環(huán)形諧振腔納秒脈沖激光器，其特征在于所述光纖耦合器(6)為全光纖拉錐型或貼片型分束器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種脈沖泵浦型環(huán)形諧振腔納秒脈沖激光器，包括脈沖調(diào)制電路，泵浦激光器，合束器，增益光纖，隔離器和輸出耦合器，脈沖泵浦條件下，諧振腔內(nèi)的摻雜光纖不僅能起到增益介質(zhì)的作用，還可以作為快速響應(yīng)的可飽和開關(guān)，產(chǎn)生時域?qū)挾仍诩{秒量級的激光脈沖，脈沖的重復(fù)頻率取決于泵浦光的重復(fù)頻率，脈沖寬度取決于腔內(nèi)能量和諧振腔長度的共同作用。本發(fā)明裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，脈沖寬度可調(diào)諧，重復(fù)頻率可調(diào)諧，光光轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點，穩(wěn)定性好，適用于工業(yè)加工的多種應(yīng)用場合。
文檔編號H01S3/067GK103199414SQ20131005488
公開日2013年7月10日 申請日期2013年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月20日
發(fā)明者梁崇智, 曾和平, 楊康文 申請人:廣東漢唐量子光電科技有限公司