本發(fā)明涉光纖激光器領(lǐng)域，具體是一種平均功率可達(dá)200W納秒脈沖光纖激光器系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

高功率納秒脈沖光纖激光器具有光束質(zhì)量好、脈沖寬度窄、可對(duì)材料“冷”燒灼、可靠性高、易于集成、無需復(fù)雜維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)得到越來越多的關(guān)注和應(yīng)用，尤其是微細(xì)尺度材料加工領(lǐng)域。

現(xiàn)階段主要通過主控振蕩-放大(MOPA)方法來獲得高峰值功率的納秒脈沖，種子源MO一般采用響應(yīng)速度快的調(diào)制半導(dǎo)體激光器來產(chǎn)生脈沖寬度為納秒量級(jí)的種子光，種子光注入到放大器PA中進(jìn)行放大。采用短脈沖驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器雖然可以獲得短脈沖激光，但是脈沖寬度較窄，若不加處理則會(huì)在再放大時(shí)光譜展寬，限制激光器峰值功率的提高。同時(shí)，抗反饋光能力差，不能標(biāo)刻鋁、黃銅等高反材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提供一種脈沖寬度、重復(fù)頻率可調(diào)，具有抗反饋光功能、脈沖穩(wěn)定性好、光束質(zhì)量好、脈沖種子光狀態(tài)可監(jiān)控、輸出功率穩(wěn)定的、平均功率可達(dá)200W功率的高峰值功率納秒脈沖光纖激光器系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種200W納秒脈沖光纖激光器系統(tǒng)，由種子源、脈沖信號(hào)光監(jiān)控器、第一級(jí)放大器、第二級(jí)放大器、紅光系統(tǒng)、第三級(jí)放大器、功率監(jiān)控器、輸出光隔離器、控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)、反饋系統(tǒng)構(gòu)成；其特征在于：控制系統(tǒng)分別與驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)和反饋系統(tǒng)相連，驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)分別驅(qū)動(dòng)種子源、第一級(jí)放大器、第二級(jí)放大器、紅光系統(tǒng)、第三級(jí)放大器；驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)控制種子源輸出納秒量級(jí)脈沖激光；種子源激光經(jīng)小光隔后小部分激光到達(dá)脈沖信號(hào)光監(jiān)控器，絕大部分激光注入到第一級(jí)放大器，再依次通過第二級(jí)放大器、紅光系統(tǒng)、第三級(jí)放大器；第三級(jí)放大器輸出的絕大部分激光經(jīng)輸出光隔離器輸出，少部分激光到達(dá)功率監(jiān)控器；種子源信號(hào)光監(jiān)控器和功率監(jiān)控器將采集到的信號(hào)發(fā)送給反饋系統(tǒng)，由反饋系統(tǒng)反饋到控制系統(tǒng)，外部輸入電源為脈沖光纖激光器系統(tǒng)供電?？刂葡到y(tǒng)將采集到的脈沖信號(hào)光頻率、脈沖寬度與設(shè)定值對(duì)比，根據(jù)對(duì)比結(jié)果決定種子源繼續(xù)或停止工作；同時(shí)將功率監(jiān)控器采集到的功率信號(hào)與設(shè)定值對(duì)比，根據(jù)對(duì)比結(jié)果判斷激光器是否異常，當(dāng)沒采集到的功率信號(hào)或功率信號(hào)低于基準(zhǔn)值時(shí)，激光器報(bào)警。

所述的種子源由快速響應(yīng)的增益開關(guān)型半導(dǎo)體激光器、光纖光柵、光隔離器組成。增益開關(guān)型半導(dǎo)體激光器中心波長(zhǎng)為1064nm±2nm；控制系統(tǒng)控制種子源產(chǎn)生脈沖信號(hào)光，脈沖寬度為納秒或皮秒脈沖。

所述種子源、第一級(jí)放大器、第二級(jí)放大器均含光隔離器，以保護(hù)光路損壞，其中第一、第二級(jí)放大器隔離器輸出端同時(shí)具有濾波功能，防止放大自發(fā)輻射光源(ASE)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

所述第一級(jí)放大器、第二級(jí)放大器均采用正向泵浦方式，所述的第一級(jí)放大器、第二級(jí)放大器均由波長(zhǎng)為915nm/976nm半導(dǎo)體泵浦源、摻鐿雙包層光纖、耦合器、模式適配器、光纖隔離器組成。

所述第三級(jí)放大器均采用正向泵浦方式，所述的第三級(jí)放大器由波長(zhǎng)為915nm/976nm半導(dǎo)體泵浦源、摻鐿雙包層光纖、耦合器、模式適配器組成。

所述的種子源脈沖光監(jiān)控器由分束器、光電二極管組成。分束器具有一定的分光比，用于分出少部分信號(hào)光用于監(jiān)控信號(hào)光頻率、脈沖寬度。

所述的紅光系統(tǒng)由波分復(fù)用WDM、紅光二級(jí)管組成。

所述的功率監(jiān)控器由分束器和光電二極管組成，具有一定分光比的分束器分出少部分信號(hào)光用于激光功率監(jiān)控器。

在種子源脈沖光監(jiān)控器、功率監(jiān)控器中利用帶尾纖的光電二極管將采集到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)。

本發(fā)明采用MOPA放大結(jié)構(gòu)，在種子源后增加光隔離器，得到脈沖穩(wěn)定性良好的種子激光。分別在第一級(jí)放大、第二級(jí)放大末端接入帶窄帶濾波功能的隔離器，濾除有害的ASE，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在第二級(jí)放大器后加入紅光指示，提高激光器的操作安全性和靈活性。脈沖信號(hào)光后和主放大級(jí)后均接入光電二極管，通過反饋系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖信號(hào)光頻率、脈沖寬度、功率監(jiān)控對(duì)激光器實(shí)時(shí)保護(hù)。該種納秒脈沖光纖激光器最高輸出平均功率200W，最小脈沖寬度可達(dá)到20ns，頻率可在10kHz到1000kHz較寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，單脈沖能量最高可達(dá)2mJ以上，峰值功率40KW。

本發(fā)明的工作原理：驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)種子源產(chǎn)生納秒脈沖1064nm激光，脈沖信號(hào)光經(jīng)隔離器后經(jīng)脈沖信號(hào)光監(jiān)測(cè)器注入到第一級(jí)放大級(jí)，第一級(jí)放大級(jí)、第二級(jí)放大級(jí)、第三級(jí)放大級(jí)均采用正向泵浦對(duì)信號(hào)光逐級(jí)放大，每級(jí)放大級(jí)末端接有具有窄帶濾波功能的光隔離器，信號(hào)激光經(jīng)過三級(jí)放大后最后經(jīng)輸出光隔離器輸出。高功率納秒脈沖光纖激光器系統(tǒng)設(shè)置了脈沖種子源信號(hào)光監(jiān)控器和輸出功率監(jiān)控器，通過帶尾纖的光電二極管將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，控制電路系統(tǒng)將之與設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)對(duì)比結(jié)果做出相應(yīng)的判斷并通過驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明為全光纖系統(tǒng)，有效提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性；第一二級(jí)放大器中利用具有窄帶濾波光隔離器和模式適配器提高激光器的光束質(zhì)量、并有效地抑制摻雜光纖內(nèi)的非線性效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)高功率納秒脈沖激光輸出；具有紅光指示的功能，提高系統(tǒng)的可操作性和安全性；具有脈沖信號(hào)光實(shí)時(shí)監(jiān)控的功能和輸出功率動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的功能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步描述。

參見圖1、圖2，本發(fā)明由種子源1、脈沖信號(hào)監(jiān)控器2、第一級(jí)放大級(jí)3、第二級(jí)放大級(jí)4、紅光系統(tǒng)5、第三級(jí)放大級(jí)6、功率監(jiān)控器7、輸出光隔離器8、控制系統(tǒng)9、驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)10、反饋系統(tǒng)11構(gòu)成；其特征在于：控制系統(tǒng)9分別與驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)10和反饋系統(tǒng)11相連，驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)10驅(qū)動(dòng)種子源、第一級(jí)放大級(jí)3、第二級(jí)放大級(jí)4、紅光系統(tǒng)5、第三級(jí)放大級(jí)6；驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)10驅(qū)動(dòng)種子源1輸出納秒級(jí)脈沖激光；脈沖種子激光經(jīng)種子光監(jiān)測(cè)器小部分光到監(jiān)控光電二極管202，絕大部分激光注入到第一級(jí)放大級(jí)3，再依次經(jīng)第二級(jí)放大級(jí)4、紅光系統(tǒng)5、第三級(jí)放大級(jí)6，功率監(jiān)控系統(tǒng)7后的絕大部分激光從輸出光隔離器8輸出，少部分激光到達(dá)功率監(jiān)控器7的監(jiān)控二極管702；脈沖信號(hào)光監(jiān)控器3中的光電二極管202和功率監(jiān)控器7中的光電二極管702將采集到的信號(hào)發(fā)送給反饋系統(tǒng)11，由反饋系統(tǒng)11反饋到控制系統(tǒng)9，外部輸入電源12為脈沖光纖激光器系統(tǒng)供電?？刂葡到y(tǒng)9將采集到的信號(hào)光頻率、脈沖寬度與設(shè)定值對(duì)比，根據(jù)對(duì)比結(jié)果決定種子源1繼續(xù)或停止工作；將采集到的功率信號(hào)與設(shè)定值對(duì)比，根據(jù)對(duì)比結(jié)果判斷激光器系統(tǒng)繼續(xù)或停止工作。所述第一級(jí)放大器3、第二級(jí)放大器4、第三級(jí)放大器6均采用正向泵浦方式。所述控制系統(tǒng)9驅(qū)動(dòng)種子源1產(chǎn)生納秒量級(jí)脈沖激光；種子激光經(jīng)光隔離器103后再由1:99分束器將脈沖信號(hào)光分為兩部分，一小部分激光進(jìn)入光電二極管202，剩余的絕大部分信號(hào)激光進(jìn)入第一級(jí)放大級(jí)3。如圖1所示，所述的種子源1由快速響應(yīng)的增益開關(guān)型半導(dǎo)體激光器101、額定功率600mw、波長(zhǎng)為1064nm的鎖模光柵102、光隔離器103組成。種子光源1 輸出的激光波長(zhǎng)在1064±2nm；所述的光隔離器103具有抗反饋光的作用，增加光學(xué)系統(tǒng)可靠性；第一級(jí)大級(jí)3由6米10/125雙包層摻鐿光纖301、(1+1)*1耦合器302、10W、915nm半導(dǎo)體泵浦源303、模式適配器304和具有窄帶濾波功能的光纖隔離器305構(gòu)成，采用正向泵浦方式；第二級(jí)放大級(jí)4由6米長(zhǎng)度的20/125雙包層增益光纖401、(1+1)*1耦合器402、40W的915nm半導(dǎo)體泵浦源403、模式適配器404和具有窄帶濾波功能的光纖隔離器405構(gòu)成；紅光系統(tǒng)5由紅光二極管501、WDM502組成。第三級(jí)放大級(jí)由15米長(zhǎng)度的30/250雙包層摻鐿光纖601、(6+1)*1耦合器602、4只976nm、功率為90W的半導(dǎo)體泵浦源603、模式適配器604組成。功率放大監(jiān)控系統(tǒng)7由1:99的分光比701、光電二極管702組成。所述的200W納秒激光器控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)種子源1產(chǎn)生10mW，脈寬為500ns、重復(fù)頻率為200kHZ激光、依次經(jīng)種子源監(jiān)控器2、第一級(jí)放大級(jí)3功率放大到1W、第二級(jí)放大級(jí)4功率放大到20W、經(jīng)紅光系統(tǒng)5后再經(jīng)第三級(jí)放大級(jí)6放大到200W，此時(shí)信號(hào)激光的脈寬為50ns，重復(fù)頻率為200kHZ，頻率峰值功率為20KW。信號(hào)激光經(jīng)功率監(jiān)控系統(tǒng)7和輸出光隔離器8后輸出。為提高系統(tǒng)的可操作性和安全性，借助1064/633nmWDM在第二級(jí)放大級(jí)4后由紅光耦合件502耦合入紅光。