一種飛秒光纖放大裝置的制造方法
【專利說明】
[技術(shù)領(lǐng)域]
[0001]本實(shí)用新型涉及一種飛秒光纖放大裝置。
[【背景技術(shù)】]
[0002]高功率飛秒激光在工業(yè)加工，生物和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著極大的應(yīng)用前景。相較于固體鎖模激光器，光纖激光器有著以下的顯著的優(yōu)勢:成本低，體積小，高效率，高光束質(zhì)量，高穩(wěn)定性。基于光纖技術(shù)的飛秒激光放大和普通的固態(tài)放大的區(qū)別在于，光纖高的表面積體積比能夠有效地增強(qiáng)散熱，在中小功率放大中，毋需引入水冷等手段。近些年新興的以飛秒激光角膜手術(shù)為代表的飛秒激光應(yīng)用對激光提出了新的要求。在這些應(yīng)用中對于飛秒激光的單脈沖能量要求在幾十到一百納焦，但是對于脈沖的寬度和脈沖的時域形狀以及重頻頻率都有一定的要求，而基于這種應(yīng)用的光纖的各種放大器也是如今世界上研究的熱點(diǎn)。
[0003]飛秒激光的放大技術(shù)從連續(xù)光放大脫胎而來，但是技術(shù)比連續(xù)光放大要復(fù)雜的多，總結(jié)來說，基本上主要有單包層單模光纖放大器，雙包層單模光纖放大器，基于微結(jié)構(gòu)光子晶體光纖的放大器等。其中后兩個的技術(shù)都是運(yùn)用高功率的半導(dǎo)體多模栗浦光源。
[0004]雙包層放大技術(shù)的獨(dú)特之處在于其增益介質(zhì)為雙包層光纖，由摻雜纖芯、內(nèi)包層、外包層、保護(hù)層四部分組成，與常規(guī)光纖相比，多了一個可以傳輸抽運(yùn)光的內(nèi)包層。纖芯由摻稀土元素的二氧化硅構(gòu)成，它作為產(chǎn)生激光的波導(dǎo)，一般情況下是單模的；內(nèi)包層由橫向尺寸和數(shù)值孔徑都比纖芯大得多、折射率比纖芯小的二氧化硅構(gòu)成，是栗浦抽運(yùn)光的主要通道。內(nèi)包層限制的是栗浦光，對栗浦光來說是一個多模光纖，所以可以容納高功率的栗浦光。栗浦光一般由合束器的栗浦端耦合進(jìn)入雙包層光纖，在內(nèi)包層傳輸過程中，以折射方式反射穿越纖芯，被摻雜離子吸收，形成離子束反轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)增益。信號光在另一端耦合進(jìn)入纖芯，最終獲得高功率、光束質(zhì)量好的放大激光脈沖。而基于保偏光纖原理所涉及的雙包層保偏增益光纖更是比普通光纖有更好的放大效率和更高的偏振性，這更適合某些偏振選擇性的壓縮器的壓縮，或者放大后倍頻等應(yīng)用。
[0005]不同于普通的連續(xù)、準(zhǔn)連續(xù)或者納秒激光器對信號光的直接放大方法，在飛秒激光器的放大中，尤其是在種子源輸出后的預(yù)防大中，經(jīng)常使用啁啾脈沖放大(CPA)技術(shù)。在光纖放大器中一般通過長距離的光纖(km量級)或是光柵引入過量的色散將脈沖展寬至幾十至幾百皮秒，待采用雙包層或者光子晶體光纖放大之后再通過壓縮器將過量的色散補(bǔ)償回來。這種方法引入了大量的光纖，導(dǎo)致放大后的光纖中有很強(qiáng)的三階色散。所以，在光被放大后，采用光柵或者棱鏡對的線性壓縮器通常無法將三階色散補(bǔ)償，從而導(dǎo)致脈沖旁瓣過大。旁瓣中的能量甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于主脈沖的能量，這就嚴(yán)重影響了主脈沖的峰值功率，同時也破壞了飛秒激光的冷加工的特性，使脈沖加工時引入了明顯的熱效應(yīng)。在近幾年興起的飛秒激光眼科LASIK應(yīng)用中，只需要數(shù)十納焦耳能量就可以實(shí)現(xiàn)角膜中的微小爆破。如果脈寬降低到10fs量級，所需要的能量更小。小脈沖能量、高峰值功率、高重復(fù)頻率可以最大限度地減少爆破的沖擊和孔的大小，提高制瓣速度，使LASIK手術(shù)更加安全和快捷。然而假如在放大后的脈沖中有明顯的三階色散效應(yīng)，就會導(dǎo)致在加工角膜制瓣的過程中引入過多的熱效應(yīng)，使得加工的精度嚴(yán)重下降，對組織的附加破壞也會增大。
[0006]在針對上述這些應(yīng)用的光纖超短脈沖放大器設(shè)計思想中，對放大后脈沖時域上脈沖形狀考慮要優(yōu)先于放大后單脈沖能量的考量，這樣才能在放大后得到較好的傅里葉變換受限脈沖。如何有效地高保真地在光纖中放大飛秒脈沖一直是比較困難的問題。
[【實(shí)用新型內(nèi)容】]
[0007]本實(shí)用新型克服了上述技術(shù)的不足，提供了一種飛秒光纖放大裝置，其采用預(yù)壓縮、放大、二次壓縮和雙包層光纖放大技術(shù)，有效得到近似傅里葉變換極限形狀的脈沖。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了下列技術(shù)方案:
[0009]—種飛秒光纖放大裝置，包括有順次設(shè)置的用于輸出帶正色散線偏振光的飛秒振蕩輸出模塊、用于預(yù)壓縮并獲得一定負(fù)色散光的預(yù)壓縮模塊、用于能量放大及自相位調(diào)節(jié)抑制三階色散的雙包層光纖放大模塊、以及用于二次壓縮后輸出的二次壓縮模塊。
[0010]所述飛秒振蕩輸出模塊包括順次設(shè)置的飛秒振蕩源1、第一二分之一波片2、以及第一偏振分束立方3，所述第一偏振分束立方3的透射分束端順次設(shè)置有法拉第旋轉(zhuǎn)鏡4、第二二分之一波片5、以及第二偏振分束立方6，所述第二偏振分束立方6的透射分束端作為所述飛秒振蕩輸出模塊的輸出端。
[0011]所述預(yù)壓縮模塊包括有用于接收所述飛秒振蕩輸出模塊出射光的第一透射光柵9，所述第一透射光柵9后端設(shè)有用于將所述第一透射光柵9透射光平行反射回第一透射光柵9的第一角鏡對10，所述第一透射光柵9前端設(shè)有用于將經(jīng)所述第一角鏡對10、第一透射光柵9后的出射光平行反射回第一透射光柵9的第二角鏡對8和用于將經(jīng)第二角鏡對8、第一透射光柵9、第一角鏡對10、第一透射光柵9后的出射光轉(zhuǎn)向輸出的第一轉(zhuǎn)向用角鏡7。
[0012]所述預(yù)壓縮模塊還包括有用于控制所述第一角鏡對10相對其入射光出射光方向來回平移的平移臺，所述第一角鏡對10設(shè)置在所述平移臺上。
[0013]所述雙包層光纖放大模塊包括有順次設(shè)置的用于接收所述預(yù)壓縮模塊出射光的第二轉(zhuǎn)向用角鏡11、第三二分之一波片12、第一保偏準(zhǔn)直器13、保偏栗浦合束器16、雙包層保偏增益光纖17、第二準(zhǔn)直器18、第四二分之一波片19、以及用于轉(zhuǎn)向輸出的第三轉(zhuǎn)向用角鏡20，所述保偏栗浦合束器16栗浦輸入端上連接有栗浦保護(hù)器15，所述栗浦保護(hù)器15輸入端連接有多模栗浦源14。
[0014]所述二次壓縮模塊包括有順次設(shè)置用于接收所述雙包層光纖放大模塊出射光的第二透射光柵23、第三透射光柵22、以及用于將所述第三透射光柵22出射光平行反射回第三透射光柵22的第三角鏡對21，所述第二透射光柵23前端設(shè)有用于將經(jīng)第三角鏡對21、第三透射光柵22、第二透射光柵23后出射光轉(zhuǎn)向輸出的第四轉(zhuǎn)向用角鏡24，所述第四轉(zhuǎn)向用角鏡24出射端作為飛秒光纖放大裝置的輸出端。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0016]1、結(jié)構(gòu)緊湊，采用了兩個壓縮模塊，可以聯(lián)動調(diào)節(jié)以得到最佳的輸出脈沖形狀，首先在飛秒振蕩輸出模塊預(yù)先引入少量的負(fù)色散，通過預(yù)壓縮模塊進(jìn)行預(yù)防大，可以在有效放大脈沖能量的同時減弱放大后光脈沖的三階色散帶來的旁瓣能量，得到近似傅里葉變換極限形狀的脈沖，非常適合對熱效應(yīng)非常敏感的微加工行業(yè)。
[0017]2、在預(yù)壓縮模塊中，光四次通過了第一透射光柵，第一次通過第一透射光柵時將光的不同波長分量在空間衍射發(fā)散開，第二次通過第一透射光柵時將光束準(zhǔn)直，第三次通過第一透射光柵時，將光的不同分量再次匯聚，第四次通過第一透射光柵時，又將光的不同波長分量合成一束，有效地還原了光的物理尺寸，實(shí)現(xiàn)了光的負(fù)啁啾引入。
[0018]3、雙包層光纖放大模塊采用雙包層保偏增益光纖，其有效減小放大過程中引入的光纖其它的高階非線性效應(yīng)。
[0019]4、在二次壓縮模塊中，調(diào)節(jié)第二透射光柵、第三透射光柵之間的距離可以改變二次壓縮模塊所引入的色散值，即改變脈沖的色散值，有效地實(shí)現(xiàn)了光脈沖的二階色散的壓縮。
[【附圖說明】]
[0020]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖。
[0021]圖2是本實(shí)用新型的總體光路圖。
[0022]圖3是本實(shí)用新型的預(yù)壓縮模塊光路圖。
[0023]圖4是本實(shí)用新型的二次壓縮模塊光路圖。
[0024]圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例最終輸出脈沖的強(qiáng)度自相關(guān)圖形。
[【具體實(shí)施方式】]
[0025]以下結(jié)合附圖通過實(shí)施例對本實(shí)用新型特征及其它相關(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:
[0026]如圖1所示，一種飛秒光纖放大裝置，包括有順次設(shè)置的用于輸出帶正色散線偏振光的飛秒振蕩輸出模塊、用于預(yù)壓縮并獲得一定負(fù)色散光的預(yù)壓縮模塊、用于能量放大及自相位調(diào)節(jié)抑制三階色散的雙包層光纖放大模塊、以及用于二次壓縮后輸出的二次壓縮豐旲塊。
[0027]如圖2所示，所述飛秒振蕩輸出模塊包括順次設(shè)置的飛秒振蕩源1、第一二分之一波片2、以及第一偏振分束立方3，所述第一偏振分束立方3的透射分束端順次設(shè)置有法拉第旋轉(zhuǎn)鏡4、第二二分之一波片5、以及第二偏振分束立方6，所述第二偏振分束立方6的透射分束端作為所述飛秒振蕩輸出模塊的輸出端。
[0028]如圖2、3所示，所述預(yù)壓縮模塊包括有用于接收所述飛秒振蕩輸出模塊出射光的第一透射光柵9，所述第一透射光柵9后端設(shè)有用于將所述第一透射光柵9透射光平行反射回第一透射光柵9的第一角鏡對10，所述第一透射光柵9前端設(shè)有用于將經(jīng)所述第一角鏡對10、第一透射光柵9后的出射光平行反射回第一透射光柵9的第二角鏡對8和用于將經(jīng)第二角鏡對8、第一透射光柵9、第一角鏡對10、第一透射光柵9后的出射光轉(zhuǎn)向輸出的第一轉(zhuǎn)向用角鏡7。
[0029]如上所述的預(yù)壓縮模塊還包括有用于控制所述第一角鏡對10相對其入射光出射光方向來回平移的平移臺，所述第一角鏡對10設(shè)