专利名称：全光纤的脉冲光纤激光模块的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种光纤激光器，更具体地，涉及一种以简便方法获得高精度激光脉 冲的全光纤的脉冲光纤激光模块。
背景技术：
近年来，由于光束质量、量子效率和微型化系统的进一步改善，光纤激光器在很多 方面比传统的固体激光器更有吸引力。在各种实际应用中，大功率或脉冲光纤激光器通常 会是不错的选择。调Q是用于产生脉冲激光输出的公知技术，已经提出了关于该项技术的很多方 法。为了在光纤激光器中实现调Q，通常采用声光调制器(AOM)和各种可饱和吸收器。然而，采用这种AOM存在以下缺点由于激光器不是全光纤的，存在与调制器的连 接损耗，所以激光器的功率不够高。以此制成激光产品时，必须增大调制器输入端的激光功 率，因此并不经济。而且，由于采用了调制器，脉冲周期限制在几十纳秒。另一方面，必须利用光纤准直部件将整个调Q器件与光纤激光腔相结合，导致系 统复杂性增加而激光器输出的稳定性减小。于是，迫切需要设计一种全光纤的脉冲光纤激光器，用于以简便方法获得高精度 的激光脉冲。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明的一个目的是提供一种全光纤的脉 冲光纤激光模块，用于以简便方法获得高精度的激光脉冲。为了达到上述目的，根据本发明，提供一种全光纤的脉冲光纤激光模块，包括谐 振腔，其具有在第一 FBG和第二 FBG之间的激光振荡光纤，其中所述第一 FBG的反射率大于 所述第二 FBG的反射率；第一泵浦光源，其提供第一泵浦光，以通过激发所述激光振荡光纤 得到振荡激光；以及全光纤可变光衰减器，用于引发所述振荡激光或所述第一泵浦光的周 期性调Q以产生脉冲激光。所述全光纤可变光衰减器最好包括非线性光纤，其中长周期光栅对形成有预设 图案；以及第二泵浦光源，向非线性光纤提供第二泵浦光，其中非线性光纤的芯层含有纳米 尺寸的半导体纳米微粒、纳米尺寸的金属纳米微粒、或稀土元素。所述半导体纳米微粒最好从包含PbTe、PbS、PbSe、SnTe、CuCl、CdS和CdSe的组中 选择。所述金属纳米微粒最好从包含Au、Ag、Cu和Si的组中选择。所述稀土元素最好从包含Er、Nd、Yb、Tb、Pr、Eu、Dy、Tm、Ho和Sm的组中选择。所述全光纤可变光衰减器最好包括一对光纤，每根光纤的长周期光栅形成有预 设图案，使长周期光栅对成为一个整体；非线性光纤，其熔合在光纤对的各端之间；以及第 二泵浦光源，用于向非线性光纤提供第二泵浦光，其中非线性光纤的芯层含有纳米尺寸的
4半导体纳米微粒、纳米尺寸的金属纳米微粒、或稀土元素。所述半导体纳米微粒最好从包含PbTe、PbS、PbSe、SnTe、CuCl、CdS和CdSe的组中 选择。所述金属纳米微粒最好从包含Au、Ag、Cu和Si的组中选择。所述稀土元素最好从包含Er、Nd、Yb、Tb、Pr、Eu、Dy、Tm、Ho和Sm的组中选择。所述全光纤可变光衰减器最好包括光纤，其中第三FBG形成有预设图案；非线性 光纤，其与所述光纤的一端熔合；以及第二泵浦光源，用于向非线性光纤提供第二泵浦光， 其中非线性光纤的芯层含有纳米尺寸的半导体纳米微粒、纳米尺寸的金属纳米微粒、或稀 土元素。所述半导体纳米微粒最好从包含PbTe、PbS、PbSe、SnTe、CuCl、CdS和CdSe的组中 选择。所述金属纳米微粒最好从包含Au、Ag、Cu和Si的组中选择。所述稀土元素最好从包含Er、Nd、Yb、Tb、Pr、Eu、Dy、Tm、Ho和Sm的组中选择。所述全光纤可变光衰减器最好包括非线性光纤，其中第三FBG形成有预设的图 案；以及第二泵浦光源，用于向非线性光纤提供第二泵浦光，其中非线性光纤的芯层含有纳 米尺寸的半导体纳米微粒、纳米尺寸的金属纳米微粒、或稀土元素。所述半导体纳米微粒最好从包含PbTe、PbS、PbSe、SnTe、CuCl、CdS和CdSe的组中 选择。所述金属纳米微粒最好从包含Au、Ag、Cu和Si的组中选择。所述稀土元素最好从包含Er、Nd、Yb、Tb、Pr、Eu、Dy、Tm、Ho和Sm的组中选择。根据本发明，可以得到一种以简便方法获得高精度激光脉冲的全光纤的脉冲光纤 激光模块。此外，根据本发明，通过改变可变光衰减器的非线性光纤的纤芯中的掺杂剂，可以 获得具有各种开关时间的全光纤脉冲光纤激光模块，比如毫秒(I(T3S)、微秒(I(T6S)、纳秒 (10、)、皮秒(I(T12s)和飞秒(I(T15s)。
通过下列优选实施例，结合
，本发明的上述和其它目的、特征以及优点将 会更加明显。附图中图1是根据本发明全光纤的脉冲光纤激光模块的一个总体实施例的原理图。图2是根据本发明用于全光纤的脉冲光纤激光模块的全光纤可变光衰减器的第 一个实施例的示意图。图3是根据本发明用于全光纤的脉冲光纤激光模块的全光纤可变光衰减器的第 二个实施例的示意图。图4是根据本发明用于全光纤的脉冲光纤激光模块的全光纤可变光衰减器的第 三个实施例的示意图。图5是根据本发明用于全光纤的脉冲光纤激光模块的全光纤可变光衰减器的第 四个实施例的示意图。图6表示当不采用可变光衰减器而采用第一泵浦LD激发激光振荡时，通过调制实现CW激光到脉冲激光转换的结果图。图7表示用PD测量的根据本发明具有全光纤可变光衰减器的全光纤脉冲光纤激 光模块的脉冲特性图。附图标记11:第一 FBG13 激光振荡光纤15 第一泵浦光源19 功率计21'，22'长周期光栅对24 第二泵浦光源26，27:WDM41' ,51'短周期光栅
具体实施例方式下面将结合附图详细描述本发明的各实施例。图1是根据本发明全光纤的脉冲光纤激光模块的总体结构的原理图。根据本发明的一个优选实施例，一种全光纤的脉冲光纤激光模块包括谐振腔，其 具有在第一 FBG 11和第二 FBG 12之间的激光振荡光纤13 (所述第一 FBG的反射率>所述 第二 FBG的反射率)；第一泵浦光源15，其提供第一泵浦光，以通过激发所述激光振荡光纤 13获得振荡激光；以及全光纤可变光衰减器14，用于引发所述振荡激光或所述第一泵浦光 的周期性调Q以产生脉冲激光。激光振荡光纤13是指在芯层具有活性介质的光纤。可以从包含稀土元素和金属 纳米微粒的组中选择任何一种或多种作为活性介质，或可用半导体纳米微粒。所述稀土元素和金属纳米微粒，可以是例如Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、 Er、Tm、Yb、Lu、Al、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、 In、Sn、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Tl、Pb、Bi及其混合物。而所述半导体纳米微粒，可以 是例如从一个包含PbTe、PbSe, PbS、SnTe, CuCl、CdS、CdSe和Si的组中选择的任何一种或 多种。其次，第一 FBG 11设置在激光振荡光纤13的输入端，而第二 FBG 12设在其输出 端，所述第一 FBG 11和第二 FBG 12用作构成谐振腔的反射镜。通过形成中心波长与激光 振荡光纤13的振荡波长相似的第一 FBG 11和第二 FBG 12，使具有振荡波长的激光束在第 一 FBG 11和第二 FBG 12之间的激光振荡光纤13内持续反复传输，从而增大激光的功率。 此时，通过将第一FBG 11在激光振荡波长下的反射率设置得大于第二FBG 12的反射率，能 够从输出端发射出激光。根据得到的激光振荡性能，用作光纤激光器谐振器的第一 FBG 11 和第二 FBG 12的反射率可在l-45dB的范围内选择；而根据激光束的特性，第一 FBG 11和 第二 FBG 12的长度可在5-30mm的范围内选择。再次，连接向谐振腔提供能量的第一泵浦光源15，通过激发所述激光振荡光纤13 以获得振荡激光。如果必要的话，可将多个LD泵浦连接到第一 FBG 11，通过光纤合束器形 成谐振腔的输入端。根据激光振荡光纤13的吸收波长，第一泵浦光源15的波长可设计为 808、915、980 等。
12 第二 FBG 14 全光纤可变光衰减器 17，18 光纤隔离器 21，22 光纤 23 非线性光纤 25 =OSA
28 光纤隔离器
6
作为另一种可选方式，光纤隔离器17、18可设在谐振腔中，所述光纤隔离器17、18 使泵浦光源和特定波长的光纤激光仅在一个方向传输以阻挡反射的激光，从而防止泵浦光 源的损失。然后，为了通过引发所述振荡激光或所述第一泵浦光的可变光衰减的周期性调Q 以产生脉冲激光，可将用作脉冲产生器的全光纤可变光衰减器14熔接在激光振荡光纤13 和第二 FBG 12之间，或熔接在光纤隔离器17和第一 FBG 11之间，或熔接在第二 FBG 12和 输出端的功率计19之间。如图2所示，全光纤可变光衰减器的第一种结构包括一对光纤21、22，其中长周 期光栅形成有预设图案，使长周期光栅对21' ,22'形成一个整体；非线性光纤23，其熔合 在光纤对21、22的各末端之间；第二泵浦光源24，向非线性光纤23提供第二泵浦光，其中 非线性光纤23的芯层含有纳米尺寸的半导体纳米微粒、纳米尺寸的金属纳米微粒、或稀 土元素。第二泵浦光源24和OSA 25可通过WDM 26、27分别连接到光纤21、22的一端。此 外，还可在第二泵浦光源24和WDM 26之间设置光纤隔离器28。如图3所示，全光纤可变光衰减器的第二种结构包括非线性光纤33，其中长周期 光栅对31' ,32'形成有预设图案；第二泵浦光源34，向非线性光纤33提供第二泵浦光，其 中非线性光纤33的芯层含有纳米尺寸的半导体纳米微粒、纳米尺寸的金属纳米微粒、或 稀土元素。第二泵浦光源34和OSA 35可通过WDM 36、37分别连接到非线性光纤33的两 端。此外，还可在第二泵浦光源34和WDM 36之间设置光纤隔离器38。采用上述第一和第二种结构的原因是，当第二泵浦光源24、34发出第二泵浦光， 与普通光纤不同，非线性光纤23、33的折射率会随着第二泵浦光而改变(换句话说，如同延 长了光信号传播的路径一样)，从而将由长周期光栅产生的光相干图案移动到长波长一侧。 相应地，如果第二泵浦光的强度改变，那么折射率也变化，从而在特定波长改变光透射率。 根据构成全光纤可变光衰减器的非线性光纤23、33的吸收波长，第二泵浦光源24、34的波 长可设计为808、915、980等。长周期光栅意味着由于部分光信号通过长周期光栅时漏出包层部造成某一波长 的光传输量剧烈减少。在本发明中，如果在一个长周期光栅基础上加一形成一对，那么光传 输发生带阻式改变，包层模通过一长周期光栅耦合而漏出传输(纤芯)模，然后包层模通过 另一长周期光栅与纤芯模再次耦合而反射光学相干图案，由于这两种模之间的相干现象导 致该光学相干图案在一狭窄区域分成很多块。因为在一狭窄区域发生带阻，即使光学相干 图案有微小的移动，光传输的变化也会很大。最后，即使第二泵浦光的强度变小，仍可轻易 获得理想的光衰减。换句话说，与第一和第二实施例一致，即使第二泵浦光的强度低时，仍 可扩展光衰减的宽度。如图4所示，全光纤可变光衰减器的第三种结构包括光纤41，其中短周期光栅 41 ‘形成有预设图案；非线性光纤42，其熔接到光纤41的一端；以及第二泵浦光源43，向 非线性光纤42提供第二泵浦光，其中非线性光纤42的芯层含有纳米尺寸的半导体纳米微 粒、纳米尺寸的金属纳米微粒、或稀土元素。第二泵浦光源43和OSA 44可通过WDM 45,46 分别连接到光纤41和非线性光纤42的一端。此外，还可在第二泵浦光源43和WDM 45之 间设置光纤隔离器48。如图5所示，全光纤可变光衰减器的第四种结构包括非线性光纤52，其中短周期
7光栅51 ‘形成有预设图案；以及第二泵浦光源53，向非线性光纤52提供第二泵浦光，其中 非线性光纤52的芯层含有纳米尺寸的半导体纳米微粒、纳米尺寸的金属纳米微粒、或稀 土元素。第二泵浦光源53和OSA 54可通过WDM 55、56分别连接到非线性光纤52的两端。 此外，还可在第二泵浦光源53和WDM 55之间设置光纤隔离器58。全光纤可变光衰减器的第三和第四种结构中，用短周期光栅取代长周期光栅，所 谓短周期光栅即光纤布拉格光栅(FBG)，该术语更为常用。第三FBG 41' ,51'是一种周期 为0.3-0. 5μπι的光栅，其周期远小于(约为1/1000)长周期光栅的周期(0.3-0. 5mm)；而 且与长周期光栅不同，第三FBG 41' ,51'通过反射(而不是漏出)纤芯中的光信号使光传 输改变。这样不必采用一对短周期光栅，而仅用一个就足够。由于具有该优点，其可以达到 超过99. 9%的最大反射率；换句话说，通过反射可大大降低特定波长的光强度。相应地，可 以使光传输的变化达到45dB的水平。此外，如果改变第二泵浦光源43、53的第二泵浦光的 强度，则可以移动光透射谱(通过反射改变)，然后引发光透射变化，实现VOA功能。根据构 成全光纤可变光衰减器的非线性光纤的吸收波长，第二泵浦光源的波长可设计为808、915、 980等等。如上所述，第三和第四实施例中的第三FBG 41' ,51'更优于第一和第二实施例 中的长周期光栅。所述长周期光栅的缺点是，当变化大到45dB时光栅的制作时间增加。在 具有第三FBG 41' ,51'的情况下，易于用工艺使光衰减范围增大到45dB，还可以容易地 控制光透射谱的带宽。全光纤脉冲光纤激光器的脉冲周期取决于可变光衰减器的开关速度，而可变光衰 减器的开关速度又取决于构成可变光衰减器的非线性光纤23、33、42、52的特性。相应地， 由于脉冲激光的频率取决于这种某一特定波长的全光纤可变光衰减器的开关时间，通过改 变构成可变光衰减器的非线性光纤23、33、42、52的特性。例如，在非线性光纤的纤芯中 加入掺杂剂，可以形成具有各种脉冲的全光纤脉冲光纤激光模块，比如，毫秒(1(T3S)、微秒 (10、)、纳秒(10、)、皮秒(I(T12s)和飞秒(I(T15s)。如上所述，全光纤可变光衰减器的开关时间取决于添加剂，即存在于构成全光纤 可变光衰减器的非线性光纤23、33、42、52纤芯区域中的掺杂剂。可获得各种全光纤的脉 冲光纤激光器，其中利用具有金属添加剂(Au、Ag、Cu、Si等)或半导体添加剂(PbTe、PbS、 PbSe, SnTe, CuCl, CdS等)的特殊光纤的全光纤可变光衰减器的开关时间约10_"秒，利用 具有稀土元素添加剂(Er、Nd、Yb、Tb、Pr、Eu、Dy、Tm、Ho、Sm等)的特殊光纤的全光纤可变 光衰减器的开关时间约10_3秒。最后，用功率计19测量全光纤的脉冲光纤激光器产生激光的功率。为分析激光的 特性，除了最后输出端的功率计19，还可以用示波器和光谱分析仪(即0SA)测量。本发明稍后即将描述的实施例1、2、3和4根据它们所采用的全光纤可变光衰减器 的类型是有区别的，而除此以外的其它结构比如第一 FBG、第二 FBG、激光振荡光纤(掺杂 Yb3VAl3+的光纤)、第一泵浦光源和第二泵浦光源均相同。实施例1参见图2，根据实施例1，用于全光纤脉冲光纤激光模块的全光纤可变光衰减器具 有如下结构掺杂Yb的光纤，它是一种非线性光纤，熔接在一对长周期光栅(LPG)之间。这
8里，L = 30. 5cm, L1 = 25. 5cm, L2 = 2. 5cm, d = 0. 5-3cm。实施例2参见图3，根据实施例2，用于全光纤脉冲光纤激光模块的全光纤可变光衰减器具 有如下结构在含有Ge的非线性光纤的纤芯上进行紫外线曝光以直接形成一对长周期光 栅。这里，L、L^L2和(1的取值与实施例1中的一样。实施例3参见图4，根据实施例3，用于全光纤脉冲光纤激光模块的全光纤可变光衰减器具 有如下结构掺杂Yb的光纤，它是一种非线性光纤，熔接到刻有短周期光栅(FBG)的光纤一 端。这里，L = 28cm, L1 = 25. 5cm, L2 = 2. 5cm, d = 0. 5_3cm。实施例4参见图5，根据实施例4，用于全光纤脉冲光纤激光模块的全光纤可变光衰减器具 有如下结构在含有Ge的非线性光纤的纤芯上进行紫外线曝光以直接形成一对短周期光 栅。这里，L、Lp L2和d的取值与实施例3中的一样。采用实施例1-4的全光纤可变光衰减器的全光纤脉冲光纤激光模块，利用激光振 荡特殊光纤通过第二泵浦光源的调制器以启动通过第二泵浦光周期性变化的调Q，以周期 性地产生某一激光振荡波长的输出功率(100%输出(开)，0%输出(关))，从而产生全光 纤脉冲光纤激光。图6表示当利用第一泵浦LD激发激光振荡而不采用可变光衰减器时，通过调制实 现CW激光到脉冲激光转换的结果图。图6的脉冲特性通过采用PD的示波器测量。图6的 结果表明，通过第一泵浦LD的调制并未出现方波。相反，图7表示用PD测量的根据本发明采用可变光衰减器的全光纤脉冲光纤激光 模块的脉冲特性图。测量结果表明，显示的IV方波具有大约800 μ s的脉宽。本领域技术人员将理解，为了实现与本发明相同的目的，上述公开的设计和具体 实施例可以很容易地用作修改或设计其它实施例的基础。本领域技术人员也理解，这种等 效实施例并未超出本发明权利要求书所述的精神和范围。
权利要求
一种全光纤的脉冲光纤激光模块，包括谐振腔，其具有在第一FBG和第二FBG之间的激光振荡光纤，其中所述第一FBG的反射率大于所述第二FBG的反射率；第一泵浦光源，用于提供第一泵浦光以通过激发所述激光振荡光纤得到振荡激光；以及全光纤可变光衰减器，用于引发所述振荡激光或所述第一泵浦光的周期性调Q以产生脉冲激光。
2.根据权利要求1所述的全光纤的脉冲光纤激光模块，其中全光纤可变光衰减器包括非线性光纤，其中长周期光栅对形成有预设图案；以及 第二泵浦光源，用于向非线性光纤提供第二泵浦光，其中非线性光纤的芯层含有纳米尺寸的半导体纳米微粒、纳米尺寸的金属纳米微粒、 或稀土元素。
3.根据权利要求2所述的全光纤的脉冲光纤激光器，其中所述半导体纳米微粒从含有 PbTe、PbS、PbSe、SnTe、CuCl、CdS 和 CdSe 的组中选择。
4.根据权利要求2所述的全光纤的脉冲光纤激光器，其中所述金属纳米微粒从含有 Au、Ag、Cu和Si的组中选择。
5.根据权利要求2所述的全光纤的脉冲光纤激光器，其中所述稀土元素从含有Er、Nd、 Yb、Tb、Pr、Eu、Dy、Tm、Ho 和 Sm 的组中选择。
6.根据权利要求1所述的全光纤的脉冲光纤激光模块，其中所述全光纤可变光衰减器 包括一对光纤，其中长周期光栅形成有预设图案，从而使长周期光栅对成为一个整体； 非线性光纤，其熔合在光纤对的各末端之间；以及 第二泵浦光源，用于向非线性光纤提供第二泵浦光，其中非线性光纤的芯层含有纳米尺寸的半导体纳米微粒、纳米尺寸的金属纳米微粒、 或稀土元素。
7.根据权利要求6所述的全光纤的脉冲光纤激光器，其中所述半导体纳米微粒从含有 PbTe、PbS、PbSe、SnTe、CuCl、CdS 和 CdSe 的组中选择。
8.根据权利要求6所述的全光纤的脉冲光纤激光器，其中所述金属纳米微粒从含有 Au、Ag、Cu和Si的组中选择。
9.根据权利要求6所述的全光纤的脉冲光纤激光器，其中所述稀土元素从含有Er、Nd、 Yb、Tb、Pr、Eu、Dy、Tm、Ho 和 Sm 的组中选择。
10.根据权利要求1所述的全光纤的脉冲光纤激光模块，其中所述全光纤可变光衰减 器包括光纤，其中第三FBG形成有预设图案； 非线性光纤，其与所述光纤的一端熔合；以及 第二泵浦光源，用于向非线性光纤提供第二泵浦光，其中非线性光纤的芯层含有纳米尺寸的半导体纳米微粒、纳米尺寸的金属纳米微粒、 或稀土元素。
11.根据权利要求10所述的全光纤的脉冲光纤激光器，其中所述半导体纳米微粒从含 有PbTe、PbS、PbSe、SnTe、CuCl、CdS 和 CdSe 的组中选择。
12.根据权利要求10所述的全光纤的脉冲光纤激光器，其中所述金属纳米微粒从含有 Au、Ag、Cu和Si的组中选择。
13.根据权利要求10所述的全光纤的脉冲光纤激光器，其中所述稀土元素从含有Er、 Nd、Yb、Tb、Pr、Eu、Dy、Tm、Ho 和 Sm 的组中选择。
14.根据权利要求1所述的全光纤的脉冲光纤激光模块，其中所述全光纤可变光衰减 器包括非线性光纤，其中第三FBG形成有预设的图案；以及第二泵浦光源，用于向非线性光纤提供第二泵浦光，其中非线性光纤的芯层含有纳米尺寸的半导体纳米微粒、纳米尺寸的金属纳米微粒、 或稀土元素。
15.根据权利要求10所述的全光纤的脉冲光纤激光器，其中所述半导体纳米微粒从含 有PbTe、PbS、PbSe、SnTe、CuCl、CdS 和 CdSe 的组中选择。
16.根据权利要求10所述的全光纤的脉冲光纤激光器，其中所述金属纳米微粒从含有 Au、Ag、Cu和Si的组中选择。
17.根据权利要求10所述的全光纤的脉冲光纤激光器，其中所述稀土元素从含有Er、 Nd、Yb、Tb、Pr、Eu、Dy、Tm、Ho 和 Sm 的组中选择。
全文摘要
本发明涉及一种以简便方法获得高精度激光脉冲的全光纤的脉冲光纤激光模块，并且提供一种全光纤的脉冲光纤激光模块，包括谐振腔，其具有在第一FBG和第二FBG之间的激光振荡光纤，其中所述第一FBG的反射率大于所述第二FBG的反射率；第一泵浦光源，其提供第一泵浦光，以激发所述激光振荡光纤获得振荡激光；以及全光纤可变光衰减器，用于引发所述振荡激光或第一泵浦光的周期性调Q，从而产生脉冲激光。
文档编号H01S3/067GK101911402SQ200780102206
公开日2010年12月8日 申请日期2007年12月31日 优先权日2007年12月31日
发明者巴莫德·拉姆达斯绕·沃特卡, 朱晟敏, 韩元泽 申请人:奥普托内斯特公司