可调皮秒激光器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种可调皮秒激光器，由全保偏光纤器件连接构成，一端为可饱和吸收器件，之后依次连接有增益光纤、波分复用器、分束器、光开关、数条延迟光纤和对应的与延迟光纤一一连接的光纤光栅；波分复用器的另一输入端口连接泵浦源，分束器的另两个端口分别作为振荡器输出端和监测端。设计全保偏结构的光纤链路可以抵抗环境干扰，确保输出脉冲长期稳定；可预先设定应用所需的多种脉冲宽度、工作波长、重复频率；通过光开关，可在多个激光输出参数中灵活切换，满足应用需求；相较于电脉冲调制的半导体皮秒激光，该可调皮秒激光器输出的平均功率较高，更适合作为后续激光放大的种子源。
【专利说明】
可调皮秒激光器
技术领域
[0001]本发明涉及一种激光技术，特别涉及一种重复频率可变、脉冲宽度可变、输出波长可变的可调皮秒激光器。
【背景技术】
[0002]皮秒激光可对金属、金属碳化物、硅片、蓝宝石、陶瓷等工业材料进行高精度加工，特别是5ps-100ps左右的激光脉冲宽度更具优势。与MOPA纳秒脉冲和电调制百皮秒以上的脉冲相比，5ps_100ps脉冲具有更窄的脉冲宽度，能产生更高的激光峰值功率。更重要的是，皮秒脉冲的时间宽度之短，可有效的减少激光辐射带来的热效应，达到材料的消融临界点所需要的峰值能量密度。
[0003]目前，脉宽可调的皮秒脉冲均为电调制半导体激光器。该种激光器的输出脉冲宽度受控于电调制脉冲信号的脉宽。为了获得皮秒脉冲的光信号，电调制脉冲信号占空比极低，因此，半导体激光器的输出平均功率很低。振荡器过低的输出功率使得后续光放大过程产生难以抑制的自发辐射，脉冲信噪比退化。
【发明内容】
[0004]本发明是针对皮秒激光器存在的问题，提出了一种可调皮秒激光器，设计的系统输出波长可变、脉冲宽度可变、重复频率可变，适应应用需要。
[0005]本发明的技术方案为:一种可调皮秒激光器，由全保偏光纤器件连接构成，一端为可饱和吸收器件，之后依次连接有增益光纤、波分复用器、分束器、光开关、数条延迟光纤和对应的与延迟光纤一一连接的光纤光栅;波分复用器的另一输入端口连接栗浦源，分束器的另两个端口分别作为振荡器输出端和监测端;可调皮秒激光器的输出波长由光开关选取的参数与光纤光栅的反射波长决定;脉冲宽度由光开关选取的参数与光纤光栅的反射带宽决定;重复频率由光开关选取的参数与光纤链路长度决定，延迟光纤的长度用于匹配所需的重复频率。
[0006]所述光纤光栅为可调皮秒激光器提供谐振的反馈信号，通过光开关选取工作的光纤光栅，实现多个波长之间切换输出。
[0007]所述可饱和吸收器件为含有可饱和吸收器件的光纤耦合器件。所述可饱和吸收器件的材料为非线性饱和吸收作用的光学材料。
[0008]所述增益光纤为掺稀土元素的有源光纤，吸收栗浦光并产生激光。
[0009]所述光开关为机械光开关、或电光晶体及驱动电源组成的电光开关、或由声光晶体及驱动电源组成的声光开关。
[0010]本发明的有益效果在于:本发明可调皮秒激光器，设计全保偏结构的光纤链路可以抵抗环境干扰，确保输出脉冲长期稳定；可预先设定应用所需的多种脉冲宽度、工作波长、重复频率;通过光开关，可在多个激光输出参数中灵活切换，满足应用需求;相较于电脉冲调制的半导体皮秒激光，该可调皮秒激光器输出的平均功率较高，更适合作为后续激光放大的种子源。
【附图说明】
[0011 ]图1为本发明可调皮秒激光器结构示意图。
【具体实施方式】
[0012]如图1所示可调皮秒激光器结构示意图，该可调皮秒激光器由全保偏光纤器件依次连接构成，采用可饱和吸收体实现被动锁模。该激光器的一端为可饱和吸收器件，之后依次连接有增益光纤、波分复用器、分束器、光开关、数条延迟光纤和对应的与延迟光纤一一连接的光纤光栅。波分复用器的另一输入端口连接有栗浦源。分束器的另外两个端口分别作为输出端和监测端。
[0013]可调皮秒激光器的输出波长由光开关选取的参数与激光振荡的光纤光栅的反射波长决定。脉冲宽度由光开关选取的参数与激光振荡的光纤光栅的反射带宽决定。重复频率由光开关选取的参数与激光振荡的光纤链路长度决定，其中，延迟光纤的长度用于匹配所需的重复频率。
[0014]可饱和吸收器件为含有可饱和吸收器件的光纤耦合器件；其中，可饱和吸收器件可为透射式或者反射式半导体可饱和体、石墨烯、碳纳米管等能起到非线性饱和吸收作用的光学材料。
[0015]增益光纤为掺稀土元素的有源光纤，吸收栗浦光并产生激光。
[0016]波分复用器用于将栗浦源发射出的栗浦光耦合入激光器的增益光纤上。
[0017]分束器用于输出两束激光。其中，一束由输出端输出，用于实际应用；另一束由监测端输出，用于监控激光器的工作状态。
[0018]光开关用于选取后续工作的光纤链路。光开关可为机械光开关、或电光晶体及驱动电源组成的电光开关、或由声光晶体及驱动电源组成的声光开关、或能起到切换后续光路的其他种类光开关。
[0019]光纤光栅为激光器提供谐振的反馈信号。光纤光栅的反射波长决定了激光器的工作波长。比如，光纤光栅I的反射波长为1030nm，光纤光栅I的反射波长为1040nm，光纤光栅I的反射波长为1050nm。即通过光开关选取工作的光纤光栅，即可实现激光器在1030nm、1040nm、1050nm三个甚至多个波长之间切换输出。
[0020]光纤光栅为激光器提供谐振的反馈信号。根据皮秒脉冲的时间带宽积特性，即脉冲宽度与光谱宽度成反比例关系，因此，光纤光栅的反射带宽决定了激光器的输出脉宽。比如，工作波长为1064nm光纤光栅，光纤光栅I的光谱带宽为0.0111111(对应165?8脉冲宽度)，光纤光栅2的光谱带宽0.1nm(对应16.5ps脉冲宽度)，光纤光栅3的光谱带宽Inm(对应1.65ps脉冲宽度)。即通过光开关选取工作的光纤光栅，即可实现激光器在165ps、16.5ps、1.65ps三个甚至多个脉冲宽度之间切换输出。
[0021]延迟光纤用于匹配激光器所需的重复频率。依据激光器所需的重复频率，计算得出激光器的光纤链路长度，除去各个光纤耦合器件及其尾纤、增益光纤，即为延迟光纤的长度。
【主权项】
1.一种可调皮秒激光器，其特征在于，由全保偏光纤器件连接构成，一端为可饱和吸收器件，之后依次连接有增益光纤、波分复用器、分束器、光开关、数条延迟光纤和对应的与延迟光纤一一连接的光纤光栅;波分复用器的另一输入端口连接栗浦源，分束器的另两个端口分别作为振荡器输出端和监测端;可调皮秒激光器的输出波长由光开关选取的参数与光纤光栅的反射波长决定;脉冲宽度由光开关选取的参数与光纤光栅的反射带宽决定;重复频率由光开关选取的参数与光纤链路长度决定，延迟光纤的长度用于匹配所需的重复频率。2.根据权利要求1所述可调皮秒光纤激光系统，其特征在于，所述光纤光栅为可调皮秒激光器提供谐振的反馈信号，通过光开关选取工作的光纤光栅，实现多个波长之间切换输出。3.根据权利要求1所述可调皮秒光纤激光系统，其特征在于，所述可饱和吸收器件为含有可饱和吸收器件的光纤耦合器件。4.根据权利要求2所述可调皮秒光纤激光系统，其特征在于，所述可饱和吸收器件的材料为非线性饱和吸收作用的光学材料。5.根据权利要求1所述可调皮秒光纤激光系统，其特征在于，所述增益光纤为掺稀土元素的有源光纤，吸收栗浦光并产生激光。6.根据权利要求1所述可调皮秒光纤激光系统，其特征在于，所述光开关为机械光开关、或电光晶体及驱动电源组成的电光开关、或由声光晶体及驱动电源组成的声光开关。
【文档编号】H01S3/11GK106058621SQ201610447494
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月21日
【发明人】郝强, 曾和平
【申请人】上海理工大学