專利名稱：一種光脈沖重復頻率擴展器及激光應用系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于光電領(lǐng)域，尤其涉及一種光脈沖重復頻率擴展器及激光應用系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
高功率皮秒或納秒脈沖光纖激光器一般采用主振蕩功率放大(MOPA)的結(jié)構(gòu)，即利用光纖放大器對皮秒或納秒種子脈沖激光器進行功率放大。放大后會產(chǎn)生高的峰值功率及大的單脈沖能量，從而引起強烈的非線性效應，同時放大后過大的脈沖能量和過高峰值功率會導致光纖輸出端面受到激光損傷而燒毀端面。這樣，強非線性效應及激光端面損傷效應限制了放大器的功率(平均功率)放大水平。而一般全光纖結(jié)構(gòu)的被動鎖模皮秒激光脈沖的重復頻率受到腔長的限制，只能在 100MHZ左右；受到調(diào)制電路及調(diào)Q裝置的限制，調(diào)制半導體激光器或調(diào)Q激光器產(chǎn)生的納秒脈沖最大重復頻率一般為幾百KHZ。

實用新型內(nèi)容本實用新型實施例的目的在于提供一種光脈沖重復頻率擴展器，旨在解決現(xiàn)有脈沖激光器重復頻率及輸出功率低的問題。本實用新型實施例是這樣實現(xiàn)的，一種光脈沖重復頻率擴展器，為由多個耦合器對依次連接而成的級聯(lián)光纖耦合器，各耦合器對具有輸入端、輸出端和兩個連接臂，其中一個連接臂較另一個連接臂長ALn = c/(2XNfn)，N為所述級聯(lián)光纖耦合器的級數(shù)，η為所述光纖的纖芯折射率。本實用新型實施例的另一目的在于提供一種激光應用系統(tǒng)，所述激光應用系統(tǒng)包括上述光脈沖重復頻率擴展器。本實用新型實施例在級聯(lián)光纖耦合器的某個連接臂中引入光程差設計出一種全光纖化的光脈沖重復頻率擴展器，結(jié)構(gòu)簡單、成本低。該光脈沖重復頻率擴展器能夠?qū)Ξ斍俺Ｓ玫拿}沖激光器進行重復頻率擴展，尤其對重復頻率為MHZ的皮秒脈沖及KHZ的納秒脈沖激光器的進行重復頻率的多級倍頻擴展，從而克服限制其功率放大過程中的不良的非線性效應和高能量、峰值功率對光纖端面的損傷問題，用以提高當前脈沖光纖激光器的輸出功率水平。

圖1是本實用新型第一實施例提供的光脈沖重復頻率擴展器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型第二實施例提供的光脈沖重復頻率擴展器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實施
3例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。本實用新型實施例在級聯(lián)光纖耦合器的某個連接臂中引入光程差設計出一種全光纖化的光脈沖重復頻率擴展器，結(jié)構(gòu)簡單、成本低。本實用新型實施例提供的光脈沖重復頻率擴展器為由多個耦合器對依次連接而成的級聯(lián)光纖耦合器，各耦合器對具有輸入端、輸出端和兩個連接臂，其中一個連接臂較另一個連接臂長ALn = cA2XNfn)，N為所述級聯(lián)光纖耦合器的級數(shù)，η為所述光纖的纖芯折射率。本實用新型實施例提供的激光應用系統(tǒng)包括上述光脈沖重復頻率擴展器。以下結(jié)合具體實施例對本實用新型的實現(xiàn)進行詳細描述。實施例一如圖1所示，本實用新型實施例提供的光脈沖重復頻率擴展器為基于1 X 2耦合器對的四倍頻光脈沖重復頻率擴展器，其包括第一耦合器11、第二耦合器12、第三耦合器13 及第四耦合器14，各耦合器的耦合比為50 50，各耦合器對的輸入端和輸出端均具有一個連接臂。第一耦合器11和第二耦合器12的兩個輸出端分別對應熔接形成兩個連接臂，同時在其中一個連接臂接入一段長度為AL1 = c/2fn的第一光纖21，使該連接臂較另一個連接臂長AL1 = c/2fn，該兩個耦合器形成第一耦合器對10 (即第一級倍頻器10)，實現(xiàn)第一級倍頻，即= 2Xf，此為二倍頻。同樣地，第三耦合器13和第四耦合器14構(gòu)成第二耦合器對20(即第二級倍頻器 20)，第一耦合器對的輸出端15與第二耦合器對的輸入端16熔接。在第二耦合器對20的一個連接臂引入一段長度為AL2 = cA2X2fn)的第二光纖22，使該連接臂較另一個連接臂長AL2 = cA2X2fn)，進行第二級倍頻即可對輸入的光脈沖進行四倍頻后輸出。依此類推，如果在第二耦合器對20之后級聯(lián)更多的耦合器對即可實現(xiàn)更高級的倍頻。當某一固定重復頻率為f的光脈沖經(jīng)過第一耦合器11時，第一耦合器11均分該光脈沖，其兩連接臂的長度不等，長度差為AL1 = c/2fn，兩光脈沖經(jīng)過第二耦合器12進行疊加時將會產(chǎn)生一個時間差，該時間差為AT1= Δ L1TiA (η為所接入光纖的纖芯折射率， c為光速)。疊加后的光脈沖重復頻率為原來重復頻率的2倍，即= 2Χf，實現(xiàn)了對光脈沖重復頻率的二倍頻。當重復頻率為f的光脈沖經(jīng)過第三耦合器13時，第三耦合器13均分該光脈沖，其兩連接臂的長度不等，長度差為AL2 = cA2X2fn)，兩光脈沖經(jīng)過第四耦合器14進行疊加時將會產(chǎn)生一個時間差，該時間差為Δ T2= Δ L2 ·η/( (η為所接入光纖的纖芯折射率，c為光速)。疊加后的光脈沖重復頻率為原來重復頻率的2倍，f2 = 2f, = 4f,實現(xiàn)第二級倍頻， BP f2 = 22Xf = 4f，即四倍頻。顯然，第N級倍頻需在第N耦合器對其中一個連接臂中引入長度差為ALn = c/ (2XNfn)的光纖，由2N個光纖耦合器構(gòu)成第N級倍頻器，實現(xiàn)第N級倍頻，fN = 2NXf，即 2N倍頻，從而實現(xiàn)對輸入光脈沖重復頻率擴展的目的。 由于1 X 2耦合器是將2 X 2耦合器的一個輸入臂剪掉而實現(xiàn)的，因此基于1 X 2耦合器對的重復頻率擴展器的缺點是每經(jīng)過一個倍頻器(耦合器對)，輸出功率將會損耗一半，為此，設計了基于2X2耦合器對的重復頻率擴展器。而實現(xiàn)第N級倍頻需采用2N個光
4纖華禹合器。實施例二如圖2所示，本實用新型實施例提供的光脈沖重復頻率擴展器為基于2X2耦合器對的四倍頻光脈沖重復頻率擴展器，其包括第一耦合器31、第二耦合器32及第三耦合器 33，各耦合器均為2X2型耦合器，各耦合器的耦合比均為50 50，各耦合器對的輸入端和輸出端均具有一個連接臂，其中第一耦合器31和第二耦合器32構(gòu)成第一耦合器對30 (即第一級倍頻器30)。該第一耦合器對30與第一實施例的第一耦合器對10的結(jié)構(gòu)類似，區(qū)別在于本實施例中各耦合器對的輸入端和輸出端均具有兩個連接臂。本實用新型實施例中，第一耦合器對30輸出端兩個連接臂17、18可以與第三耦合器33輸入端兩個連接臂27 J8分別熔接，避免了 1X2耦合器對的輸出端中一個連接臂閑置導致的功率損耗。在第一耦合器對30后每級聯(lián)一個2X2耦合器，其輸出端任意一連接臂的光脈沖重復頻率較上一耦合器輸出端重復頻率擴展一倍。相鄰兩個耦合器構(gòu)成一耦合器對(一級倍頻器)，如第二耦合器32與第一耦合器 31組成第一耦合器對30 (即第一級倍頻器30)，第三耦合器33與第二耦合器32組成第二耦合器對40 (即第二級倍頻器40)，第N耦合器與第N-I耦合器組成第N-I級倍頻器，第N+1 耦合器與第N耦合器組成第N級倍頻器。同樣地，于第一耦合器對30 (即第一級倍頻器30)其中一個連接臂引入一段長度為Δ L1 = CZ^fn的第一光纖51，于第二耦合器對40 (即第二級倍頻器40)其中一個連接臂引入一段長度為AL2 = cA2X2fn)的第二光纖52，于第N級倍頻器的一個連接臂中引入長度為ALN = cA2XNfn)的光纖，由N+1個光纖耦合器構(gòu)成第N級倍頻器，實現(xiàn)第N級倍頻，fN = 2NXf，即2N倍頻，從而實現(xiàn)對輸入光脈沖重復頻率擴展的目的。從第N級倍頻器輸出端兩個連接臂輸出的光脈沖均可使用，避免功率浪費。此外，為實現(xiàn)第N級倍頻需采用 N+1個光纖耦合器，與第一實施例相比，極大地減少了所需光纖耦合器的個數(shù)。本實用新型實施例在級聯(lián)光纖耦合器的某個連接臂中引入光程差設計出一種全光纖化的光脈沖重復頻率擴展器，結(jié)構(gòu)簡單、成本低。該光脈沖重復頻率擴展器能夠?qū)Ξ斍俺Ｓ玫拿}沖激光器進行重復頻率擴展，尤其對重復頻率為MHZ的皮秒脈沖及KHZ的納秒脈沖激光器的進行重復頻率的多級倍頻擴展，從而克服限制其功率放大過程中的不良的非線性效應和高能量、峰值功率對光纖端面的損傷問題，用以提高當前脈沖光纖激光器的輸出功率水平。此外，本光脈沖重復頻率擴展器可采用1X2耦合器或2X2耦合器制成。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種光脈沖重復頻率擴展器，其特征在于，所述光脈沖重復頻率擴展器為由多個耦合器對依次連接而成的級聯(lián)光纖耦合器，各耦合器對具有輸入端、輸出端和兩個連接臂，其中一個連接臂較另一個連接臂長δ Ln = cA2 X Nfn)，N為所述級聯(lián)光纖耦合器的級數(shù)，η為所述光纖的纖芯折射率。
2.如權(quán)利要求1所述的光脈沖重復頻率擴展器，其特征在于，在其中一個連接臂多熔接一段光纖，使此臂的長度比另一臂長ALn = c/(2XNfn) 0
3.如權(quán)利要求1所述的光脈沖重復頻率擴展器，其特征在于，所述耦合器對為由兩個 1X2型耦合器構(gòu)成的耦合器對；各耦合器的耦合比為50 50，各耦合器對的輸入端和輸出端均具有一個連接臂。
4.如權(quán)利要求3所述的光脈沖重復頻率擴展器，其特征在于，由2Ν個耦合器構(gòu)成第N 級倍頻器，實現(xiàn)2Ν倍頻。
5.如權(quán)利要求1所述的光脈沖重復頻率擴展器，其特征在于，所述耦合器對為由兩個相鄰的2X2型耦合器構(gòu)成的耦合器對；各耦合器的耦合比為50 50，各耦合器對的輸入端和輸出端均具有兩個連接臂。
6.如權(quán)利要求5所述的光脈沖重復頻率擴展器，其特征在于，由Ν+1個耦合器構(gòu)成第N 級倍頻器，實現(xiàn)2Ν倍頻。
7.一種激光應用系統(tǒng)，其特征在于，所述激光應用系統(tǒng)包括如權(quán)利要求1 6中任一項所述的光脈沖重復頻率擴展器。
專利摘要本實用新型適用于光電領(lǐng)域，提供了一種光脈沖重復頻率擴展器及激光應用系統(tǒng)，所述光脈沖重復頻率擴展器為由多個耦合器對依次連接而成的級聯(lián)光纖耦合器，各耦合器對具有輸入端、輸出端和兩個連接臂，其中一個連接臂較另一個連接臂長ΔLN＝c/(2×Nfn)，N為所述級聯(lián)光纖耦合器的級數(shù)，n為所述光纖的纖芯折射率。本實用新型實施例在級聯(lián)光纖耦合器的某個連接臂中引入光程差設計出一種全光纖化的光脈沖重復頻率擴展器，結(jié)構(gòu)簡單、成本低。該光脈沖重復頻率擴展器能夠?qū)Ξ斍俺Ｓ玫拿}沖激光器進行重復頻率擴展，尤其對重復頻率為MHZ的皮秒脈沖及KHZ的納秒脈沖激光器的進行重復頻率的多級倍頻擴展，用以提高當前脈沖光纖激光器的輸出功率水平。
文檔編號G02B6/26GK202093291SQ20112002856
公開日2011年12月28日 申請日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者潘爾明, 郭春雨, 閆培光, 阮雙琛, 陳祖聰 申請人:深圳大學, 郭春雨, 阮雙琛