專利名稱：瓦級1050nm光子晶體光纖脈沖激光器及其放大系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種瓦級1050nm光子晶體光纖激光器及其放大系統(tǒng)，屬于激光技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高功率的超短脈沖激光在測量、醫(yī)療、微納米加工、受控核聚變以及基礎(chǔ)科學(xué)研究等方面具有很廣闊的需求前景，是目前激光技術(shù)的一個重要研究方向。在高功率激光器的研究中，光纖作為增益介質(zhì)在效率、散熱以及光束質(zhì)量方面有著明顯的優(yōu)勢，已經(jīng)引起人們的普遍重視。在眾多的摻雜光纖脈沖激光器中，摻鐿光子晶體光纖激光器發(fā)展最為迅速，它具有很寬的發(fā)射帶寬，可以支持更短的鎖模脈沖，量子缺陷低，沒有上轉(zhuǎn)換和重吸收損耗；而雙包層結(jié)構(gòu)進(jìn)一步提高了抽運光的耦合效率。同時區(qū)別于普通光纖激光器優(yōu)點是普通光纖激光器由于超短脈沖在長光纖中傳輸時積累非線性相移，在光纖色散的作用下會導(dǎo)致脈沖畸變，從而限制鎖模光纖激光器單脈沖能量，這對于獲得高功率的、高光束質(zhì)量的脈沖激光輸出時不利的，而光子晶體光纖獨有的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了優(yōu)異的特性，如它具有大的表面-體積比，散熱極好，可以實現(xiàn)超短脈沖激光的高功率輸出。雙包層大模場結(jié)構(gòu)光子晶體光纖能夠在高功率下保證單模運轉(zhuǎn)和極高的光束質(zhì)量，同時雙包層大模場結(jié)構(gòu)的設(shè)計進(jìn)一步提高了抽運光的耦合效率，而且光束完全被封閉在纖芯中，不再受周圍環(huán)境的影響，把第二代脈沖激光器的技術(shù)貴族性和嬌嫩性從固體激光器中解脫出來，使之系統(tǒng)集成化、結(jié)構(gòu)簡單化、 操作容易化。成為國際激光技術(shù)研究的熱點之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提出一種瓦級大模場光子晶體光纖激光器及放大系統(tǒng)，其具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、穩(wěn)定性好等特點。本發(fā)明是通過如下方案加以實現(xiàn)的，該套裝置包括光子晶體光纖激光振蕩器和光子晶體光纖激光放大系統(tǒng)；其中光子晶體光纖激光振蕩器包括帶有尾纖976nm半導(dǎo)體激光器、增益光子晶體光纖、偏振分束器、半導(dǎo)體可飽和吸收鏡。光子晶體光纖激光放大系統(tǒng)包括光隔離器、增益光子晶體光纖、帶有尾纖976nm半導(dǎo)體激光器構(gòu)成。光子晶體光纖激光振蕩器沿光的傳播方向依次設(shè)置帶有尾纖976nm半導(dǎo)體激光器1、第一平凸透鏡2、第一二色鏡3、第二平凸透鏡4、雙包層光子晶體光纖5、第三平凸透鏡6、第二二色鏡7、第三二色鏡 8、第一半波片9、第一偏振分束器10、第二半波片11、第二偏振分束器12、第四平凸透鏡13、 半導(dǎo)體可飽和吸收鏡14 ；第二偏振分束器12出光口同一側(cè)布置有光子晶體光纖激光放大系統(tǒng)。光子晶體光纖激光放大系統(tǒng)包括沿光路依次布置1050nm高反鏡15、光隔離器16、第四二色鏡17、第三半波片18、第五平凸透鏡19、光子晶體光纖20、第六平凸透鏡21、第五二色鏡22、第七平凸透鏡23、帶有尾纖的976nm半導(dǎo)體激光器對，其中高反鏡15置于第二偏振分束器12出光口同一側(cè)。
在光子晶體光纖激光振蕩器中帶有尾纖976nm半導(dǎo)體激光器1通過第一平凸透鏡 2和第二平凸透鏡4準(zhǔn)直聚焦到增益的光子晶體光纖5中，再經(jīng)過第三平凸透鏡6準(zhǔn)直后從第二二色鏡7和第三二色鏡8反射通過第一半波片9、第一偏振分束器10、第二半波片11、 第二偏振分束器12，最后由第四平凸透鏡13聚焦到半導(dǎo)體可飽和吸收鏡14上，第一二色鏡 3構(gòu)成諧振腔形成的鎖模脈沖從第二偏振分束器12輸出入射到1050nm光全反鏡15上，出射光入射到1050nm光全反鏡15中，把所得到的鎖模脈沖激光導(dǎo)入光纖放大系統(tǒng)中，經(jīng)過光隔離器16入射到第四二色鏡17上，通過調(diào)節(jié)第三半波片18，使激光的偏振方向與放大光子晶體光纖偏振方向一致，再透過平凹透鏡19聚焦到光子晶體光纖中，而放大系統(tǒng)半導(dǎo)體泵浦光M通過第七平凸透鏡23和第六平凸透鏡21準(zhǔn)直聚焦到光子晶體光纖另一端進(jìn)行后向抽運放大，最后獲得所需要的1050nm鎖模脈沖激光從第五二色鏡22導(dǎo)出。本發(fā)明采用結(jié)構(gòu)最簡單的線性諧振腔實現(xiàn)了瓦級1050nm脈沖光子晶體光纖激光器。其優(yōu)點是(1)激光器是基于大模場光子晶體光纖的鎖模激光放大系統(tǒng)，比傳統(tǒng)的固體激光器相比體積要小，結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好。(2)由于采用大模場光子晶體光纖，得到了高光束質(zhì)量、高功率的脈沖輸出。C3)使用保偏光子晶體光纖，能保持激光的偏振特性，使該激光抗環(huán)境干擾能力大大提高和便于偏振控制。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；其中1為帶有尾纖976nm半導(dǎo)體激光器，2為第一平凸透鏡，3為第一二色鏡作為腔鏡，4為第二平凸透鏡，5為增益光子晶體光纖，6為第三平凸透鏡，7為第二二色鏡和8為第三二色鏡，9為第一半波片，10為第一偏振分束器，11為第二半波片，12為第二偏振分束器，13為第四平凸透鏡，14半導(dǎo)體可飽和吸收鏡，15為1050nm全反鏡，16為光隔離器，17為第四二色鏡，18為第三半波片，19為第五平凸透鏡，20為增益光子晶體光纖，21為第六平凸透鏡，22為第五二色鏡，23為第七平凸透鏡，24為帶有尾纖976nm半導(dǎo)體激光器。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明如圖1所示，激光振蕩級是光子晶體光纖激光器，增益光纖是摻鐿的大模場雙包層保偏光子晶體光纖，其纖芯的單模場直徑為四μ m，對應(yīng)的單模場面積為660 μ m2，數(shù)值孔徑為0. 03，內(nèi)包層直徑200 μ m,具有六角型周期性排布的空氣孔。兩端經(jīng)過塌陷和打磨出8 度傾角為了防止自激振蕩激光的產(chǎn)生直接通過帶有尾纖的976nm半導(dǎo)體激光1準(zhǔn)直聚焦進(jìn)入包層泵浦，由平凸透鏡3準(zhǔn)直后經(jīng)第二二色鏡7和第三二色鏡8反射到半波片9上，其中第二和第三二色鏡是鍍有976nm高透、1050nm高反膜的，而第一個半波片9的作用是調(diào)整保偏光纖出來的激光讓它最佳的偏振方向通過旋轉(zhuǎn)波片確保只激發(fā)光纖慢軸偏振的模式。在分別經(jīng)過另一對半波片11和偏振分束器12，利用它們調(diào)整激光器的耦合輸出率，偏振分束器的導(dǎo)出作為激光器的輸出，然后激光入射到1050nm全反鏡15上，而后導(dǎo)入放大系統(tǒng)。其中第一二色鏡3鍍967nm高透和1050nm高反膜和半導(dǎo)體可飽和吸收鏡14形成諧振腔，半導(dǎo)體可飽和吸收鏡基于GaAs/AlAs Bragg反射鏡上低溫分子束外延技術(shù)生長的InGaAs量子阱結(jié)構(gòu)，在1. 04 μ m附近的線性吸收率為65 %，調(diào)制深度為35 %，飽和通量為20 μ J/cm2, 吸收恢復(fù)時間小于500fs.利用焦距8mm的平凸透鏡聚焦13，通過改變會聚光斑的尺寸獲得啟動鎖模所需的功率密度。在半導(dǎo)體激光器1泵浦電流24. 5A時，調(diào)節(jié)半波片11保持輸出功率95%左右得到了平均功率IW的鎖模脈沖激光，激光中心波長為1050nm。激光器的放大系統(tǒng)，所得到的鎖模種子激光經(jīng)1050nm45度入射高反鏡15反射到光隔離器16中，在依次通過第四二色鏡17、半波片18和第五平凸透鏡聚焦到增益光子晶體光纖20中，隔離器16和第四二色鏡17都起隔離作用，前者防止種子光反饋進(jìn)入振蕩級， 破壞鎖模，后者對976nm波長的高反，對1050nm波長光高透，隔離殘余抽運光。放大級使用相同的增益光纖，采用后向抽運方式。抽運光通過纖芯為200μπκ數(shù)值孔徑0. 22的尾纖輸出，經(jīng)平凸透鏡組23和21耦合到增益光子晶體光纖中。而第三半波片18作用是把種子光的偏振方向和光纖調(diào)到一直，讓激光最大功率的耦合進(jìn)增益光纖20，在泵浦光注入光纖后，獲得百瓦的平均功率皮秒脈沖激光從第五二色鏡導(dǎo)出。本發(fā)明設(shè)計中，首次使用區(qū)別于傳統(tǒng)光纖的光子晶體光纖，以其優(yōu)異的特性，再通過精心的設(shè)計、搭建光學(xué)實驗裝置獲得了結(jié)構(gòu)簡單、空間小巧、穩(wěn)定性好的高功率鎖模脈沖光子晶體光纖激光器，可以為日后激光技術(shù)應(yīng)用前沿的研究奠定光源基礎(chǔ)。
權(quán)利要求
1.瓦級1050nm光子晶體光纖脈沖激光器及其放大系統(tǒng)，該套裝置包括光子晶體光纖激光振蕩器和光子晶體光纖激光放大系統(tǒng)；其中光子晶體光纖激光振蕩器包括帶有尾纖 976nm半導(dǎo)體激光器、增益光子晶體光纖、偏振分束器、半導(dǎo)體可飽和吸收鏡；光子晶體光纖激光放大系統(tǒng)包括光隔離器、增益光子晶體光纖、帶有尾纖976nm半導(dǎo)體激光器構(gòu)成；其特征在于光子晶體光纖激光振蕩器沿光的傳播方向依次設(shè)置帶有尾纖976nm半導(dǎo)體激光器(1)、第一平凸透鏡( 、第一二色鏡C3)、第二平凸透鏡(4)、雙包層光子晶體光纖( 、第三平凸透鏡(6)、第二二色鏡(7)、第三二色鏡(8)、第一半波片(9)、第一偏振分束器(10)、第二半波片(11)、第二偏振分束器(1 、第四平凸透鏡(13)、半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(14)；第二偏振分束器(1 出光口同一側(cè)布置有光子晶體光纖激光放大系統(tǒng)；光子晶體光纖激光放大系統(tǒng)沿光路依次布置1050nm高反鏡(15)、光隔離器(16)、第四二色鏡(17)、第三半波片(18)、第五平凸透鏡(19)、光子晶體光纖(20)、第六平凸透鏡 (21)、第五二色鏡(22)、第七平凸透鏡(23)、帶有尾纖的976nm半導(dǎo)體激光器(24)，其中高反鏡(15)置于第二偏振分束器(12)出光口同一側(cè)；在光子晶體光纖激光振蕩器中帶有尾纖976nm半導(dǎo)體激光器(1)通過第一平凸透鏡(2)和第二平凸透鏡(4)準(zhǔn)直聚焦到增益的光子晶體光纖5中，再經(jīng)過第三平凸透鏡(6)準(zhǔn)直后從第二二色鏡(7)和第三二色鏡(8)反射通過第一半波片(9)、第一偏振分束器(10)、 第二半波片(11)、第二偏振分束器(12)，最后由第四平凸透鏡(1 聚焦到半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(14)上，第一二色鏡C3)構(gòu)成諧振腔形成的鎖模脈沖從第二偏振分束器(1 輸出入射到1050nm光全反鏡(15)上，出射光入射到1050nm光全反鏡(15)中，把所得到的鎖模脈沖激光導(dǎo)入光纖放大系統(tǒng)中，經(jīng)過光隔離器(16)入射到第四二色鏡(17)上，通過調(diào)節(jié)第三半波片(18)，使激光的偏振方向與放大光子晶體光纖偏振方向一致，再透過平凹透鏡 (19)聚焦到光子晶體光纖中，而放大系統(tǒng)半導(dǎo)體泵浦光(24)通過第七平凸透鏡和第六平凸透鏡準(zhǔn)直聚焦到光子晶體光纖另一端進(jìn)行后向抽運放大，最后獲得所需要的 1050nm鎖模脈沖激光從第五二色鏡Q2)導(dǎo)出。
全文摘要
瓦級1050nm光子晶體光纖脈沖激光器及其放大系統(tǒng)，屬于激光技術(shù)領(lǐng)域。該套裝置包括光子晶體光纖激光振蕩器和光子晶體光纖激光放大系統(tǒng)；其中光子晶體光纖激光振蕩器包括帶有尾纖976nm半導(dǎo)體激光器、增益光子晶體光纖、偏振分束器、半導(dǎo)體可飽和吸收鏡。光子晶體光纖激光放大系統(tǒng)包括光隔離器、增益光子晶體光纖、帶有尾纖976nm半導(dǎo)體激光器構(gòu)成。本發(fā)明通過隔離器等一系列的保護(hù)裝置把激光1050nm導(dǎo)入增益光子晶體光纖進(jìn)行后向抽運放大，伴隨著泵浦模塊的提升獲得了高功率、高光束質(zhì)量百瓦量級的鎖模脈沖激光。為醫(yī)療、微納加工及基礎(chǔ)科研研究提供了可靠性光源。
文檔編號H01S3/067GK102201640SQ201110089919
公開日2011年9月28日 申請日期2011年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月11日
發(fā)明者劉志, 張雪霞, 李平雪, 池俊杰 申請人:北京工業(yè)大學(xué)