專利名稱：二倍頻綠光激光器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光纖激光器，具體地指一種由基于主振蕩功率放大(MOPA)結(jié)構的皮秒脈沖激光器泵浦的二倍頻綠光激光器。
背景技術：
綠光激光器不僅在醫(yī)療、顯示、存儲等領域有著廣泛的用途，而且在生物和材料處理等領域起著不可替代的作用，比如陶瓷、強反射金屬等特殊材料的精密加工。此外，由于綠光擁有更小的光斑直徑、對大多數(shù)材料有著更高的吸收率，因此在高端激光應用方面也有著廣泛前景。一般產(chǎn)生綠光的方法是由固體半導體激光器作為泵浦光源，再結(jié)合非線性倍頻技術產(chǎn)生二倍頻綠光。然而，用這種方法產(chǎn)生的綠光多為連續(xù)型多模激光，光束質(zhì)量不好，不能滿足工業(yè)上精細加工的需求。且系統(tǒng)中要使用大量光學元件，結(jié)構復雜，增加了調(diào)節(jié)難度，不利于工業(yè)化大批量生產(chǎn)。公開號為CN 1694320A的中國專利申請《半導體泵浦的單模綠光激光器》，以及公開號為CN 1897371A的中國專利申請《高功率二次諧波激光產(chǎn)生方法》中，均是采用半導體泵浦的綠光激光器，其應用大量的光學鏡片組成不同形狀的諧振腔，對光學對準及固定的要求比較高。為得到高功率的綠光輸出，以上兩項專利申請均采用多個連續(xù)型半導體激光二極管組成陣列，輸入功率都在幾百瓦以上，但是光-光轉(zhuǎn)化效率不高，輸出綠光的轉(zhuǎn)化效率均低于20%。目前，光纖激光器的迅速發(fā)展為綠光激光器的生產(chǎn)提供了更多選擇，例如申請?zhí)枮?01110156920. 9的中國發(fā)明專利申請《脈寬可調(diào)的增益開關型皮秒脈沖種子源》提及了基于MOPA結(jié)構的光纖激光器，它通過放大高質(zhì)量的種子光來得到相同模式的高功率激光， 轉(zhuǎn)化效率高，輸出的激光質(zhì)量好。采用該種子源產(chǎn)生單模、單偏振態(tài)的皮秒脈沖激光，具有高精度、高功率、低熱損傷率等性能，可以很好的滿足工業(yè)加工的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題就是提供一種二倍頻綠光激光器，能夠通過簡單的結(jié)構，可靠地輸出單模、單偏振態(tài)的皮秒脈沖激光。為解決上述技術問題，本發(fā)明提供的一種二倍頻綠光激光器，包括泵浦源、光纖放大器以及二倍頻系統(tǒng)，其特別之處在于所述泵浦源為增益開關型皮秒脈沖種子源；所述增益開關型皮秒脈沖種子源包括由保偏光纖連接的增益開關激光器、光纖耦合器、單縱模鎖定裝置和啁啾補償模塊，增益開關激光器的輸出端通過光纖耦合器分別與單縱模鎖定裝置和啁啾補償模塊連接。上述技術方案中，所述單縱模鎖定裝置為DFB半導體激光器或者光纖光柵。上述技術方案中，所述啁啾補償模塊為為啁啾光柵或者啁啾補償全固光子帶隙光纖。上述技術方案中，所述增益開關激光器由依次連接的電脈沖發(fā)生器、信號放大器、直流偏置電流源和F-P半導體激光器構成。上述技術方案中，所述光纖放大器包括依次設置的一級單模泵浦放大器、二級多模泵浦放大器和三級多模泵浦放大器。進一步地，所述一級單模泵浦放大器為單向泵浦或者雙向泵浦的第一保偏型摻稀土光纖；所述二級多模泵浦放大器為單向泵浦或者雙向泵浦的第二保偏型摻稀土光纖；所述三級多模泵浦放大器為單向泵浦或者雙向泵浦的第三保偏型摻稀土光纖。更進一步地，所述二級多模泵浦放大器和/或三級多模泵浦放大器為側(cè)向泵浦光纖結(jié)構的光纖。上述技術方案中，所述二倍頻系統(tǒng)中采用的倍頻晶體為LBO晶體或KTP晶體或 PPLN晶體。進一步地，所述二倍頻系統(tǒng)包括依次共軸設置的聚焦透鏡、λ /2波片、倍頻晶體及其加熱爐、準直鏡和雙色鏡。更進一步地，所述倍頻晶體及其加熱爐中的倍頻晶體位于激光經(jīng)聚焦透鏡聚焦后的光腰處。本發(fā)明的有益效果在于采用了增益開關型皮秒脈沖種子源，其產(chǎn)生的種子光重復頻率可調(diào)，脈寬可調(diào)，且為皮秒量級，并且是單模、單偏振光，經(jīng)放大和倍頻后，激光的特性與種子光一致，且功率能夠達到60w，光-光轉(zhuǎn)化效率可達80% ；整個設備為全光纖結(jié)構， 沒有復雜的光學對準器件，無需水冷，結(jié)構簡單緊湊，適宜工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明一個實施例的結(jié)構示意圖。圖中1 一增益開關型皮秒脈沖種子源，2—電脈沖發(fā)生器，3—信號放大器，4一直流偏置，5—直流電源，6 — F-P半導體激光器，7 — DFB半導體激光器，8—光纖耦合器，9一啁啾光柵，10—光纖放大器，11一保偏隔離器，12—前向波分復用器(WDM)，13—前向單模泵浦激光器，14一第一保偏型摻稀土光纖，15—后向波分復用器(WDM)，16—后向單模泵浦激光器，17—保偏隔離器，18—前向多模泵浦耦合器，19一前向多模泵浦激光器，20—第二保偏型摻稀土光纖，21—后向多模泵浦耦合器，22—后向多模泵浦激光器，23—保偏隔離器， 24—前向多模泵浦耦合器，25—前向多模泵浦激光器，26—第三保偏型摻稀土光纖，27—后向多模泵浦耦合器，28—后向多模泵浦激光器，29—準直鏡，30—二倍頻系統(tǒng)，31—聚焦透鏡，32— λ /2波片，33—倍頻晶體及其加熱爐，34—準直鏡，35—雙色鏡。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例作進一步的詳細描述。如圖1所示，本發(fā)明的一種二倍頻綠光激光器，包括泵浦源、光纖放大器10以及二倍頻系統(tǒng)30。其中泵浦源為為重復頻率可調(diào)、脈寬可調(diào)的增益開關型皮秒脈沖種子源1。該增益開關型皮秒脈沖種子源1包括由保偏光纖連接的增益開關激光器、光纖耦合器8、單縱模鎖定裝置和啁啾補償模塊，增益開關激光器的輸出端通過光纖耦合器8分別與單縱模鎖定裝置和啁啾補償模塊連接。本實施例的增益開關激光器由依次連接的電脈沖發(fā)生器2、信號放大器3、直流偏置電流源和lOeOnm的F-P半導體激光器6構成。本實施例中的單縱模鎖定裝置為lOeOnm的DFB半導體激光器7，啁啾補償模塊為啁啾光柵9。工作時，電脈沖發(fā)生器2產(chǎn)生重復頻率可調(diào)的射頻信號，重復頻率調(diào)節(jié)范圍在 IOf IOOMHz，通過調(diào)節(jié)直流電源5改變直流偏置4，使F-P半導體激光器6在閾值以下，則射頻信號經(jīng)信號放大器3放大后加載在F-P半導體激光器6上會產(chǎn)生增益。F-P半導體激光器6產(chǎn)生振蕩，在第二個振蕩峰出現(xiàn)之前，電脈沖增益消失，此時F-P半導體激光器6輸出皮秒級短脈沖。使用lOeOnm的DFB半導體激光器7使得F-P半導體激光器6產(chǎn)生的縱模始終處于鎖定狀態(tài)，可以任意調(diào)節(jié)電脈沖發(fā)生器2的重復頻率，以調(diào)整輸出光脈沖的重復頻率。啁啾光柵9針對輸出脈沖的啁啾分布用來壓縮或展寬脈沖寬度，以實現(xiàn)脈寬可調(diào)， 脈寬調(diào)節(jié)范圍在5(T500ps。增益開關型皮秒脈沖種子源1產(chǎn)生的種子光光功率一般在Imw 以內(nèi)。光纖放大器10共有三級，包括依次設置的一級單模泵浦放大器、二級多模泵浦放大器和三級多模泵浦放大器。泵浦源與光纖放大器10之間、光纖放大器10的三級之間分別由保偏隔離器11、17、23分隔。一級單模泵浦放大器為5/130 μ m的第一保偏型摻稀土光纖14，采用雙向泵浦方式，其前向單模泵浦激光器13和后向單模泵浦激光器16均為 200mw/976nm規(guī)格；二級多模泵浦放大器為5/130 μ m的第二保偏型摻稀土光纖20，且為側(cè)向泵浦光纖結(jié)構，采用雙向泵浦方式，其前向多模泵浦激光器19和后向多模泵浦激光器22 均為7w/915nm規(guī)格；三級多模泵浦放大器為25/340 μ m的第三保偏型摻稀土光纖26，采用雙向泵浦方式，其前向多模泵浦激光器25和后向多模泵浦激光器28均為150mW/975nm規(guī)格。光纖放大器10的工作過程為上述增益開關型皮秒脈沖種子源1產(chǎn)生的lOeOnm 的種子光經(jīng)過保偏隔離器11，使其只有一個偏振態(tài)的激光進入光纖放大器10，保證激光的單偏振性。一級單模放大器的200mW/976nm前向單模泵浦激光器13產(chǎn)生的功率為200mw、波長為976nm的泵浦光和1060nm的種子光通過前向波分復用器(WDM) 12耦合進入第一保偏型摻稀土光纖14，在其纖芯處實現(xiàn)放大，同時功率為200mw、波長為976nm的后向單模泵浦激光器16通過后向波分復用器15耦合進入第一保偏型摻稀土光纖14，使種子光得到放大。 通過前后雙向泵浦，種子光的功率可以放大到50mw。一級放大也可只采用前向放大或后向放大的單向泵浦方式；一級放大后的激光再通過保偏隔離器17進入二級多模泵浦放大器， 二級多模泵浦放大器的7w/915nm的前向多模泵浦激光器19發(fā)出的泵浦光通過前向多模泵浦耦合器18進入第二保偏型摻稀土光纖20的包層中使種子光得到放大，同時7w/915nm的后向多模泵浦激光器22發(fā)出的泵浦光通過后向多模泵浦耦合器21進入第二保偏型摻稀土光纖20的包層中使種子光得到放大。二級放大將激光繼續(xù)放大至lw。同樣的，二級放大也可只采用前向放大或后向放大的單向泵浦方式；最后，二級放大的激光再通過保偏隔離器 23進入三級多模放大器，除其采用25/340 μ m的第三保偏型摻稀土光纖26和150mW/975nm 的前向多模泵浦激光器25、后向多模泵浦激光器28外，工作原理與二級放大相同。當然，三級放大也可只采用前向放大或后向放大的單向泵浦方式。經(jīng)過三級多模放大器后，激光的功率可以放大至100w。經(jīng)三級放大后，功率為100w、波長為lOeOnm的皮秒脈沖激光通過準直鏡29進入二倍頻系統(tǒng)30。二倍頻系統(tǒng)30包括依次共軸設置的聚焦透鏡31、λ/2波片32、倍頻晶體及
5其加熱爐33、準直鏡34和雙色鏡35。其具體過程為1060nm的激光經(jīng)聚焦透鏡31聚焦， 該聚焦透鏡31的銳利范圍是疒8mm，激光聚焦后在光腰處的光斑直徑為50μπι ；聚焦后的激光通過λ/2波片32調(diào)整光軸，使其與倍頻晶體工作時的方向一致，可提高二次諧波的轉(zhuǎn)化效率；本實施例的倍頻晶體及其加熱爐33中倍頻晶體為LBO晶體(當然，也可采用KTP晶體或PPLN晶體)，LBO晶體即位于上述光腰處，LBO晶體的尺寸為2Χ2Χ 10mm、與聚焦透鏡31 的銳利范圍相當，通過加熱爐的加熱使LBO晶體的溫度保持在155°C，此時LBO晶體滿足二次倍頻所需的相位匹配條件，其轉(zhuǎn)化效率最大，倍頻后得到530nm的綠光；從LBO晶體射出的綠光再經(jīng)準直鏡34準直后通過雙色鏡35，可通過反射濾掉lOeOnm的光，只通過530nm的綠光，此時，獲得了功率約為60w、波長為530nm的高質(zhì)量綠光。針對本發(fā)明中的種子光，采用二倍頻得到了高質(zhì)量綠光，類似的，采用三倍頻或四倍頻方法則能夠得到高質(zhì)量的紫外光。本發(fā)明的核心在于使用增益開光技術為激光器提供種子光，以通過簡單的結(jié)構實現(xiàn)單模、單偏振態(tài)的皮秒脈沖激光輸出，所以，其保護范圍并不限于上述實施例。顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變形而不脫離本發(fā)明的范圍和精神，例如 單縱模鎖定裝置不限于實施例所述的DFB半導體激光器7。采用光纖光柵等器件也是可行的；啁啾補償模塊也不限于上述啁啾光柵9，還可采用啁啾補償全固光子帶隙光纖等；二級多模泵浦放大器和三級泵浦多模放大器優(yōu)選采用側(cè)面泵浦結(jié)構，但是用端面泵浦的方式也能實現(xiàn)本發(fā)明技術方案等。倘若這些改動和變形屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變形在內(nèi)。
權利要求
1.一種二倍頻綠光激光器，包括泵浦源、光纖放大器(10)以及二倍頻系統(tǒng)(30)，其特征在于所述泵浦源為增益開關型皮秒脈沖種子源(1)；所述增益開關型皮秒脈沖種子源 (1)包括由保偏光纖連接的增益開關激光器、光纖耦合器(8)、單縱模鎖定裝置和啁啾補償模塊，增益開關激光器的輸出端通過光纖耦合器(8)分別與單縱模鎖定裝置和啁啾補償模塊連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的二倍頻綠光激光器，其特征在于所述單縱模鎖定裝置為DFB 半導體激光器(7)或者光纖光柵。
3.根據(jù)權利要求1所述的二倍頻綠光激光器，其特征在于所述啁啾補償模塊為啁啾光柵(9)或者啁啾補償全固光子帶隙光纖。
4.根據(jù)權利要求1至3所述的二倍頻綠光激光器，其特征在于所述增益開關激光器由依次連接的電脈沖發(fā)生器(2)、信號放大器(3)、直流偏置電流源和F-P半導體激光器(6) 構成。
5.根據(jù)權利要求1至3所述的二倍頻綠光激光器，其特征在于所述光纖放大器(10) 包括依次設置的一級單模泵浦放大器、二級多模泵浦放大器和三級多模泵浦放大器。
6.根據(jù)權利要求5所述的二倍頻綠光激光器，其特征在于所述一級單模泵浦放大器為單向泵浦或者雙向泵浦的第一保偏型摻稀土光纖(14);所述二級多模泵浦放大器為單向泵浦或者雙向泵浦的第二保偏型摻稀土光纖(20);所述三級多模泵浦放大器為單向泵浦或者雙向泵浦的第三保偏型摻稀土光纖(26 )。
7.根據(jù)權利要求6所述的二倍頻綠光激光器，其特征在于所述二級多模泵浦放大器和/或三級多模泵浦放大器為側(cè)向泵浦光纖結(jié)構的光纖。
8.根據(jù)權利要求1至3中任一權利要求所述的二倍頻綠光激光器，其特征在于所述二倍頻系統(tǒng)(30)中采用的倍頻晶體為LBO晶體或KTP晶體或PPLN晶體。
9.根據(jù)權利要求8所述的二倍頻綠光激光器，其特征在于所述二倍頻系統(tǒng)(30)包括依次共軸設置的聚焦透鏡(31)、λ/2波片(32)、倍頻晶體及其加熱爐(33)、準直鏡(34)和雙色鏡(35)。
10.根據(jù)權利要求9所述的二倍頻綠光激光器，其特征在于所述倍頻晶體及其加熱爐 (33)中的倍頻晶體位于激光經(jīng)聚焦透鏡(31)聚焦后的光腰處。
全文摘要
一種二倍頻綠光激光器，涉及光纖激光器，包括泵浦源、光纖放大器以及二倍頻系統(tǒng)，其特別之處在于所述泵浦源為增益開關型皮秒脈沖種子源；所述增益開關型皮秒脈沖種子源包括由保偏光纖連接的增益開關激光器、光纖耦合器、單縱模鎖定裝置和啁啾補償模塊，增益開關激光器的輸出端通過光纖耦合器分別與單縱模鎖定裝置和啁啾補償模塊連接。本發(fā)明采用了增益開關型皮秒脈沖種子源，其產(chǎn)生的種子光重復頻率可調(diào)，脈寬可調(diào)，且為皮秒量級，并且是單模、單偏振光，經(jīng)放大和倍頻后，激光的特性與種子光一致，且功率能夠達到60w，光-光轉(zhuǎn)化效率可達80%；整個設備為全光纖結(jié)構，沒有復雜的光學對準器件，無需水冷，結(jié)構簡單緊湊，適宜工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號H01S3/067GK102510001SQ20111034906
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月8日 優(yōu)先權日2011年11月8日
發(fā)明者陳抗抗 申請人:陳抗抗