專利名稱：高脈沖能量包層泵浦超快光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種高脈沖能量包層泵浦超快光纖激光器，屬于激光技術(shù)和非線性光學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光纖激光器具有體積小、重量輕、轉(zhuǎn)換效率高、輸出光束質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)得到了迅猛發(fā)展。而高功率光纖激光器，特別是高功率超短脈沖光纖激光器，通常由低功率種子源和多級(jí)功率放大器組成，英文通稱縮寫為MOPA(Master Oscillator Power Amplifier)。低功率種子源決定了激光輸出的波長(zhǎng)、脈寬、重復(fù)頻率等關(guān)鍵性能，而功率放大器決定了激光輸出的峰值功率、平均功率和脈沖能量等。目前超短脈沖光纖激光種子源都是使用單模半導(dǎo)體激光器泵浦，由于單模半導(dǎo)體激光器的輸出功率小于瓦級(jí)水平，因此超短脈沖光纖激光種子源的單脈沖能量一般在皮焦(PJ)量級(jí)，最高也只有幾十個(gè)納焦 (nj)。為了得到更高的單脈沖能量(μ J或mj)，往往需要對(duì)光纖激光種子光進(jìn)行多級(jí)放大，而放大過(guò)程不僅增加了激光系統(tǒng)的成本而且會(huì)對(duì)脈沖的性能及激光系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成一定的影響，很大程度上限制了超短脈沖光纖激光器的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。因此，直接從光纖激光振蕩級(jí)獲得高脈沖能量的超短激光脈沖輸出有著非常重大的現(xiàn)實(shí)意義。然而多模半導(dǎo)體激光器泵浦雙包層光纖或光子晶體光纖使超短脈沖光纖激光器單脈沖能量提高幾個(gè)數(shù)量級(jí) (幾百nj)成為一種可能。泵浦光在雙包層光纖的內(nèi)包層傳輸過(guò)程中不斷被摻稀土離子的纖芯吸收而得到放大，最終獲得高脈沖能量的超短激光脈沖輸出。

實(shí)用新型內(nèi)容多模半導(dǎo)體激光器作為光纖激光器的抽運(yùn)源具有輸出功率大、價(jià)格低廉以及穩(wěn)定性好等優(yōu)勢(shì)。本實(shí)用新型利用多模半導(dǎo)體激光器作為雙包層摻雜光纖或光子晶體光纖的抽運(yùn)源，不僅可以實(shí)現(xiàn)高重復(fù)頻率、高脈沖能量的超短脈沖輸出，而且還能減少激光放大系統(tǒng)的級(jí)數(shù)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時(shí)降低了生產(chǎn)成本。高脈沖能量包層泵浦超快光纖激光器不僅可以作為高功率超短脈沖激光器的種子源以及中紅外激光器的泵浦源，也可直接應(yīng)用于材料微加工等，有著廣泛的應(yīng)用前景。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取了如下技術(shù)方案。主要包括多模半導(dǎo)體激光器、泵浦合束器、摻雜光纖、激光分束器、環(huán)形器、可飽和吸收體、偏振控制器、偏振相關(guān)隔離器、全反射鏡、光纖光柵、偏振無(wú)關(guān)隔離器等。一種高脈沖能量包層泵浦超快光纖激光器，其特征在于多模半導(dǎo)體激光器連接泵浦合束器的泵浦輸入端；泵浦合束器的公共端連接摻雜光纖；摻雜光纖的另一端連接激光分束器；激光分束器有兩路輸出，一路作為激光輸出端，一路與環(huán)形器的輸入端相連，可飽和吸收體位于環(huán)形器的公共端的位置；環(huán)形器的輸出端連接泵浦合束器的信號(hào)端；多模半導(dǎo)體激光器、泵浦合束器、摻雜光纖、激光分束器、環(huán)形器、可飽和吸收體一起構(gòu)成環(huán)形腔結(jié)構(gòu)的超快光纖激光器，所述的可飽和吸收體采用反射式結(jié)構(gòu)。
3[0007]—種高脈沖能量包層泵浦超快光纖激光器，其特征在于多模半導(dǎo)體激光器連接泵浦合束器的泵浦輸入端；泵浦合束器的公共端連接摻雜光纖；摻雜光纖的另一端連接激光分束器；激光分束器有兩路輸出，一路作為激光輸出端，而另一路連接偏振無(wú)關(guān)隔離器； 偏振無(wú)關(guān)隔離器的另一端連接可飽和吸收體；而可飽和吸收體的另一端與泵浦合束器的信號(hào)端連接；多模半導(dǎo)體激光器、泵浦合束器、摻雜光纖、激光分束器、偏振無(wú)關(guān)隔離器、可飽和吸收體一起構(gòu)成環(huán)形腔結(jié)構(gòu)的超快光纖激光器；所述的可飽和吸收體采用透射式結(jié)構(gòu)。一種高脈沖能量包層泵浦超快光纖激光器，其特征在于多模半導(dǎo)體激光器連接泵浦合束器的泵浦輸入端；泵浦合束器的公共端連接摻雜光纖；摻雜光纖的另一端連接激光分束器；激光分束器有兩路輸出，一路作為激光輸出端，而另一路與偏振控制器的一端相連；偏振控制器的另一端連接偏振相關(guān)隔離器，偏振相關(guān)隔離器的另一端與偏振控制器相連；偏振控制器的另一端連接泵浦合束器的信號(hào)端，多模半導(dǎo)體激光器、泵浦合束器、摻雜光纖、激光分束器、偏振控制器、偏振相關(guān)隔離器一起構(gòu)成環(huán)形腔結(jié)構(gòu)的超快光纖激光器。一種高脈沖能量包層泵浦超快光纖激光器，其特征在于多模半導(dǎo)體激光器連接泵浦合束器的泵浦輸入端；泵浦合束器的公共端連接摻雜光纖；摻雜光纖的另一端連接激光分束器；激光分束器有兩路輸出，一路作為激光輸出端，而另一路與全反射鏡直接耦合； 而泵浦合束器的信號(hào)端也直接與可飽和吸收體耦合，在可飽和吸收體與全反射鏡之間形成線形激光諧振腔，激光分束器的輸出端輸出鎖模脈沖激光；所述的可飽和吸收體采用反射式結(jié)構(gòu)。一種高脈沖能量包層泵浦超快光纖激光器，其特征在于多模半導(dǎo)體激光器連接泵浦合束器的泵浦輸入端；泵浦合束器的公共端連接摻雜光纖；摻雜光纖的另一端連接光纖光柵；而泵浦合束器的信號(hào)端直接與可飽和吸收體耦合，在可飽和吸收體與光纖光柵之間形成線形激光諧振腔，光纖光柵輸出鎖模脈沖激光；所述的可飽和吸收體采用反射式結(jié)構(gòu)；所述的光纖光柵的反射率為R，l%< R < 99%。上述的多模半導(dǎo)體激光器的中心波長(zhǎng)為λ，500ηπι< λ < 2000nm。上述的摻雜光纖可以為摻稀土元素(鐿、鉺、鈥、銩等)中的一種或多種摻雜的單模光纖或大芯徑多模光纖以及光子晶體光纖等。上述的可飽和吸收體可以為半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SESAM)、碳納米管(SWNT)、石墨烯(Graphene)、氧化石墨烯以及石墨烯的聚合物等。上述的激光分束器的分束比為T (1-T)，其中0<T< 1。上述的超快光纖激光器可直接使用或作為光纖放大器的種子源使用。上述的泵浦合束器、摻雜光纖、激光分束器、環(huán)形器、光纖光柵等可為保偏型或非保偏型。本實(shí)用新型高脈沖能量包層泵浦超快光纖激光器具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本實(shí)用新型采用多模半導(dǎo)體激光器包層泵浦增益光纖，由于多模半導(dǎo)體激光器具有價(jià)格低廉及穩(wěn)定性好，因此包層泵浦有利于降低激光系統(tǒng)的成本和系統(tǒng)復(fù)雜性。2、本實(shí)用新型采用多模半導(dǎo)體激光器包層泵浦增益光纖，由于多模半導(dǎo)體激光器具有輸出功率高，因此激光振蕩級(jí)就能夠產(chǎn)生高平均功率、高脈沖能量的超短脈沖激光輸出，有利于減少激光放大系統(tǒng)的級(jí)數(shù)，降低生產(chǎn)成本，易于產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
圖1為實(shí)施例1的原理結(jié)構(gòu)圖。 圖2為實(shí)施例2的原理結(jié)構(gòu)圖。圖3為實(shí)施例3的原理結(jié)構(gòu)圖。圖4為實(shí)施例4的原理結(jié)構(gòu)圖。圖5為實(shí)施例5的原理結(jié)構(gòu)圖。圖中1、多模半導(dǎo)體激光器，2、泵浦合束器，3、摻雜光纖，4、激光分束器，5、環(huán)形器，6、可飽和吸收體，7、偏振控制器，8、偏振相關(guān)隔離器，9、偏振控制器，10、全反射鏡，11、 光纖光柵，12、偏振無(wú)關(guān)隔離器。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合圖示1-5對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，但不僅限于以下幾種實(shí)施例。實(shí)施例1一種高脈沖能量包層泵浦超快光纖激光器采用如圖1所示的環(huán)形腔結(jié)構(gòu)。主要包括輸出功率為low、中心波長(zhǎng)為976nm的多模半導(dǎo)體激光器1，(2+1) X 1結(jié)構(gòu)的泵浦合束器2，3米長(zhǎng)的摻鐿光纖3，1X2結(jié)構(gòu)、分束比為10 90的激光分束器4，三端口光纖環(huán)形器5，調(diào)制深度為30%反射式結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體可飽和吸收鏡6。其中中心波長(zhǎng)為976nm，輸出功率為IOW的多模半導(dǎo)體激光器1連接泵浦合束器2的泵浦輸入端；泵浦合束器2的公共端連接:3m長(zhǎng)的摻鐿雙包層光纖3，摻鐿雙包層光纖3的纖芯直徑為6. 5 μ m，包層直徑為 U8ym，摻鐿雙包層光纖3的另一端連接分光比為10 90的激光分束器4 ；激光分束器4 將光分為兩束，90%的光從分束器4的輸出端輸出，另外10%光到達(dá)環(huán)形器5的輸入端；由于光只能單向順序通過(guò)環(huán)形器5的三個(gè)端口，因而光由環(huán)形器5的輸入端進(jìn)入，由環(huán)形器5 的公共端出來(lái)的光經(jīng)過(guò)反射式的半導(dǎo)體可飽和吸收鏡6后，到達(dá)環(huán)形器5的信號(hào)端，最后進(jìn)入泵浦合束器2的信號(hào)端。半導(dǎo)體可飽和吸收鏡6作為鎖模裝置，鎖模激光脈沖將從激光分束器4的90%的輸出端輸出，由于反饋回激光腔內(nèi)的光只占10%，激光腔內(nèi)功率密度低， 非線性效應(yīng)弱，不易發(fā)生脈沖分裂現(xiàn)象，所以能夠?qū)崿F(xiàn)高脈沖能量激光脈沖輸出。實(shí)施例2一種高脈沖能量包層泵浦超快光纖激光器采用如圖2所示的環(huán)形腔結(jié)構(gòu)。主要包括輸出功率為low、中心波長(zhǎng)為976nm的多模半導(dǎo)體激光器1，(2+1) X 1結(jié)構(gòu)的泵浦合束器2，3米長(zhǎng)的摻鐿光纖3，1X2結(jié)構(gòu)、分束比為20 80的激光分束器4，偏振無(wú)關(guān)隔離器 12，碳納米管可飽和吸收體6。其中中心波長(zhǎng)為976nm，輸出功率為IOW的多模半導(dǎo)體激光器1連接泵浦合束器2的泵浦輸入端；泵浦合束器2的公共端連接: 長(zhǎng)的摻鐿雙包層光纖 3，摻鐿雙包層光纖3的纖芯直徑為6 μ m，包層直徑為125 μ m，摻鐿雙包層光纖3的另一端連接分光比為20 80的激光分束器4;激光分束器4將光分為兩束，80%的光從分束器4 的輸出端輸出，另外20%光經(jīng)過(guò)偏振無(wú)關(guān)隔離器12后到達(dá)透射式的碳納米管飽和吸收體 6，最后反饋回泵浦合束器2的信號(hào)端。碳納米管飽和吸收體6作為鎖模裝置，由于激光分束器80 %的光從輸出端輸出，所以整個(gè)包層泵浦超快光纖激光器不易發(fā)生脈沖分裂，能夠?qū)崿F(xiàn)高脈沖能量激光脈沖輸出。實(shí)施例3[0032]一種高脈沖能量包層泵浦超快光纖激光器采用如圖3所示的環(huán)形腔結(jié)構(gòu)。主要包括輸出功率為low、中心波長(zhǎng)為976nm的多模半導(dǎo)體激光器1，(2+1) X 1結(jié)構(gòu)的泵浦合束器2，3米長(zhǎng)的摻鐿光纖3，1X2結(jié)構(gòu)、分束比為10 90的激光分束器4，偏振相關(guān)隔離器 8，偏振控制器7和9。其中中心波長(zhǎng)為976nm，輸出功率為IOW的多模半導(dǎo)體激光器1連接泵浦合束器2的泵浦輸入端；泵浦合束器2的公共端連接: 長(zhǎng)的摻鐿雙包層光纖3，摻鐿雙包層光纖3的纖芯直徑為6 μ m,包層直徑為125 μ m,摻鐿雙包層光纖3的另一端連接分光比為10 90的激光分束器4 ；激光分束器4將光分為兩束，90%的光從分束器4的輸出端輸出，另外10%光經(jīng)過(guò)偏振控制器7后到達(dá)偏振相關(guān)隔離器8的一端，最后從偏振相關(guān)隔離器8的另一端輸出進(jìn)入另一偏振控制器9，然后反饋回泵浦合束器2的信號(hào)端。偏振控制器7和9與偏振相關(guān)隔離器8作為鎖模裝置，由于激光分束器90%的光從激光分束器4 的輸出端輸出，所以整個(gè)包層泵浦超快光纖激光器容易實(shí)現(xiàn)高脈沖能量激光脈沖輸出。實(shí)施例4一種高脈沖能量包層泵浦超快光纖激光器采用如圖4所示的線形腔結(jié)構(gòu)。主要包括輸出功率為20W、中心波長(zhǎng)為793nm的多模半導(dǎo)體激光器1，(2+1) X 1結(jié)構(gòu)的泵浦合束器2，5米長(zhǎng)的摻銩光纖3，1X2結(jié)構(gòu)、分束比為30 70的激光分束器4，鍍金全反射鏡10， 調(diào)制深度為30%反射式結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體可飽和吸收鏡6。其中中心波長(zhǎng)為793nm，輸出功率為20W的多模半導(dǎo)體激光器1連接泵浦合束器2的泵浦輸入端；泵浦合束器2的公共端連接5m長(zhǎng)的摻銩雙包層光纖3，摻銩雙包層光纖3的纖芯直徑為10 μ m,包層直徑為125 μ m, 摻銩雙包層光纖3的另一端連接分光比為30 70的激光分束器4;激光分束器4將光分為兩束，70%的光從分束器4的輸出端輸出，30 %的另一束反饋回激光腔內(nèi)；激光分束器4的另一端與鍍金全反射鏡10直接耦合；而泵浦合束器2的信號(hào)端也直接與調(diào)制深度為30% 反射式結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體可飽和吸收鏡6耦合，因而可飽和吸收鏡6將與鍍金全反射鏡10形成激光諧振腔，半導(dǎo)體可飽和吸收鏡6作為鎖模裝置，被動(dòng)鎖模摻銩脈沖激光將從激光分束器4的70%的輸出端輸出。實(shí)施例5一種高脈沖能量包層泵浦超快光纖激光器采用如圖5所示的線形腔結(jié)構(gòu)。主要包括輸出功率為10W，中心波長(zhǎng)為976nm的多模半導(dǎo)體激光器1，(2+1) X 1結(jié)構(gòu)的泵浦合束器2，10米長(zhǎng)的摻鉺光纖3，中心波長(zhǎng)為1550nm ；3dB帶寬為IOnm ；反射率為20%的啁啾光柵11，反射式結(jié)構(gòu)的石墨烯可飽和吸收體6。其中中心波長(zhǎng)為976nm，輸出功率為IOW的多模半導(dǎo)體激光器1連接泵浦合束器2的泵浦輸入端；泵浦合束器2的公共端連接IOm長(zhǎng)的摻鉺雙包層光纖3，摻鉺雙包層光纖3的纖芯直徑為20 μ m,包層直徑為125 μ m ；摻鉺雙包層光纖3的另一端連接啁啾光柵11 ；泵浦合束器2的信號(hào)端直接與反射式結(jié)構(gòu)的石墨烯可飽和吸收體6耦合，因而石墨烯可飽和吸收體6將與反射率為20%的啁啾光柵11形成激光諧振腔，石墨烯可飽和吸收體6作為鎖模裝置，被動(dòng)鎖模脈沖激光將從反射率為20%的啁啾光柵11輸出。此線形腔超快光纖激光器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠?qū)崿F(xiàn)高脈沖能量超快激光脈沖輸出。
權(quán)利要求1.一種高脈沖能量包層泵浦超快光纖激光器，其特征在于多模半導(dǎo)體激光器(1)連接泵浦合束器O)的泵浦輸入端；泵浦合束器O)的公共端連接摻雜光纖(3)；摻雜光纖 (3)的另一端連接激光分束器；激光分束器(4)有兩路輸出，一路作為激光輸出端，一路與環(huán)形器(5)的輸入端相連，可飽和吸收體(6)位于環(huán)形器(5)的公共端的位置；環(huán)形器 (5)的輸出端連接泵浦合束器( 的信號(hào)端；多模半導(dǎo)體激光器(1)、泵浦合束器O)、摻雜光纖(3)、激光分束器G)、環(huán)形器(5)、可飽和吸收體(6) —起構(gòu)成環(huán)形腔結(jié)構(gòu)的超快光纖激光器，所述的可飽和吸收體(6)采用反射式結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高脈沖能量包層泵浦超快光纖激光器，其特征在于所述的多模半導(dǎo)體激光器(1)的中心波長(zhǎng)為λ，500ηπι< λ < 2000nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高脈沖能量包層泵浦超快光纖激光器，其特征在于所述的激光分束器的分束比為T (I-T)，其中0 < T < 1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高脈沖能量包層泵浦超快光纖激光器，其特征在于 所述的超快光纖激光器可直接使用或作為光纖放大器的種子源使用；所述的泵浦合束器 O)、摻雜光纖(3)、激光分束器G)、環(huán)形器(5)、光纖光柵(11)等為保偏型或非保偏型。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種高脈沖能量包層泵浦超快光纖激光器，屬于激光技術(shù)和非線性光學(xué)領(lǐng)域。主要包括多模半導(dǎo)體激光器、泵浦合束器、摻雜光纖、激光分束器、環(huán)形器、可飽和吸收體、偏振控制器、隔離器、全反射鏡、光纖光柵等，多模半導(dǎo)體激光器(1)、泵浦合束器(2)、摻雜光纖(3)、激光分束器(4)、環(huán)形器(5)、可飽和吸收體(6)一起構(gòu)成環(huán)形腔結(jié)構(gòu)的超快光纖激光器，所述的可飽和吸收體(6)采用反射式結(jié)構(gòu)。利用多模半導(dǎo)體激光器作為雙包層摻雜光纖的抽運(yùn)源，不僅實(shí)現(xiàn)了高平均功率、高脈沖能量的超短脈沖激光輸出，而且還減少了激光放大系統(tǒng)的級(jí)數(shù)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時(shí)降低了生產(chǎn)成本，易于產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
文檔編號(hào)H01S3/094GK202260106SQ20112012945
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月27日
發(fā)明者劉江, 王璞 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)