專利名稱：一種全光纖超短激光脈沖放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光纖高功率 激光放大器，特別是涉及一種采用短長(zhǎng)度高鐿摻雜濃度硅酸鹽玻璃光纖的全光纖、超短激光脈沖、高平均功率(輸出脈沖峰值激光功率大于10 kff)的光纖放大器,屬于激光技術(shù)與光信息技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
大能量(高平均功率)、具有皮秒飛秒脈沖寬度、脈沖峰值激光功率大于10 kW的全光纖超短脈沖激光光源由于其高效率、便攜性、高可靠性和高穩(wěn)定性在材料與儀器、器件的精密打標(biāo)，激光精密微機(jī)械加工和生命科學(xué)與生物技術(shù)及測(cè)量等工業(yè)和科研領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的超短脈沖激光光源通常采用固體激光增益介質(zhì)如摻鈦藍(lán)寶石等，由于其比較低的效率、昂貴的造價(jià)、比較差的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性，需要專業(yè)技術(shù)人員復(fù)雜的維護(hù)等因素限制，在工業(yè)等領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用受到一定限制。而大能量、高平均功率、具有皮秒飛秒脈沖寬度的全光纖超短脈沖激光光源由于其高效率、便攜式、高可靠性和高穩(wěn)定為超短脈沖激光光源在工業(yè)等領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用提供了一種可能性?，F(xiàn)有的皮秒飛秒脈沖寬度的全光纖超短脈沖激光光源通常采用小能量(低功率)超短脈沖種子激光光源加脈沖光纖功率放大器放大的技術(shù)路線，由于超短脈沖高功率光纖放大器固有的非線性效應(yīng)(如拉曼效應(yīng)，自相位調(diào)制等)和放大光纖峰值破壞功率極限的限制，通常需要采用一些復(fù)雜的技術(shù)來降低放大的激光脈沖在光纖放大過程中的峰值功率。根據(jù)非線性光纖光學(xué)理論，光纖中非線性效應(yīng)的強(qiáng)度與光纖的模場(chǎng)橫截面成反比關(guān)系，而與光纖介質(zhì)的長(zhǎng)度成正比關(guān)系(參見G. P. Agrawal , Nonlinear Fiber Optics, Second Edition, 1995)。為了減小或降低非線性效應(yīng)對(duì)超短激光脈沖光纖放大過程的影響，通常采用降低光脈沖放大過程中的光脈沖峰值功率(如時(shí)域展寬種子激光脈沖的啁啾脈沖放大即CPA技術(shù))或在保持放大激光脈沖光束質(zhì)量的前提下盡可能增大增益放大光纖的模場(chǎng)直徑以減小增益光纖中的功率密度(如采用大模場(chǎng)摻雜稀土光纖，大模場(chǎng)摻雜稀土光子晶體光纖，棒狀摻雜稀土光子晶體光纖等增益介質(zhì))，但由于摻雜濃度的限制，放大增益光纖介質(zhì)需要比較長(zhǎng)以獲得足夠的增益和輸出功率，另外這些特種光纖的造價(jià)也比較昂貴。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的發(fā)明目的是提供一種全光纖超短激光脈沖放大器，以克服高功率激光光纖放大過程中的非線性效應(yīng)和光纖的破壞功率限制，同時(shí)得到足夠的激光增益和脈沖峰值激光功率大于10 kff的輸出。為達(dá)到上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種全光纖超短激光脈沖放大器，包括超短脈沖種子信號(hào)源、光纖隔離器和至少一級(jí)光纖功率放大器，超短脈沖種子信號(hào)源的激光輸出端與光纖隔離器的輸入端光纖通過光纖熔接連接，光纖隔離器的輸出端光纖與第一級(jí)光纖功率放大器的輸入端光纖通過熔接連接，所述光纖功率放大器由泵浦激光模塊和激光功率增益光纖連接構(gòu)成，所述泵浦激光模塊包括激光泵浦光源、泵浦/信號(hào)激光合束器，所述激光增益光纖為短長(zhǎng)度高鐿摻雜濃度的硅酸鹽玻璃光纖，激光增益光纖長(zhǎng)度小于等于0. 95米。上述技術(shù)方案中，種子激光可以是利用鎖模技術(shù)產(chǎn)生超短激光脈沖的光纖激光器或固體激光器，也可以是利用電流脈沖直接調(diào)制相應(yīng)波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的超短脈沖激光。種子激光器產(chǎn)生超短脈沖的種子激光脈沖作為后續(xù)高功率光纖放大器的種子激光，光纖隔離器用于阻擋后續(xù)高功率光纖放大器產(chǎn)生的背向反射光(如反射的信號(hào)光和背向放大自發(fā)輻射光)，以保護(hù)前級(jí)種子激光器，泵浦/信號(hào)激光光纖合束器將泵浦激光和種子激光信號(hào)耦合進(jìn)同一根放大光纖，短長(zhǎng)度高鐿摻雜濃度硅酸鹽玻璃光纖吸收泵浦激光在信號(hào)激光波長(zhǎng)處產(chǎn)生激光增益。激光增益光纖采用鐿(Yb3+)的摻雜濃度為大于2%到30% (按重量t匕)的硅酸鹽玻璃光纖，可以是單模、大模場(chǎng)單模的保偏或非保偏的單包層、雙包層、多包層光纖結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生的峰值激光功率大于10 kW。進(jìn)一步的技術(shù)方案，設(shè)有兩級(jí)所述光纖功率放大器，兩級(jí)光纖功率放大器之間設(shè)有第二光纖隔離器。每一級(jí)光纖功率放大器分別由一泵浦激光模塊和一激光功率增益光纖連接構(gòu)成。上述技術(shù)方案中，所述超短脈沖種子信號(hào)源的激光脈沖寬度在皮秒到飛秒量級(jí)。一般采用在特定波長(zhǎng)處如I. 03微米，I. 06微米等的激光脈沖。上述技術(shù)方案中，所述激光增益光纖長(zhǎng)度為0. 05米 0. 95米。在上述技術(shù)方案中，高功率全光纖超短脈沖放大器可以根據(jù)種子激光功率的不同米用不同長(zhǎng)度的高鐿摻雜濃度娃酸鹽玻璃光纖作為激光放大介質(zhì)，根據(jù)不同輸出功率(單脈沖能量)的要求采用多級(jí)光纖放大器結(jié)構(gòu)，但總體構(gòu)思均屬于上述技術(shù)方案。具體可以采用的高功率全光纖超短脈沖放大器結(jié)構(gòu)列舉如下一個(gè)波長(zhǎng)為I. 03微米或I. 06微米的超短脈沖種子激光器與一個(gè)光纖隔離器的輸入端光纖通過光纖熔接連接，種子激光輸出的激光脈沖作為高功率光纖放大器的輸入種子激光脈沖，光纖隔離器用于阻擋后續(xù)高功率光纖放大器產(chǎn)生的背向反射光(如反射的信號(hào)光和背向放大自發(fā)輻射光)，以保護(hù)前級(jí)種子激光器；一個(gè)光纖耦合的半導(dǎo)體激光泵浦光源與泵浦/信號(hào)激光合束器的泵浦激光輸入端光纖通過熔接連接，作為輸入泵浦光，為高功率光纖放大器提供泵浦激光；光纖隔離器的輸出端光纖與泵浦/信號(hào)激光合束器的信號(hào)激光輸入端光纖通過熔接連接，作為高功率光纖放大器輸入信號(hào)激光；一段短長(zhǎng)度(長(zhǎng)度小于0.95米，可以從0.05米到0.95米)高鐿(Yb3+)摻雜濃度硅酸鹽玻璃光纖的一端與泵浦/信號(hào)激光合束器的泵浦信號(hào)激光輸出端光纖通過熔接連接，摻鐿(Yb3+)稀土增益玻璃光纖吸收泵浦激光后產(chǎn)生信號(hào)激光波長(zhǎng)的激光增益；短長(zhǎng)度高鐿(Yb3+)摻雜濃度硅酸鹽玻璃光纖的另一端輸出放大后的激光，或作為下一級(jí)高功率光纖放大器的輸入種子激光。由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)I.本實(shí)用新型采用全光纖短長(zhǎng)度高鐿(Yb3+)摻雜濃度硅酸鹽玻璃光纖作為放大介質(zhì)，無需采用復(fù)雜的時(shí)域展寬種子激光脈沖的啁啾脈沖放大即CPA技術(shù)，使得整個(gè)高功率全光纖超短脈沖放大器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，可靠性和穩(wěn)定性大大提高；[0018]2.高功率全光纖超短脈沖放大器系統(tǒng)造價(jià)更為低廉。由于系統(tǒng)在保持放大激光脈沖光束質(zhì)量的前提下盡可能地使用短長(zhǎng)度高鐿(Yb3+)摻雜濃度硅酸鹽玻璃光纖作為放大介質(zhì)，沒有采用通常的大模場(chǎng)摻雜稀土光纖，大模場(chǎng)摻雜稀土光子晶體光纖，棒狀摻雜稀土光子晶體光纖等昂貴的增益介質(zhì)，使得本專利高功率全光纖超短脈沖放大器系統(tǒng)造價(jià)更為低廉。

圖I是本實(shí)用新型實(shí)施例一的全光纖超短激光脈沖放大器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例二的全光纖超短激光脈沖放大器結(jié)構(gòu)示意圖。其中1、超短脈沖種子激光器；2、全光纖隔離器；3、全光纖隔離器的反饋激光阻擋器；4、全光纖隔離器的前向激光監(jiān)視器；5、泵浦/信號(hào)合束器；601，602、泵浦激光器；7、激光增益光纖；8、第二級(jí)全光纖隔離器；9、第二級(jí)全光纖隔離器的反饋激光阻擋器；10、第二級(jí)全光纖隔離器的前向激光監(jiān)視器；11、第二泵浦/信號(hào)合束器；121，122、第二級(jí)泵·浦激光器；13、第二級(jí)激光增益光纖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述實(shí)施例一如圖I所示，一個(gè)波長(zhǎng)為I. 03微米或I. 06微米的超短脈沖種子激光器I輸出的超短脈沖激光與一個(gè)全光纖隔離器2的輸入端光纖通過光纖熔接連接，所述全光纖隔離器具有反饋激光阻擋器3和前向激光監(jiān)視器4 ;種子激光I輸出的激光脈沖作為高功率光纖放大器的輸入種子激光脈沖，全光纖隔離器2用于阻擋后續(xù)高功率光纖放大器產(chǎn)生的背向反射光(如反射的信號(hào)光和背向放大自發(fā)福射光)，以保護(hù)前級(jí)超短脈沖種子激光器I ;光纖耦合的半導(dǎo)體泵浦激光器601，602與泵浦/信號(hào)激光合束器5的泵浦激光輸入端光纖通過熔接連接，作為輸入泵浦光，為高功率光纖放大器提供泵浦激光；全光纖隔離器2的輸出端光纖與泵浦/信號(hào)合束器5的信號(hào)激光輸入端光纖通過熔接連接，作為高功率光纖放大器輸入信號(hào)激光；一段短長(zhǎng)度(光纖長(zhǎng)度小于0. 95米，可以從0. 05米到0. 95米)高鐿(Yb3+)摻雜濃度硅酸鹽玻璃光纖(激光增益光纖7)的一端與泵浦/信號(hào)合束器5的泵浦信號(hào)激光輸出端光纖通過熔接連接，短長(zhǎng)度高鐿(Yb3+)摻雜濃度硅酸鹽玻璃光纖吸收泵浦激光后產(chǎn)生信號(hào)激光波長(zhǎng)的激光增益；短長(zhǎng)度高鐿(Yb3+)摻雜濃度硅酸鹽玻璃光纖的另一端輸出放大后的激光。實(shí)施例二 如圖2所示，一種全光纖超短激光脈沖放大器，包括超短脈沖種子信號(hào)源、光纖隔離器和兩級(jí)光纖功率放大器。其中，超短脈沖種子信號(hào)源、光纖隔離器和第一級(jí)光纖功率放大器501的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例一相同。短長(zhǎng)度高鐿摻雜濃度娃酸鹽玻璃光纖的輸出端作為第二級(jí)光纖功率放大器111的輸入種子激光，兩級(jí)光纖功率放大器之間設(shè)有第二級(jí)全光纖隔離器8。第二級(jí)全光纖隔離器8的輸出端光纖與第二級(jí)泵浦/信號(hào)合束器11的信號(hào)激光輸入端光纖通過熔接連接，作為第二級(jí)高功率光纖放大器輸入信號(hào)激光；[0029]光纖耦合的第二級(jí)泵浦激光器121，122與第二級(jí)泵浦/信號(hào)合束器11的泵浦激光輸入端光纖通過熔接連接，作為輸入泵浦光；一段短長(zhǎng)度(光纖長(zhǎng)度小于0. 95米，可以從0. 05米到0. 95米)高鐿摻雜濃度硅酸鹽玻璃光纖(第二級(jí)激光增益光纖13)的一端與第二級(jí)泵浦/信號(hào)合束器11的泵浦信號(hào)激光輸出端光纖通過熔接連接，短長(zhǎng)度高鐿摻雜濃度硅酸鹽玻璃光纖13吸收泵浦激光后產(chǎn)生信號(hào)激光波長(zhǎng)的激光增益；短長(zhǎng)度高鐿摻雜濃度硅 酸鹽玻璃光纖13的另一端輸出放大后的激光脈沖，或作為下一級(jí)高功率光纖放大器的輸入種子激光，產(chǎn)生的峰值激光功率大于10 kW。
權(quán)利要求1.一種全光纖超短激光脈沖放大器，包括超短脈沖種子信號(hào)源、光纖隔離器和至少一級(jí)光纖功率放大器，超短脈沖種子信號(hào)源的激光輸出端與光纖隔離器的輸入端光纖通過光纖熔接連接，光纖隔離器的輸出端光纖與第一級(jí)光纖功率放大器的輸入端光纖通過熔接連接，其特征在于所述光纖功率放大器由泵浦激光模塊和激光功率增益光纖連接構(gòu)成，所述泵浦激光模塊包括激光泵浦光源、泵浦/信號(hào)激光合束器，所述激光增益光纖為短長(zhǎng)度高鐿摻雜濃度的硅酸鹽玻璃光纖，激光增益光纖長(zhǎng)度小于等于0. 95米。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全光纖超短激光脈沖放大器，其特征在于設(shè)有兩級(jí)所述光纖功率放大器，兩級(jí)光纖功率放大器之間設(shè)有第二光纖隔離器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全光纖超短激光脈沖放大器，其特征在于所述超短脈沖種子信號(hào)源的激光脈沖寬度在皮秒到飛秒量級(jí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全光纖超短激光脈沖放大器，其特征在于所述激光增益光纖長(zhǎng)度為0. 05米 0. 95米。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種全光纖超短激光脈沖放大器，包括超短脈沖種子信號(hào)源、光纖隔離器和至少一級(jí)光纖功率放大器，超短脈沖種子信號(hào)源的激光輸出端與光纖隔離器的輸入端光纖通過光纖熔接連接，光纖隔離器的輸出端光纖與第一級(jí)光纖功率放大器的輸入端光纖通過熔接連接，其特征在于所述光纖功率放大器由泵浦激光模塊和激光功率增益光纖連接構(gòu)成，所述泵浦激光模塊包括激光泵浦光源、泵浦/信號(hào)激光合束器，所述激光增益光纖為短長(zhǎng)度高鐿摻雜濃度的硅酸鹽玻璃光纖，激光增益光纖長(zhǎng)度小于等于0.95米。本實(shí)用新型具有系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，是一種具有實(shí)用價(jià)值的全光纖、超短脈沖、高功率激光放大器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式。
文檔編號(hào)H01S3/063GK202512332SQ20122009027
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月12日
發(fā)明者蔣仕彬 申請(qǐng)人:蘇州圖森激光有限公司