專利名稱：一種基于周期性疇反轉(zhuǎn)晶體電光調(diào)q的脈沖光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及脈沖型光纖激光器，尤其涉及一種基于周期性疇反轉(zhuǎn)晶體電光調(diào)Q的脈沖光纖激光器。
背景技術(shù)：
光纖激光器是目前實(shí)現(xiàn)大功率激光加工和激光生物應(yīng)用等的重要激光器。光纖激光器與固體、氣體激光器相比較有許多優(yōu)點(diǎn):具有更小的體積；具有大的表面積和體積比，散熱性更好，不需要龐大的水冷系統(tǒng)；具有更好的光束質(zhì)量，能得到接近衍射極限的高功率激光輸出；較高的能量轉(zhuǎn)換效率；以及很高的長期工作穩(wěn)定性。與連續(xù)工作的光纖激光器相比，脈沖工作的光纖激光器可以在較低平均功率的條件下，獲得很高的峰值激光功率，因此具有更強(qiáng)的光與物質(zhì)的作用能力。正是基于這一特點(diǎn)，平均功率數(shù)瓦至數(shù)十瓦的脈沖光纖激光器，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于激光打標(biāo)等工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。其中，脈沖型的摻鐿(Yb)或摻銩(Tm)光纖激光器是目前實(shí)現(xiàn)大功率激光加工和激光生物應(yīng)用等的最為重要的光纖激光器。脈沖型光纖激光器一般采用兩種結(jié)構(gòu):法布里-珀羅腔(F-P腔)結(jié)構(gòu)和主振功率放大(MOPA)結(jié)構(gòu)。F-P腔結(jié)構(gòu)的脈沖光纖激光器，通過直接在腔內(nèi)插入損耗調(diào)制的Q開關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)脈沖激光輸出，具有結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)，且抗激光反饋能力較強(qiáng)；但是該種結(jié)構(gòu)受Q開關(guān)器件性能限制，一般適用于制作較低平均功率的光纖激光器，并以此作為更大功率光纖激光器的種子源，但不利于大功率的激光輸出。MOPA結(jié)構(gòu)的光纖激光器利用高性能種子激光的功率放大，可以實(shí)現(xiàn)高性能的脈沖激光輸出，是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)高功率脈沖光纖激光器的主要技術(shù)。但是，MOPA結(jié)構(gòu)的高功率光纖激光器涉及一個(gè)小功率激光多次放大的過程。由于種子激光輸出功率過小，需經(jīng)過一級(jí)或多級(jí)的預(yù)放大才能達(dá)到種子源功率要求，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，成本較高。各級(jí)光纖放大器與種子激光之間均必須配置隔離器，顯著影響激光器的可靠性、體積和成本。此外，MOPA型脈沖光纖激光器難以應(yīng)用于具有較強(qiáng)激光反饋的場合，激光輸出端即使采用高隔離度的隔離器，也存在反饋激光導(dǎo)致的激光自激問題，影響整個(gè)激光器系統(tǒng)本身的安全和可靠工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服其他脈沖型光纖激光器在成本、長期穩(wěn)定性和抗激光反饋方面的不足，提供一種基于周期性疇反轉(zhuǎn)晶體電光調(diào)Q的脈沖光纖激光器。一種基于周期性疇反轉(zhuǎn)晶體電光調(diào)Q的脈沖光纖激光器由多個(gè)半導(dǎo)體激光泵浦源、多模光纖合束器、高反射率光纖光柵、Yb或Tm摻雜雙包層光纖、左側(cè)光纖準(zhǔn)直鏡、偏振分光鏡、周期性疇反轉(zhuǎn)晶體、右側(cè)光纖準(zhǔn)直鏡、低反射率光纖光柵組成；多個(gè)半導(dǎo)體激光泵浦源通過光纖與多模光纖合束器相連，多模光纖合束器、高反射率光纖光柵、Yb摻雜或Tm摻雜雙包層光纖、左側(cè)光纖準(zhǔn)直鏡通過光纖順次相連；左側(cè)光纖準(zhǔn)直鏡、偏振分光鏡、周期性疇反轉(zhuǎn)晶體和右側(cè)光纖準(zhǔn)直鏡通過空間耦合連接；右側(cè)光纖準(zhǔn)直鏡與低反射率光纖光柵通過光纖相連；
通過在周期性疇反轉(zhuǎn)晶體的兩側(cè)面施加或不加直流電壓，控制經(jīng)過該晶體的激光偏振方向，并隨之改變由高反射率光纖光柵和低反射率光纖光柵所限定的光纖激光器的腔內(nèi)損耗，由此形成周期性的激光調(diào)Q脈沖，通過周期性地施加電壓和撤除電壓，光纖激光器就可以形成脈沖重復(fù)頻率與施加電壓頻率相同的激光脈沖，并部分經(jīng)由低反射率光纖光柵輸出。另一種基于周期性疇反轉(zhuǎn)晶體電光調(diào)Q的脈沖光纖激光器由多個(gè)半導(dǎo)體激光泵浦源、多模光纖合束器、低反射率光纖光柵、Yb或Tm摻雜雙包層光纖、光纖準(zhǔn)直鏡、偏振分光鏡、周期性疇反轉(zhuǎn)晶體、激光反射鏡組成；多個(gè)半導(dǎo)體激光泵浦源通過光纖與多模光纖合束器，多模光纖合束器、低反射率光纖光柵、Yb摻雜或Tm摻雜雙包層光纖、光纖準(zhǔn)直鏡通過光纖順次相連；光纖準(zhǔn)直鏡、偏振分光鏡、周期性疇反轉(zhuǎn)晶體和激光反射鏡通過空間耦合連接;
通過在周期性疇反轉(zhuǎn)晶體的兩側(cè)面施加直流電壓，控制經(jīng)過該晶體的激光偏振方向，并隨之改變由低反射率光纖光柵和激光反射鏡所限定的光纖激光器的腔內(nèi)損耗，由此形成周期性的激光調(diào)Q脈沖，通過周期性地施加電壓和撤除電壓，光纖激光器就可以形成脈沖重復(fù)頻率與施加電壓頻率相同的激光脈沖，并部分經(jīng)由低反射率光纖光柵輸出。所述的周期性疇反轉(zhuǎn)晶體是疇反轉(zhuǎn)周期在12 30微米、晶體材料為鎂摻雜鈮酸鋰的晶體器件，周期性疇反轉(zhuǎn)晶體的兩側(cè)面鍍有金屬電極或與金屬電極緊密接觸。所述的偏振分光鏡是偏振棱鏡或偏振濾光片。所述的雙包層光纖是摻Y(jié)b或摻Tm的偏振保持光纖。所述的高反射率光纖光柵和低反射率光纖光柵是在1020 1090nm波段或1900 2000nm波段具有反射率的光纖光柵，作為光纖激光器的諧振腔。所述的低反射率光纖光柵是在1020 1090nm波段或1900 2000nm波段具有反射率的光纖光柵，與激光反射鏡共同作為光纖激光器的諧振腔。本發(fā)明主要用以解決MOPA結(jié)構(gòu)高功率線偏振脈沖光纖激光器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、長期穩(wěn)定性低的問題，獲得一種成本較低、效率較高、具有很好長期穩(wěn)定性的新型線偏振脈沖光纖激光器，并能很好地抵御脈沖激光器在輸出激光后可能面臨的強(qiáng)激光反饋干擾，保持激光器本身的穩(wěn)定可靠工作，因此脈沖激光器系統(tǒng)不再需要昂貴、笨重的光隔離器。通過在周期性疇反轉(zhuǎn)晶體表面周期性地加上電壓，可以很好地控制光纖激光器內(nèi)部的插入損耗，并由此控制光纖激光器工作狀態(tài)的開與關(guān)。周期性疇反轉(zhuǎn)晶體本身可以承受足夠高的激光功率密度，能夠適應(yīng)中高功率的脈沖激光工作。


圖1是一種正向激光輸出的基于周期性疇反轉(zhuǎn)晶體電光調(diào)Q的脈沖光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意 圖2是另一種反向激光輸出的基于周期性疇反轉(zhuǎn)晶體電光調(diào)Q的脈沖光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
如圖1所示，一種基于周期性疇反轉(zhuǎn)晶體電光調(diào)Q的脈沖光纖激光器由多個(gè)半導(dǎo)體激光泵浦源1、多模光纖合束器2、高反射率光纖光柵3、Yb或Tm摻雜雙包層光纖4、左側(cè)光纖準(zhǔn)直鏡5、偏振分光鏡6、周期性疇反轉(zhuǎn)晶體7、右側(cè)光纖準(zhǔn)直鏡8、低反射率光纖光柵9組成；多個(gè)半導(dǎo)體激光泵浦源I通過光纖與多模光纖合束器2相連,多模光纖合束器2、高反射率光纖光柵3、Yb摻雜或Tm摻雜雙包層光纖4、左側(cè)光纖準(zhǔn)直鏡5通過光纖順次相連；左側(cè)光纖準(zhǔn)直鏡5、偏振分光鏡6、周期性疇反轉(zhuǎn)晶體7和右側(cè)光纖準(zhǔn)直鏡8通過空間耦合連接；右側(cè)光纖準(zhǔn)直鏡8與低反射率光纖光柵9通過光纖相連；
通過在周期性疇反轉(zhuǎn)晶體7的兩側(cè)面施加或不加直流電壓，控制經(jīng)過該晶體的激光偏振方向，并隨之改變由高反射率光纖光柵3和低反射率光纖光柵9所限定的光纖激光器的腔內(nèi)損耗，由此形成周期性的激光調(diào)Q脈沖，通過周期性地施加電壓和撤除電壓，光纖激光器就可以形成脈沖重復(fù)頻率與施加電壓頻率相同的激光脈沖，并部分經(jīng)由低反射率光纖光柵輸出。如圖2所示，另一種基于周期性疇反轉(zhuǎn)晶體電光調(diào)Q的脈沖光纖激光器由多個(gè)半導(dǎo)體激光泵浦源1、多模光纖合束器2、低反射率光纖光柵9、Yb或Tm摻雜雙包層光纖4、光纖準(zhǔn)直鏡5、偏振分光鏡6、周期性疇反轉(zhuǎn)晶體7、激光反射鏡10組成；多個(gè)半導(dǎo)體激光泵浦源I通過光纖與多模光纖合束器2,多模光纖合束器2、低反射率光纖光柵9、Yb摻雜或Tm摻雜雙包層光纖4、光纖準(zhǔn)直鏡5通過光纖順次相連；光纖準(zhǔn)直鏡5、偏振分光鏡6、周期性疇反轉(zhuǎn)晶體7和激光反射鏡10通過空間耦合連接；
通過在周期性疇反轉(zhuǎn)晶體7的兩側(cè)面施加直流電壓，控制經(jīng)過該晶體的激光偏振方向，并隨之改變由低反射率光纖光柵9和激光反射鏡10所限定的光纖激光器的腔內(nèi)損耗，由此形成周期性的激光調(diào)Q脈沖，通過周期性地施加電壓和撤除電壓，光纖激光器就可以形成脈沖重復(fù)頻率與施加電壓頻率相同的激光脈沖，并部分經(jīng)由低反射率光纖光柵輸出。所述的周期性疇反轉(zhuǎn)晶體7是疇反轉(zhuǎn)周期在12 30微米、晶體材料為鎂摻雜鈮酸鋰的晶體器件，周期性疇反轉(zhuǎn)晶體7的兩側(cè)面鍍有金屬電極或與金屬電極緊密接觸。所述的偏振分光鏡6是偏振棱鏡或偏振濾光片。所述的雙包層光纖4是摻Y(jié)b或摻Tm的偏振保持光纖。所述的高反射率光纖光柵3和低反射率光纖光柵9是在1020 1090nm波段或1900 2000nm波段具有反射率的光纖光柵,作為光纖激光器的諧振腔。所述的低反射率光纖光柵9是在1020 1090nm波段或1900 2000nm波段具有反射率的光纖光柵，與激光反射鏡10共同作為光纖激光器的諧振腔。本發(fā)明主要用以解決MOPA結(jié)構(gòu)高功率線偏振脈沖光纖激光器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、長期穩(wěn)定性低的問題，獲得一種成本較低、效率較高、具有很好長期穩(wěn)定性的新型線偏振脈沖光纖激光器，并能很好地抵御脈沖激光器在輸出激光后可能面臨的強(qiáng)激光反饋干擾，保持激光器本身的穩(wěn)定可靠工作，因此脈沖激光器系統(tǒng)不再需要昂貴、笨重的光隔離器。通過在周期性疇反轉(zhuǎn)晶體表面周期性地加上電壓，可以很好地控制光纖激光器內(nèi)部的插入損耗，并由此控制光纖激光器工作狀態(tài)的開與關(guān)。周期性疇反轉(zhuǎn)晶體本身可以承受足夠高的激光功率密度，能夠適應(yīng)中高功率的脈沖激光工作。
權(quán)利要求
1.一種基于周期性疇反轉(zhuǎn)晶體電光調(diào)Q的脈沖光纖激光器，其特征在于它由多個(gè)半導(dǎo)體激光泵浦源(I)、多模光纖合束器(2)、高反射率光纖光柵(3)、Yb或Tm摻雜雙包層光纖(4)、左側(cè)光纖準(zhǔn)直鏡(5 )、偏振分光鏡(6 )、周期性疇反轉(zhuǎn)晶體(7 )、右側(cè)光纖準(zhǔn)直鏡(8 )、低反射率光纖光柵(9)組成；多個(gè)半導(dǎo)體激光泵浦源(I)通過光纖與多模光纖合束器(2)相連，多模光纖合束器(2)、高反射率光纖光柵(3)、Yb摻雜或Tm摻雜雙包層光纖(4)、左側(cè)光纖準(zhǔn)直鏡(5)通過光纖順次相連；左側(cè)光纖準(zhǔn)直鏡(5)、偏振分光鏡(6)、周期性疇反轉(zhuǎn)晶體(7)和右側(cè)光纖準(zhǔn)直鏡(8)通過空間耦合連接；右側(cè)光纖準(zhǔn)直鏡(8)與低反射率光纖光柵(9)通過光纖相連； 通過在周期性疇反轉(zhuǎn)晶體(7)的兩側(cè)面施加或不加直流電壓，控制經(jīng)過該晶體的激光偏振方向，并隨之改變由高反射率光纖光柵(3)和低反射率光纖光柵(9)所限定的光纖激光器的腔內(nèi)損耗，由此形成周期性的激光調(diào)Q脈沖，通過周期性地施加電壓和撤除電壓，光纖激光器就可以形成脈沖重復(fù)頻率與施加電壓頻率相同的激光脈沖，并部分經(jīng)由低反射率光纖光柵輸出。
2.一種基于周期性疇反轉(zhuǎn)晶體電光調(diào)Q的脈沖光纖激光器，其特征在于它由多個(gè)半導(dǎo)體激光泵浦源(I)、多模光纖合束器(2)、低反射率光纖光柵(9)、Yb或Tm摻雜雙包層光纖(4)、光纖準(zhǔn)直鏡(5)、偏振分光鏡(6)、周期性疇反轉(zhuǎn)晶體(7)、激光反射鏡(10)組成；多個(gè)半導(dǎo)體激光泵浦源(I)通過光纖與多模光纖合束器(2),多模光纖合束器(2)、低反射率光纖光柵(9)、Yb摻雜或Tm摻雜雙包層光纖(4)、光纖準(zhǔn)直鏡(5)通過光纖順次相連；光纖準(zhǔn)直鏡(5)、偏振分光鏡(6)、周期性疇反轉(zhuǎn)晶體(7)和激光反射鏡(10)通過空間耦合連接； 通過在周期性疇反轉(zhuǎn)晶體(7)的兩側(cè)面施加直流電壓，控制經(jīng)過該晶體的激光偏振方向，并隨之改變由低反射率光纖光柵(9)和激光反射鏡(10)所限定的光纖激光器的腔內(nèi)損耗，由此形成周期性的激光調(diào)Q脈沖，通過周期性地施加電壓和撤除電壓，光纖激光器就可以形成脈沖重復(fù)頻率與施加電壓頻率相同的激光脈沖，并部分經(jīng)由低反射率光纖光柵輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于周期性疇反轉(zhuǎn)晶體電光調(diào)Q的脈沖光纖激光器，其特征在于所述的周期性疇反轉(zhuǎn)晶體(7)是疇反轉(zhuǎn)周期在12 30微米、晶體材料為鎂摻雜鈮酸鋰的晶體器件，周期性疇反轉(zhuǎn)晶體(7)的兩側(cè)面鍍有金屬電極或與金屬電極緊密接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于周期性疇反轉(zhuǎn)晶體電光調(diào)Q的脈沖光纖激光器，其特征在于所述的偏振分光鏡(6)是偏振分光棱鏡或偏振濾光片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于周期性疇反轉(zhuǎn)晶體電光調(diào)Q的脈沖光纖激光器，其特征在于所述的雙包層光纖(4)是摻Y(jié)b或摻Tm的偏振保持光纖。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于周期性疇反轉(zhuǎn)晶體電光調(diào)Q的脈沖光纖激光器，其特征在于所述的高反射率光纖光柵(3)和低反射率光纖光柵(9)是在1020 1090nm波段或1900 2000nm波段具有反射率的光纖光柵，作為光纖激光器的諧振腔。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于周期性疇反轉(zhuǎn)晶體電光調(diào)Q的脈沖光纖激光器，其特征在于所述的低反射率光纖光柵(9)是在1020 1090nm波段或1900 2000nm波段具有反射率的光纖光柵，與激光反射鏡(10)共同作為光纖激光器的諧振腔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于周期性疇反轉(zhuǎn)晶體電光調(diào)Q的脈沖光纖激光器。它由多個(gè)半導(dǎo)體激光泵浦源、多模光纖合束器、高反射率光纖光柵、雙包層光纖、左側(cè)光纖準(zhǔn)直鏡、偏振分光棱鏡、周期性疇反轉(zhuǎn)晶體、右側(cè)光纖準(zhǔn)直鏡和低反射率光纖光柵組成。通過在周期性疇反轉(zhuǎn)晶體的兩側(cè)面施加直流電壓，可以控制經(jīng)過該晶體的激光偏振方向，使之發(fā)生期望的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)，并由此改變光纖激光腔內(nèi)的損耗值；通過周期性地施加電壓和撤除電壓，光纖激光器就可以形成脈沖重復(fù)頻率與施加電壓頻率相同的激光脈沖輸出。本發(fā)明可獲得一種結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，具有很好抗光反饋能力，在輸出端不需要激光隔離器、成本較低又具有很好長期穩(wěn)定性的新型高功率脈沖光纖激光器。
文檔編號(hào)H01S3/115GK103199418SQ20131012456
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月11日
發(fā)明者沈永行, 姜培培 申請(qǐng)人:杭州鐳克普光電技術(shù)有限公司