采用光纖耦合泵浦光輸入和輸出的脈沖激光模塊的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種采用光纖耦合泵浦光輸入和輸出的脈沖激光模塊，主要包括連接泵浦源和輸出到放大系統(tǒng)的尾纖、自聚焦透鏡和增益介質(zhì)及可飽和吸收體復(fù)合晶體。本實用新型采用光纖耦合泵浦光輸入和光纖耦合輸出脈沖激光，自聚焦透鏡作為空間光與光纖的光學(xué)耦合元件，增益介質(zhì)和可飽和吸收體復(fù)合晶體與TEC控溫物質(zhì)結(jié)合使振蕩源體積大大縮小，是一種結(jié)構(gòu)緊湊，簡單實用，不易損壞，易于更換，性能穩(wěn)定，脈沖寬度和重復(fù)頻率可控的光纖耦合微型集成化納秒脈沖激光模塊。
【專利說明】采用光纖耦合泵浦光輸入和輸出的脈沖激光模塊
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及激光【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為制作一種光纖耦合微型集成化納秒脈沖激光模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]納秒脈沖光纖激光器在激光加工領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，如激光打標(biāo)等方面。目前在光纖中產(chǎn)生納秒激光脈沖的方法主要有兩種:一是采用光纖耦合聲光調(diào)制器加入光纖激光器獲得納秒脈沖，而光纖耦合聲光調(diào)制器結(jié)構(gòu)和制作工藝復(fù)雜，成本較高；二是通過光纖放大器放大波長在I微米左右的納秒脈沖激光種子源獲得高功率脈沖激光，這種種子源通常由半導(dǎo)體激光二極管產(chǎn)生。波長在I微米左右的脈沖半導(dǎo)體激光二極管制作工藝復(fù)雜，成本很高，并且在使用過程中十分容易受到反饋光的照射而損壞。最重要的是I微米波段的脈沖半導(dǎo)體激光二極管的制備技術(shù)目前掌握在國外企業(yè)手中，我們國家均需要從國外進口，從而使得我國高功率脈沖光纖激光器的發(fā)展受制于國外技術(shù)。
[0003]而幾種現(xiàn)有的產(chǎn)生納秒激光脈沖的技術(shù)方案，如申請?zhí)枮?00810089810876.X，名為“Q開關(guān)微型激光器設(shè)備與使用方法”的中國專利申請，申請?zhí)枮?01220220851.3，名為“基于鍵合晶體的被動調(diào)Q激光器”的中國實用新型專利申請，其輸入和輸出泵浦方式依然為自由空間傳輸，沒有辦法與當(dāng)前發(fā)展迅速的光纖激光器進行匹配。此外，現(xiàn)有的涉及光纖耦合技術(shù)在激光器中的應(yīng)用，如申請?zhí)?01010114196.9，名為“一種全光纖激光合成器件及其制備方法”的中國專利申請，僅僅是一種使用光纖進行耦合輸入和輸出的實現(xiàn)方案，并非可產(chǎn)生激光脈沖的元件，并不包含增益介質(zhì)和調(diào)Q器件。再如申請?zhí)?01010106703.6，名為“光纖放大器種子源模塊”的中國專利申請，是采用電光調(diào)制器件對連續(xù)半導(dǎo)體激光器進行調(diào)制從而獲得納秒脈沖，由于采用電光調(diào)制器件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，另外由于是對半導(dǎo)體激光器進行調(diào)制，所以激光波長受到限制。所以這些與本專利涉及的內(nèi)容有較大差別。
[0004]綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中急需一種結(jié)構(gòu)緊湊、實用性強、易于更換、成本較低、性能穩(wěn)定、脈沖寬度和重復(fù)頻率可控的光纖耦合的微型集成化納秒脈沖激光模塊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、實用性強、不易損壞、易于更換、性能穩(wěn)定、脈沖寬度和重復(fù)頻率可控的光纖耦合的微型集成化納秒脈沖激光模塊。為了達到上述目的，本實用新型通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0006]一種光纖耦合的微型集成化納秒脈沖激光模塊，主要包括連接泵浦源和輸出到放大系統(tǒng)的尾纖、自聚焦透鏡和增益介質(zhì)及可飽和吸收體復(fù)合晶體；
[0007]所述尾纖包含輸入端和輸出端，連接在兩塊自聚焦透鏡一側(cè)；
[0008]所述自聚焦透鏡的兩端面鍍有在泵浦光波長的高增透膜，放置在所述增益介質(zhì)及可飽和吸收體復(fù)合晶體的入射面一側(cè)，利用所述尾纖將泵浦源發(fā)出的光經(jīng)過自聚焦透鏡匯聚到所述增益介質(zhì)及飽和吸收體復(fù)合晶體中；[0009]所述增益介質(zhì)及可飽和吸收體復(fù)合晶體的入射端面鍍有在泵浦光波長的高透膜和在振蕩光波長的高反膜，另一端面鍍有在振蕩光波長的高透膜，所述增益介質(zhì)可飽和吸收體復(fù)合晶體發(fā)出的光后由其兩端面所鍍的膜反射和部分透射，形成激光振蕩，經(jīng)過所述兩端面鍍有在振蕩光波長的高透膜的自聚焦透鏡耦合進入尾纖輸出。
[0010]前面所述的微型集成化納秒脈沖激光模塊，優(yōu)選的方案在于，所述尾纖的輸入端和輸出端之外設(shè)有光纖連接器。
[0011]前面所述的微型集成化納秒脈沖激光模塊，優(yōu)選的方案在于，所述泵浦源為半導(dǎo)體激光二極管(更加優(yōu)選的，所述半導(dǎo)體激光二極管用光纖將泵浦光導(dǎo)入)。
[0012]前面所述的微型集成化納秒脈沖激光模塊，優(yōu)選的方案在于，所述自聚焦透鏡尺寸為 03mm X 9mm η
[0013]前面所述的微型集成化納秒脈沖激光模塊，優(yōu)選的方案在于，所述增益介質(zhì)及可飽和吸收體復(fù)合晶體為Nd:YAG + Cr4+:YAG，其尺寸為03mmX9mm (更加優(yōu)選的，Nd:YAG尺寸為 03_X6mm, Cr4+: YAG 尺寸為 03_X3mm, Cr4+: YAG 透過率為 65%)。
[0014]前面所述的微型集成化納秒脈沖激光模塊，優(yōu)選的方案在于，所述增益介質(zhì)及可飽和吸收體復(fù)合晶體輸出端面鍍有對1064nm部分透射的高透膜(更加優(yōu)選的，透過率為10% ~15%)。
[0015]前面所述的微型集成化納秒脈沖激光模塊，優(yōu)選的方案在于，所述增益介質(zhì)及可飽和吸收體復(fù)合晶體與連接有控溫模塊的TEC控溫器件相粘合。
[0016]前面所述的 微型集成化納秒脈沖激光模塊，優(yōu)選的方案在于，TEC控溫器件的控溫物質(zhì)為TEC，其尺寸為5mmX5mmX9mm (更加優(yōu)選的，控制溫度范圍為30_33°C)。
[0017]本實用新型提供的一種光纖耦合的微型集成化納秒脈沖激光模塊，主要包括輸入和輸出尾纖、自聚焦透鏡、激光晶體、可飽和吸收體、諧振腔，一種光纖耦合的微型集成化納秒脈沖激光模塊，主要包括連接泵浦源的輸入端尾纖、自聚焦透鏡、兩端面直接鍍膜的增益介質(zhì)和可飽和吸收體復(fù)合晶體，自聚焦透鏡、脈沖激光耦合輸出的輸出端尾纖和光纖連接器，所述的輸入端尾纖放在所述的自聚焦透鏡的一側(cè)；所述自聚焦透鏡的兩端面鍍有在泵浦光波長的高增透膜，放置在所述增益介質(zhì)可飽和吸收體控溫材料復(fù)合晶體的入射面一偵牝?qū)⒂奢斎攵宋怖w輸入的泵浦光匯聚到所述增益介質(zhì)和可飽和吸收體的復(fù)合晶體中；所述增益介質(zhì)和可飽和吸收體的復(fù)合晶體的入射端面鍍有在泵浦光波長的高透膜和在振蕩光波長的高反膜，另一端面鍍有在振蕩光波長的部分透過膜；所述光纖連接器包括輸入端面的尾纖處和輸出端面的尾纖處，所述的光纖連接器主要是方便該模塊的連接和更換；所述增益介質(zhì)和可飽和吸收體的復(fù)合晶體發(fā)出的光在經(jīng)由自身飽和吸收體調(diào)Q之后，經(jīng)過其兩端面所鍍膜的反射和部分透射，形成激光振蕩，經(jīng)過所述兩端面鍍有在振蕩光波長的高透膜的自聚焦透鏡耦合進入尾纖輸出。
[0018]本實用新型一種光纖耦合的微型集成化納秒脈沖激光模塊所用的復(fù)合晶體為增益介質(zhì)和可飽和吸收體復(fù)合晶體且兩端鍍膜，底面與控溫器件TEC結(jié)合，并通過對TEC輸入電流的控制來控制復(fù)合晶體的溫度從而使輸出脈沖波形穩(wěn)定、脈沖寬度和重復(fù)頻率可控。而且在復(fù)合晶體兩端面直接鍍膜這種方式可以大大減小模塊的體積，并且復(fù)合晶體前后兩端面所鍍膜對泵浦激光二極管起到了很好地保護作用，可以有效防止反饋光過強損壞元件。在輸入輸出光纖之外還設(shè)計有光纖連接器，方便泵浦源、放大系統(tǒng)和該模塊的連接。[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型采用光纖耦合泵浦光輸入和光纖耦合輸出脈沖激光，自聚焦透鏡作為空間光與光纖的光學(xué)耦合元件，增益介質(zhì)和可飽和吸收體復(fù)合晶體與TEC控溫物質(zhì)結(jié)合使振蕩源體積大大縮小，設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)緊湊，簡單實用，不易損壞，易于更換，性能穩(wěn)定，脈沖寬度和重復(fù)頻率可控的光纖耦合微型集成化納秒脈沖激光模塊。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖I為本實用新型一種【具體實施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖。其中I :尾纖，2 :自聚焦透鏡，3 :鍍膜的復(fù)合晶體（Nd: YAG & Cr4+: YAG)，4 :TEC控溫器件，5 :1064nm反射，泵浦光透射膜，6 ：1064nm部分透射膜，7 :控溫模塊。
[0021]圖2為在所要求的溫度調(diào)控范圍下，所得到的穩(wěn)定的脈沖序列。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合實施例和附圖詳細描述本實用新型的技術(shù)方案，但保護范圍不被此限制。
[0023]實施例I 一種光纖稱合的微型集成化納秒脈沖激光模塊，結(jié)構(gòu)可參考圖I所不，主要包括連接泵浦源(半導(dǎo)體激光二極管，用光纖將泵浦光導(dǎo)入）和輸出到放大系統(tǒng)的尾纖、自聚焦透鏡和增益介質(zhì)及可飽和吸收體復(fù)合晶體，
[0024]所述尾纖包含輸入端和輸出端，連接在兩塊自聚焦透鏡一側(cè)；
[0025]所述自聚焦透鏡(尺寸為03mmX9mm)的兩端面鍍有在泵浦光波長的高增透膜，放置在所述增益介質(zhì)及可飽和吸收體復(fù)合晶體的入射面一側(cè)，利用所述尾纖將泵浦源發(fā)出的光經(jīng)過自聚焦透鏡匯聚到所述增益介質(zhì)及飽和吸收體復(fù)合晶體中；
`[0026]所述增益介質(zhì)及可飽和吸收體復(fù)合晶體（Nd:YAG + Cr4+: YAG,其尺寸為03_X9mm,Nd: YAG尺寸為 03_X6mm, Cr4+: YAG尺寸為 03_X 3mm, Cr4+: YAG透過率為 65%)的入射端面鍍有在泵浦光波長的高透膜和在振蕩光波長的高反膜，另一端面鍍有在振蕩光波長的高透膜(對1064nm部分透射的高透膜，透過率為10%~15%)，所述增益介質(zhì)可飽和吸收體復(fù)合晶體發(fā)出的光由其兩端面所鍍的膜反射和部分透射，形成激光振蕩，經(jīng)過所述兩端面鍍有在振蕩光波長的高透膜的自聚焦透鏡耦合進入尾纖輸出。增益介質(zhì)及可飽和吸收體復(fù)合晶體與連接有控溫模塊的TEC控溫器件相粘合，TEC控溫器件的控溫物質(zhì)為TEC，其尺寸為5mmX 5mm X 9mm,控制溫度范圍為30~33 °C。
[0027]實施例2 —種光纖稱合的微型集成化納秒脈沖激光模塊,結(jié)構(gòu)仍可參考圖I所示，與實施例I不同的是，所述尾纖的輸入端和輸出端之外設(shè)有光纖連接器。
[0028]實施例3 —種光纖耦合的微型集成化納秒脈沖激光模塊，結(jié)構(gòu)仍可圖I所示，主要包括連接泵浦源的輸入光纖、自聚焦透鏡、增益介質(zhì)可飽和吸收體復(fù)合晶體、溫度控制器件、自聚焦透鏡、耦合輸出光纖。
[0029]所述自聚焦透鏡的兩端面鍍有在泵浦光波長的高增透膜，放置在所述增益介質(zhì)可飽和吸收體控溫材料復(fù)合晶體的入射面一側(cè)，利用所述的尾纖將泵浦源發(fā)出的光經(jīng)過自聚焦透鏡匯聚到所述增益介質(zhì)課飽和吸收體控溫材料復(fù)合晶體中；所述增益介質(zhì)可飽和吸收體控溫材料復(fù)合晶體的入射端面鍍有在泵浦光波長的高透膜和在振蕩光波長的高反膜，另一端面鍍有在振蕩光波長的高透膜；所述自聚焦透鏡的兩端面鍍有在振蕩光波長的高增透膜，將輸出光I禹合進入輸出光纖。
[0030]一種光纖耦合的微型集成化納秒脈沖激光模塊，其核心構(gòu)件為是帶有控溫器件的增益介質(zhì)和可飽和吸收體的復(fù)合晶體，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，所述復(fù)合激光晶體為NchYAG +Cr4+:YAG且在其入射端鍍有對泵浦光波長透射和1064nm波長全反射的光學(xué)薄膜，輸出端鍍有對1064nm部分透射，透過率為10%?15%。上述復(fù)合晶體與TEC溫度控制器件粘合，實現(xiàn)對晶體溫度的控制，溫度的控制范圍為30°C?33°C。圖2為在所要求的溫度調(diào)控范圍下，所得到的穩(wěn)定的脈沖序列。
[0031]最后應(yīng)說明的是，該實施方式僅用以說明本實用新型的事實方案而非局限于此。對本實用新型的輕易替換和更改，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護之內(nèi)。
[0032]本發(fā)明的完成得益于下述基金資助:國家自然科學(xué)基金(N0.61275147)和山東省“泰山學(xué)者”建設(shè)工程專項經(jīng)費資助。
【權(quán)利要求】
1.一種光纖耦合的微型集成化納秒脈沖激光模塊，主要包括連接泵浦源和輸出到放大系統(tǒng)的尾纖、自聚焦透鏡和增益介質(zhì)及可飽和吸收體復(fù)合晶體，其特征在于: 所述尾纖包含輸入端和輸出端，連接在兩塊自聚焦透鏡一側(cè)； 所述自聚焦透鏡的兩端面鍍有在泵浦光波長的高增透膜，放置在所述增益介質(zhì)及可飽和吸收體復(fù)合晶體的入射面一側(cè)，利用所述尾纖將泵浦源發(fā)出的光經(jīng)過自聚焦透鏡匯聚到所述增益介質(zhì)及可飽和吸收體復(fù)合晶體中； 所述增益介質(zhì)及可飽和吸收體復(fù)合晶體的入射端面鍍有在泵浦光波長的高透膜和在振蕩光波長的聞反I旲，另一端面鍛有在振蕩光波長的聞透II旲； 所述增益介質(zhì)及可飽和吸收體復(fù)合晶體發(fā)出的光由其兩端面所鍍的膜反射和部分透射，形成激光振蕩，經(jīng)過所述兩端面鍍有在振蕩光波長的高透膜的自聚焦透鏡耦合進入尾纖輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型集成化納秒脈沖激光模塊，其特征在于，所述尾纖的輸入端和輸出端之外設(shè)有光纖連接器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型集成化納秒脈沖激光模塊，其特征在于，所述泵浦源為半導(dǎo)體激光二極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型集成化納秒脈沖激光模塊，其特征在于，所述振蕩光為納秒脈沖激光。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型集成化納秒脈沖激光模塊，其特征在于，所述自聚焦透鏡尺寸為 03111111X9111111。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型集成化納秒脈沖激光模塊，其特征在于，所述增益介質(zhì)及可飽和吸收體復(fù)合晶體為+其尺寸為03111111X9111111。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微型集成化納秒脈沖激光模塊，其特征在于，所述增益介質(zhì)及可飽和吸收體復(fù)合晶體輸出端面鍍有對1064！?。。?！部分透射的高透膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求5-6任一所述的微型集成化納秒脈沖激光模塊，其特征在于，所述增益介質(zhì)及可飽和吸收體復(fù)合晶體與連接有控溫模塊的控溫器件相粘合。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微型集成化納秒脈沖激光模塊，其特征在于，控溫器件的控溫物質(zhì)為了％，其尺寸為5111111X5111111X9111111。
【文檔編號】H01S3/16GK203631971SQ201320791157
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】張丙元, 宋琦, 王國菊, 王文軍 申請人:聊城大學(xué)