一種脈寬可配置的調(diào)q脈沖激光振蕩器的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種脈寬可配置的調(diào)Q脈沖激光振蕩器，包括激光增益與調(diào)Q部、光纖長度配置部和光纖光柵，所述的激光增益與調(diào)Q部與光纖長度配置部連接，所述的光纖長度配置部與光纖光柵連接，所述的激光增益與調(diào)Q部用于產(chǎn)生激光，所述的光纖長度配置部用于配置調(diào)Q諧振腔長度。本實用新型實現(xiàn)了一種高光束品質(zhì)、高穩(wěn)定性、脈沖寬度小、峰值功率高、低成本、脈沖寬度可配置的激光振蕩器，解決現(xiàn)有調(diào)Q固體激光器光束質(zhì)量差，穩(wěn)定性低和調(diào)Q脈沖光纖激光器脈沖寬，峰值功率難以提高的問題。
【專利說明】—種脈寬可配置的調(diào)Q脈沖激光振蕩器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種脈寬可配置的調(diào)Q脈沖激光振蕩器。
【背景技術(shù)】
[0002]激光加工技術(shù)是利用激光束與物質(zhì)相互作用的特性對材料(金屬與非金屬)加工的一門技術(shù)。激光加工作為先進制造技術(shù)已廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的重要部分。而工業(yè)用激光器作為全新的高端制造設(shè)備將在各個領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮重要作用。相對于連續(xù)激光器而言，脈寬為納秒級的高重復(fù)頻率脈沖激光器在工業(yè)加工、醫(yī)療衛(wèi)生、生化檢測、科學(xué)研究、軍事國防等許多領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。在許多實際應(yīng)用中，要求激光光源在具有高重復(fù)頻率和高光束質(zhì)量的同時，還要有很高的峰值功率。壓窄脈寬是獲得高峰值功率的一種行之有效的技術(shù)。
[0003]用于激光加工的理想光源是輸出光束品質(zhì)高，脈寬，重復(fù)頻率和峰值功率可調(diào)，高可靠性，高穩(wěn)定性的激光光源。傳統(tǒng)的全固態(tài)調(diào)Q激光器用摻雜晶體作為工作介質(zhì)，具有輸出光束品質(zhì)差，重復(fù)頻率低，脈寬固定等缺點，并且難以滿足高可靠性和高穩(wěn)定性的要求。
[0004]光纖調(diào)Q激光器雖然解決了全固態(tài)激光器光束品質(zhì)差，重復(fù)頻率固定和穩(wěn)定性差的缺點，但是仍具有輸出脈寬固定，脈沖寬度較長等難以克服的困難。
[0005]目前，基于種子光源主振蕩功率放大(MOPA)方式的光纖脈沖激光器可獲得較高脈沖能量和較高平均功率輸出，可用于產(chǎn)生高峰值功率和窄脈寬激光脈沖。但是，其使用LD(laser diode,激光二極管)的輸出光作為放大器的種子光，由于LD輸出的種子光功率低，需要多級放大才能獲得高輸出功率。為防止放大器產(chǎn)生自激，需要在光纖放大器級間加入光隔離器，增加了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，價格昂貴。
[0006]目前在加工制造行業(yè)獲得廣泛應(yīng)用的激光器為二極管泵浦全固態(tài)激光器和光纖調(diào)Q脈沖激光器。但是這兩種激光器都不能滿足激光加工對于理想光源:高光束品質(zhì)，脈寬，重復(fù)頻率和峰值功率可調(diào)，高可靠性，高穩(wěn)定性的要求。
[0007]光纖調(diào)Q脈沖激光器以摻雜光纖作為增益介質(zhì)，由于非線性效應(yīng)、放大自發(fā)輻射及光纖端面激光損傷等因素的影響，采用光纖激光器實現(xiàn)窄脈寬高峰值功率激光輸出難度較高。盡管脈沖光纖激光器的輸出功率已可達到百瓦量級，但由于光纖的導(dǎo)波結(jié)構(gòu)模體積小，并且受到摻雜濃度的限制，其單位長度光纖增益低，需要較長的摻雜光纖作為增益介質(zhì)，因此光纖調(diào)Q脈沖激光器的振蕩器諧振腔普遍較長，脈寬較寬，峰值功率難以進一步提聞。
[0008]全固態(tài)激光器以稀土摻雜的激光晶體作為增益介質(zhì)。由于激光晶體的增益高，因此可產(chǎn)生窄脈寬，高峰值功率的激光脈沖。但也因此全固態(tài)調(diào)Q激光器的穩(wěn)定性較差，并且其光束質(zhì)量普遍較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本實用新型要解決的技術(shù)問題，在于提供一種脈寬可配置的調(diào)Q脈沖激光振蕩器，解決現(xiàn)有固體激光器光束質(zhì)量差，穩(wěn)定性低和光纖激光器脈沖寬，峰值功率難以提高的問題。
[0010]本實用新型是這樣實現(xiàn)的:
[0011]一種脈寬可配置的調(diào)Q脈沖激光振蕩器，包括激光增益與調(diào)Q部、光纖長度配置部和光纖光柵，所述的激光增益與調(diào)Q部與光纖長度配置部連接，所述的光纖長度配置部與光纖光柵連接，所述的激光增益與調(diào)Q部用于產(chǎn)生激光，所述的光纖長度配置部用于配置振蕩器諧振腔長度。
[0012]進一步地，所述的激光增益與調(diào)Q部為調(diào)Q激光提供激光增益與諧振腔的Q值調(diào)制。
[0013]進一步地，所述的激光增益與調(diào)Q部包括依次相互連接的泵浦源、固體激光增益介質(zhì)、調(diào)Q元件，光纖準(zhǔn)直器，所述的光纖準(zhǔn)直器與所述的光纖長度配置部連接。
[0014]進一步地，所述的泵浦源為一種可以在激光增益介質(zhì)泵浦吸收能帶內(nèi)提供光學(xué)能量，能夠提供產(chǎn)生激光增益介質(zhì)激射所需粒子數(shù)反轉(zhuǎn)所需的抽運能量的光學(xué)泵浦源。
[0015]進一步地，所述的固體激光增益介質(zhì)為在泵浦波長具有光學(xué)吸收并在相應(yīng)的激射波長具有受激輻射增益的激光晶體或激光玻璃。
[0016]進一步地，所述的固體激光增益介質(zhì)上遠離調(diào)Q元件一側(cè)有第一高反射膜。
[0017]進一步地，所述的固體激光增益介質(zhì)遠離調(diào)Q元件一側(cè)具有光學(xué)元件，并且在此光學(xué)兀件上有第一高反射膜。
[0018]進一步地，所述的第一高反射膜為對固體激光增益介質(zhì)的激射波長具有較高反射率的高反射膜。
[0019]進一步地,所述的調(diào)Q元件為電光調(diào)Q元件。
[0020]進一步地,所述的調(diào)Q元件為聲光調(diào)Q元件。
[0021]進一步地，所述的光纖準(zhǔn)直器為帶有尾纖的光纖準(zhǔn)直器。
[0022]進一步地，所述的光纖準(zhǔn)直器的尾纖為單模光纖。
[0023]進一步地，所述的光纖長度配置部包括第一光纖接頭、第二光纖接頭和光纖延遲線，所述的光纖延遲線兩端分別與第一光纖接頭、第二光纖接頭連接，所述第一光纖接頭與所述的激光增益與調(diào)Q部連接，所述的第二光纖接頭與所述的光纖光柵連接。
[0024]進一步地，所述的第一光纖接頭和第二光纖接頭可以為FC接頭、SC接頭，ST接頭或光纖準(zhǔn)直器對接頭。
[0025]進一步地，所述的光纖延遲線為單模光纖。
[0026]以及本實用新型還提供一種脈寬可配置的激光器，包括依次連接的激光振蕩器、第一傳輸光纖、泵浦合束器、第二傳輸光纖、隔離器、擴束器，其特征在于:所述的激光振蕩器為上述任一種激光振蕩器。
[0027]本實用新型具有如下優(yōu)點:本實用新型的激光振蕩器具有光束品質(zhì)高、穩(wěn)定性高、脈沖寬度可配置、峰值功率高、成本低等優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]下面參照附圖結(jié)合實施例對本實用新型作進一步的說明。
[0029]圖1為本實用新型優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。[0030]圖2為本實用新型另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0031]請參閱圖1所示，以下將對本實用新型的實施方式進行詳細說明。
[0032]如圖1所示，一種脈寬可配置的調(diào)Q脈沖激光振蕩器，包括激光增益與調(diào)Q部1、光纖長度配置部2和光纖光柵3，激光增益與調(diào)Q部I與光纖長度配置部2連接，光纖長度配置部2與光纖光柵3連接。激光增益與調(diào)Q部I用于產(chǎn)生激光，光纖長度配置部2用于配置調(diào)Q脈沖激光振蕩器諧振腔長度。激光增益與調(diào)Q部I產(chǎn)生的激光會經(jīng)過光纖長度配置部2中的光纖和光纖光柵3進行輸出。本實用新型的激光振蕩器采用自由空間光學(xué)和光纖混合結(jié)構(gòu)，利用激光的脈寬與諧振腔的腔長有關(guān)的原理。諧振腔腔長越長，光在諧振腔內(nèi)的渡越時間越長，輸出激光的脈寬也就越寬。光纖長度配置部2作為諧振腔的一部分，通過光纖長度配置部2對光纖長度配置部2內(nèi)的光纖長度的配置，從而改變諧振腔的長度，從而改變激光輸出的脈寬，達到對激光脈寬配置的目的。
[0033]激光增益與調(diào)Q部I作為激光的產(chǎn)生部分，具有多種實現(xiàn)方式，調(diào)Q激光具有脈沖能量高，峰值功率高，激光頻率可調(diào)的優(yōu)點。具體的，如圖1所示，激光增益與調(diào)Q部I包括依次相互連接的泵浦源11、固體激光增益介質(zhì)12、調(diào)Q元件13，光纖準(zhǔn)直器14，光纖準(zhǔn)直器14與光纖長度配置部2連接。也可以為如圖2所示，激光增益與調(diào)Q部I包括依次相互連接的自由空間光輸出激光二極管15、激光整形與準(zhǔn)直元件16、調(diào)Q元件13，光纖準(zhǔn)直器14，光纖準(zhǔn)直器14與光纖長度配置部2連接。
[0034]優(yōu)選地，泵浦源11為一種可以在激光增益介質(zhì)泵浦吸收能帶內(nèi)提供光學(xué)能量，能夠提供產(chǎn)生激光增益介質(zhì)激射所需粒子數(shù)反轉(zhuǎn)所需的抽運能量的光學(xué)泵浦源。固體激光增益介質(zhì)12優(yōu)選為在泵浦波長具有光學(xué)吸收并在相應(yīng)的激射波長具有受激輻射增益的固體激光增益介質(zhì)。固體激光增益介質(zhì)提供的高激光增益保證了振蕩器輸出功率。為了增加泵浦光的耦合效率和減少光的損耗，在固體激光增益介質(zhì)12的遠離調(diào)Q元件13 —側(cè)有第一高反射膜，或是在固體激光增益介質(zhì)外遠離調(diào)Q元件13 —側(cè)具有光學(xué)元件，并且在此光學(xué)元件上有第一高反射膜。具體實施時，固體激光增益介質(zhì)12的輸出端要面對準(zhǔn)調(diào)Q元件13。調(diào)Q元件13實現(xiàn)對輸出光的頻率調(diào)制，可以為常見的電光調(diào)Q元件或聲光調(diào)Q元件。光纖準(zhǔn)直器14為帶有尾纖的光纖準(zhǔn)直器，光纖準(zhǔn)直器14的尾纖為單模光纖，光纖準(zhǔn)直器14的尾纖與光纖長度配置部2相接。
[0035]光纖長度配置部2包括第一光纖接頭20、第二光纖接頭21和光纖延遲線22，光纖延遲線22兩端分別與第一光纖接頭20、第二光纖接頭21連接，第一光纖接頭20與激光增益與調(diào)Q部I連接，第二光纖接頭21與光纖光柵3連接。當(dāng)激光增益與調(diào)Q部I為上述實施例時，第一光纖接頭20具體地與激光增益與調(diào)Q部I的光纖準(zhǔn)直器14連接。利用第一光纖接頭20和第二光纖接頭21可以方便地更換不同長度的光纖延遲線，從而實現(xiàn)可配置多種長度和類型的光纖延遲線。光纖延遲線為單模光纖，第一光纖接頭20和第二光纖接頭21可以是FC接頭、SC接頭、ST接頭或光纖準(zhǔn)直器對接頭。
[0036]下面以在本實用新型的激光振蕩器的泵浦光是808nm為例對本實用新型的具體工作原理進行說明。
[0037]泵浦源11采用輸出中心波長為808nm的泵浦源。當(dāng)本實用新型的激光振蕩器開始工作時，泵浦源11會發(fā)出808nm的泵浦光。保證泵浦源11的光有效的輸入到固體激光增益介質(zhì)12中。固體激光增益介質(zhì)12在808nm泵浦光的作用下產(chǎn)生1064nm的激光。固體激光增益介質(zhì)12的遠離調(diào)Q元件13 —側(cè)有第一高反射膜，或是在固體激光增益介質(zhì)外遠離調(diào)Q元件13 —側(cè)具有光學(xué)元件，并且在此光學(xué)元件上有第一高反射膜。而后激光晶體12的輸出光會進入調(diào)Q元件13，調(diào)Q元件13具有較小的插入損耗，實現(xiàn)對輸出光的頻率調(diào)制。
[0038]調(diào)Q元件13的輸出光會進入光纖準(zhǔn)直器14。光纖準(zhǔn)直器14接受來自于調(diào)Q元件13的激光脈沖，激光脈沖通過光纖準(zhǔn)直器14向單模光纖的準(zhǔn)直耦合可以起到單橫模的模式選擇作用，保證振蕩器的高光束品質(zhì)輸出。最后激光經(jīng)過光纖長度配置部2的第一光纖接頭20、光纖延遲線22、第二光纖接頭21和光纖光柵3后輸出。
[0039]第一高反射膜與光纖光柵3構(gòu)成振蕩器的諧振腔，通過改變光纖延遲線22的長度可以大幅度的改變諧振腔的腔長，實現(xiàn)對輸出激光脈沖的脈寬和峰值功率的調(diào)制，而振蕩器輸出脈沖激光的頻率可以通過調(diào)Q元件14實現(xiàn)調(diào)制，則本實用新型的激光振蕩器可以實現(xiàn)對激光脈沖的頻率、脈寬和峰值功率的調(diào)制，從而獲得輸出脈沖可配置的穩(wěn)定調(diào)Q輸出。
[0040]同時，其中，光纖準(zhǔn)直器和光纖延長線、輸出光柵之間使用光纖連接，可有效避免振動的影響。自由空間光學(xué)部分:泵浦源、固體激光增益介質(zhì)、調(diào)Q元件、光纖準(zhǔn)直器可以采用一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可有效避免震動的影響，該結(jié)構(gòu)已經(jīng)過多年工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用的驗證，具有非常高的可靠性。
[0041]在本實用新型激光振蕩器的基礎(chǔ)上，本實用新型還提供一種脈寬可配置的激光器，包括依次連接的激光振蕩器、第一傳輸光纖、泵浦合束器、第二傳輸光纖、隔離器、擴束器，激光振蕩器為上述的激光振蕩器。
[0042]雖然以上描述了本實用新型的【具體實施方式】，但是熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，我們所描述的具體的實施例只是說明性的，而不是用于對本實用新型的范圍的限定，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在依照本實用新型的精神所作的等效的修飾以及變化，都應(yīng)當(dāng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求所保護的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種脈寬可配置的調(diào)Q脈沖激光振蕩器，其特征在于:包括激光增益與調(diào)Q部、光纖長度配置部和光纖光柵，所述的激光增益與調(diào)Q部與光纖長度配置部連接，所述的光纖長度配置部與光纖光柵連接，所述的激光增益與調(diào)Q部用于產(chǎn)生激光，所述的光纖長度配置部用于配置振蕩器諧振腔長度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脈寬可配置的調(diào)Q脈沖激光振蕩器，其特征在于:所述的激光增益與調(diào)Q部為調(diào)Q激光提供激光增益與諧振腔的Q值調(diào)制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脈寬可配置的調(diào)Q脈沖激光振蕩器，其特征在于:所述的激光增益與調(diào)Q部包括依次相互連接的泵浦源、固體激光增益介質(zhì)、調(diào)Q元件，光纖準(zhǔn)直器，所述的光纖準(zhǔn)直器與所述的光纖長度配置部連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種脈寬可配置的調(diào)Q脈沖激光振蕩器，其特征在于:所述的泵浦源為一種可以在激光增益介質(zhì)泵浦吸收能帶內(nèi)提供光學(xué)能量，能夠提供產(chǎn)生激光增益介質(zhì)激射所需粒子數(shù)反轉(zhuǎn)所需的抽運能量的光學(xué)泵浦源。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種脈寬可配置的調(diào)Q脈沖激光振蕩器，其特征在于:所述的固體激光增益介質(zhì)為在泵浦波長具有光學(xué)吸收并在相應(yīng)的激射波長具有受激輻射增益的激光晶體或激光玻璃。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種脈寬可配置的調(diào)Q脈沖激光振蕩器，其特征在于:所述的調(diào)Q元件為電光調(diào)Q元件或聲光調(diào)Q元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脈寬可配置的調(diào)Q脈沖激光振蕩器，其特征在于:所述的光纖長度配置部包括第一光纖接頭、第二光纖接頭和光纖延遲線，所述的光纖延遲線兩端分別與第一光纖接頭、第二光纖接頭連接，所述第一光纖接頭與所述的激光增益與調(diào)Q部連接，所述的第二光纖接頭與所述的光纖光柵連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種脈寬可配置的調(diào)Q脈沖激光振蕩器，其特征在于:所述的第一光纖接頭和第二光纖接頭可以為FC接頭、SC接頭，ST接頭或光纖準(zhǔn)直器對接頭。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種脈寬可配置的調(diào)Q脈沖激光振蕩器，其特征在于:所述的光纖延遲線為單模光纖。
10.一種脈寬可配置的激光器，包括依次連接的激光振蕩器、第一傳輸光纖、泵浦合束器、第二傳輸光纖、隔離器、擴束器，其特征在于:所述的激光振蕩器為權(quán)利要求1到9任一所述的激光振蕩器。
【文檔編號】H01S3/067GK203631967SQ201320831177
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】楊健, 潘光輝 申請人:福建中科光匯激光科技有限公司