可調(diào)波形的高功率脈沖光纖激光器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種可調(diào)波形的高功率脈沖光纖激光器，用于提供種子脈沖和放大輸出的光路組件，用于驅(qū)動激光脈沖的驅(qū)動組件，用于檢測和調(diào)節(jié)激光脈沖輸出的控制組件。本實用新型可調(diào)波形高功率脈沖光纖激光器工作過程中通過頻率檢測模塊自動檢測激光器工作的重復頻率，從而不斷調(diào)節(jié)種子脈沖模塊的工作信號波形的幅度、脈寬及包絡(luò)中的一個或多個參數(shù)，借此可以保證高功率光纖激光器在不同重復頻率情況下均可得到較好有效單脈沖能量，從而得到較好的應(yīng)用效果。
【專利說明】可調(diào)波形的高功率脈沖光纖激光器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及激光器【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種可調(diào)波形的高功率脈沖光纖激光 器。

【背景技術(shù)】
[0002] 高功率光纖激光器具備光束質(zhì)量好、壽命長、轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點，在光纖通訊領(lǐng) 域、激光加工等領(lǐng)域具有重要的、無可取代的應(yīng)用。
[0003] 目前市場上主要應(yīng)用有調(diào)Q、鎖模、ΜΟΡΑ等類型的光纖激光器，然而調(diào)Q、鎖模不容 易實現(xiàn)頻率脈寬的調(diào)節(jié)，從而限制了應(yīng)用范圍。對于現(xiàn)有的ΜΟΡΑ技術(shù)，由于其放大后增益 飽和等影響使其波形改變，從而導致有效單脈沖能量降低，進而降低了光脈沖的有效利用 性。
[0004] 對于現(xiàn)有技術(shù)中的高功率光纖脈沖激光器，在環(huán)保及高效使用上存在明顯缺陷， 因此需要對其加以改進。 實用新型內(nèi)容
[0005] 本實用新型要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種可調(diào)波形的高功 率脈沖光纖激光器。
[0006] 本實用新型的技術(shù)方案包括一種可調(diào)波形的高功率脈沖光纖激光器，用于提供種 子脈沖和放大輸出的光路組件，用于驅(qū)動激光脈沖的驅(qū)動組件，用于檢測和調(diào)節(jié)激光脈沖 輸出的控制組件；其中，所述控制組件包括頻率檢測模塊、波形調(diào)節(jié)模塊、種子脈沖控制模 塊和放大控制模塊；所述頻率檢測模塊檢測脈沖光纖激光器的重復頻率，所述波形調(diào)節(jié)模 塊根據(jù)重復頻率檢測結(jié)果對種子激光器的工作信號波形的幅度、脈寬及包絡(luò)中的一個或多 個參數(shù)進行調(diào)節(jié)，使脈沖光纖激光器獲得較好單脈沖能量有效利用率。
[0007] 優(yōu)選地，所述控制組件還包括波形檢測模塊；所述波形檢測模塊實時地檢測脈沖 光纖激光器的輸出脈沖的單脈沖能量有效利用率，所述波形調(diào)節(jié)模塊根據(jù)頻率檢測模塊及 波形檢測模塊檢測結(jié)果實時對種子信號波形的幅度、脈寬及包絡(luò)中的一個或多個參數(shù)進行 調(diào)節(jié)，使可調(diào)波形的高功率脈沖光纖激光器的單脈沖能量有效利用率實時地保持預(yù)設(shè)S。 值。
[0008] 優(yōu)選地，所述光路組件包括種子脈沖模塊、以及對種子脈沖模塊輸出的脈沖進行 放大及輸出的放大輸出模塊；所述驅(qū)動組件包括用于驅(qū)動所述種子脈沖模塊的種子脈沖驅(qū) 動模塊、以及用于驅(qū)動所述放大輸出模塊的放大驅(qū)動模塊。
[0009] 優(yōu)選地，所述種子脈沖模塊包括沿光路依次布置的種子激光器、第一隔離器、第一 放大器、第二隔離器。
[0010] 優(yōu)選地，所述第一放大器包括第一放大光纖和第一泵浦合束器，所述第一隔離器、 第一放大光纖、第一泵浦合束器、第二隔離器沿光路依次布置，所述第一泵浦合束器連接第 一泵浦激光器。
[0011] 優(yōu)選地，所述第一泵浦激光器中心波長為915-980nm，所述第一放大光纖為有源單 包層光纖、雙包層光纖或多包層光纖。
[0012] 優(yōu)選地，所述放大輸出模塊包括沿光路依次布置的第二放大光纖、第二泵浦合束 器和第三隔離器，所述第二泵浦合束器連接第二泵浦激光器。
[0013] 優(yōu)選地，所述第二泵浦激光器中心波長為915-980nm，所述第二放大光纖為有源單 包層光纖、雙包層光纖或多包層光纖。
[0014] 優(yōu)選地，所述第三隔離器為帶有準直輸出的大功率隔離器，所述第三隔離器的輸 出端為所述脈沖光纖激光器的輸出端。
[0015] 優(yōu)選地，所述波形調(diào)節(jié)模塊包括幅度調(diào)節(jié)單元、脈寬調(diào)節(jié)單元、以及包絡(luò)調(diào)節(jié)單 元，分別用于脈沖波形的幅度、脈寬、包絡(luò)進行調(diào)節(jié)。
[0016] 本實用新型的有益效果包括：可調(diào)波形的高功率脈沖光纖激光器在工作過程中， 頻率檢測模塊不斷檢測激光器工作的重復頻率，同時波形調(diào)節(jié)模塊根據(jù)頻率檢測模塊檢測 到的結(jié)果不斷地對種子激光器的工作信號波形的幅度、脈寬及包絡(luò)中的一個或多個參數(shù)進 行調(diào)節(jié)，借此可以保證高功率光纖激光器在不同重復頻率情況下均可得到較好單脈沖能量 有效利用率，從而得到較好的應(yīng)用效果。
[0017] 更進一步地在優(yōu)選方案中，通過采用波形檢測模塊，激光器在工作過程中通過頻 率檢測模塊自動檢測激光器工作的重復頻率，同時通過波形檢測模塊的實時地檢測激光脈 沖經(jīng)放大后的單脈沖能量有效利用率的功能，對激光器中種子激光器工作波形中幅度、脈 寬及包絡(luò)中的一個或多個參數(shù)進行調(diào)節(jié)，使可調(diào)波形的高功率脈沖光纖激光器的單脈沖能 量有效利用率實時地保持預(yù)設(shè)\值，從而得到較好應(yīng)用效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1為本實用新型一實施例的高功率脈沖光纖激光器的示意圖。
[0019] 圖2為本實用新型一實施例的高功率脈沖光纖激光器的控制組件示意圖。
[0020] 圖3為本實用新型一實施例的高功率脈沖光纖激光器的控制組件示意圖。
[0021] 圖4為本實用新型一實施例的高功率脈沖光纖激光器的種子脈沖模塊示意圖。
[0022] 圖5為本實用新型一實施例的高功率脈沖光纖激光器的放大輸出模塊示意圖。
[0023] 圖6為本實用新型一實施例的高功率脈沖光纖激光器的波形調(diào)節(jié)模塊示意圖。
[0024] 圖7為本實用新型一實施例的高功率脈沖光纖激光器的高功率單脈沖形狀圖。

【具體實施方式】
[0025] 下面結(jié)合具體實施例及附圖對本實用新型作進一步詳細說明。下面詳細描述本實 用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示 相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例 性的，僅用于解釋本實用新型的技術(shù)方案，而不應(yīng)當理解為對本實用新型的限制。
[0026] 在本實用新型的描述中，術(shù)語"內(nèi)"、"外"、"縱向"、"橫向"、"上"、"下"、"頂"、"底" 等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實用新 型而不是要求本實用新型必須以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不應(yīng)當理解為對本實用新型 的限制。
[0027] 如圖1至6所示，提供一種單脈沖能量可調(diào)的高功率脈沖光纖激光器，該高功率脈 沖光纖激光器1000包括光路組件300,驅(qū)動組件200,控制組件100。光路組件300用于提 供種子脈沖和放大輸出，驅(qū)動組件200用于驅(qū)動激光脈沖，控制組件100用于檢測和調(diào)節(jié)激 光脈沖輸出。
[0028] 如圖2所示，控制組件100包括頻率檢測模塊110、波形調(diào)節(jié)模塊120、種子脈沖控 制模塊130和放大控制模塊140 ;頻率檢測模塊110檢測脈沖光纖激光器的重復頻率，波形 調(diào)節(jié)模塊120根據(jù)重復頻率檢測結(jié)果對種子激光器的工作信號的波形調(diào)節(jié)。
[0029] 如圖7所示，脈沖能量為面積41和面積42總和，其中面積41為有效單脈沖能量， 面積42為無效單脈沖能量，虛線43為激光應(yīng)用時某閾值峰值功率，當峰值功率低于閾值峰 值功率43為無效單脈沖能量42,峰值功率高于閾值功率43為有效單脈沖能量41。為了保 證高功率單脈沖光纖激光器的利用率，需要提高有效單脈沖能量，降低無效單脈沖能量，即 提高有效利用率S =面積41八面積41+面積42)的值。
[0030] 本實用新型的可調(diào)波形的高功率脈沖光纖激光器1000在工作過程中，頻率檢測 模塊110不斷檢測激光器工作的重復頻率，同時波形調(diào)節(jié)模塊120根據(jù)頻率檢測模塊110 檢測到的結(jié)果不斷地對種子激光器311工作信號波形的幅度、脈寬及包絡(luò)中的一個或多個 參數(shù)進行調(diào)節(jié)，借此可以保證高功率光纖激光器在不同重復頻率情況下均可得到較好單脈 沖能量有效利用率S值，從而得到較好的應(yīng)用效果。
[0031] 實施例1
[0032] 如圖3所示，控制組件100還包括波形檢測模塊150 ;波形檢測模塊150實時檢測 激光脈沖經(jīng)放大后的單脈沖能量有效利用率，波形調(diào)節(jié)模塊120根據(jù)頻率檢測模塊110和 波形檢測模塊150檢測結(jié)果實時對種子信號波形的幅度、脈寬及包絡(luò)中的一個或多個參數(shù) 進行調(diào)節(jié)。
[0033] 為保證波形可調(diào)的高功率脈沖光纖激光器1000真正地、實時地保持激光器預(yù)設(shè)\ 值，波形可調(diào)的高功率脈沖光纖激光器1000的頻率檢測模塊110在不斷地檢測種子激光器 311工作的重復頻率，波形調(diào)節(jié)模塊120使種子激光器311的工作信號的波形隨著重復頻率 的變化而進行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，在此工作重復頻率下波形檢測模塊150實時地不斷地檢測激光 器放大輸出的單脈沖能量有效利用率，波形調(diào)節(jié)模塊120使種子激光器311的工作信號的 波形隨著波形檢測模塊150檢測到的單脈沖能量有效利用率的變化而進行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，借 此使種子脈沖模塊310的脈沖進入放大輸出模塊320,輸出的光脈沖形狀隨著檢測到的單 脈沖能量有效利用率的變化而進行實時地調(diào)節(jié)，保證該脈沖光纖激光器1000實時地保持 激光器預(yù)設(shè)&值。
[0034] 在上述高功率脈沖光纖激光器或?qū)嵤├?基礎(chǔ)上，光路組件300包括種子脈沖模 塊310、以及對種子脈沖模塊輸出脈沖放大的放大輸出模塊320 ;驅(qū)動組件200包括用于 驅(qū)動種子脈沖模塊的種子脈沖驅(qū)動模塊210、以及用于驅(qū)動放大輸出模塊的放大驅(qū)動模塊 220。
[0035] 進一步地，如圖4所示，種子脈沖模塊310包括沿光路依次布置的種子激光器311、 第一隔離器312、第一放大器313、第二隔離器314。
[0036] 第一放大器313包括第一放大光纖和第一泵浦合束器，第一隔離器、第一放大光 纖、第一泵浦合束器、第二隔離器沿光路依次布置，第一泵浦合束器連接第一泵浦激光器。 進一步可優(yōu)選，第一泵浦激光器中心波長為915-980nm，第一放大光纖為有源單包層光纖、 雙包層光纖或多包層光纖。
[0037] 如圖5所示，放大輸出模塊320包括沿光路依次布置的第二放大光纖321、第二泵 浦合束器322和第三隔離器324,第二泵浦合束器322連接第二泵浦激光器323。進一步可 優(yōu)選，第二泵浦激光器323中心波長為915_980nm，第二放大光纖321為有源單包層光纖、雙 包層光纖或多包層光纖。
[0038] 第三隔離器324為帶有準直輸出的大功率隔離器，第三隔離器324的輸出端為脈 沖光纖激光器的輸出端。
[0039] 在上述高功率脈沖光纖激光器或?qū)嵤├?基礎(chǔ)上，如圖1-5所示，種子脈沖控制模 塊130通過控制種子脈沖驅(qū)動模塊210驅(qū)動種子激光器311和第一放大器313,進一步控制 第一放大器中的第一泵浦激光器，產(chǎn)生0. 2?500ns的脈沖激光，其功率為1?10mW，其經(jīng) 過第一隔離器312和第一放大器313后，就可得到功率放大后的脈沖激光，經(jīng)過第二隔離器 314輸出。其中，第二隔離器314為高功率隔離器件，其輸出端作為種子脈沖模塊310的輸 出。
[0040] 放大控制模塊140通過控制放大驅(qū)動模塊220驅(qū)動第二泵浦激光器323,第三隔離 器324為大功率隔離器件，作為放大輸出模塊320輸出且?guī)手惫δ埽ＷC高功率激光脈沖 的準直輸出。進一步地，該模塊中可以有N個放大部分，具體地可以有第三放大光纖、第四 放大光纖……第N放大光纖，第三大泵浦合束器和第四泵浦合束器……第N泵浦合束器、第 四隔離器……第N隔離器等，其中第三大泵浦合束器和第四泵浦合束器……第N泵浦合束 器分別連接有第三泵浦、第四泵浦……第N泵浦。
[0041] 本實用新型高功率脈沖光纖激光器控制組件的方案實施過程為：種子激光器311 經(jīng)種子脈沖控制模塊130控制、波形調(diào)節(jié)模塊120提供工作信號波形和種子脈沖驅(qū)動模塊 210提供電路驅(qū)動，產(chǎn)生平均功率為1?10mW的脈沖激光，其經(jīng)過第一隔離器312和第一 放大器313后，得到功率放大后的脈沖激光，在此過程中，頻率檢測模塊110不斷檢測高功 率激光器1000的重復頻率，波形調(diào)節(jié)模塊120根據(jù)頻率值自動調(diào)節(jié)種子激光器311的工作 信號波形，使種子激光器311的輸出脈沖形狀隨著頻率的變化而進行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，避免種 子脈沖在經(jīng)過放大輸出模塊320后變得越來越尖導致單脈沖能量的有效利用率降低，從而 保證高功率激光器1000在小于1G的工作頻率范圍內(nèi)，都有較好的單脈沖能量有效利用率 S值。
[0042] 采用實施例1控制組件的方案實施過程為：種子激光器311經(jīng)種子脈沖控制模塊 130控制、波形調(diào)節(jié)模塊120提供工作信號波形和種子脈沖驅(qū)動模塊210提供電路驅(qū)動，產(chǎn) 生平均功率為1?10mW的脈沖激光，其經(jīng)過第一隔離器312和第一放大器313后，得到功率 放大后的脈沖激光，在此過程中，頻率檢測模塊110不斷檢測高功率激光器1000的重復頻 率，波形調(diào)節(jié)模塊120根據(jù)頻率值自動調(diào)節(jié)種子激光器311的工作信號波形，使種子激光器 311的輸出脈沖形狀隨著頻率的變化而進行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，在此工作重復頻率下，波形檢測模 塊150實時地檢測放大輸出后脈沖激光的單脈沖能量有效利用率，波形調(diào)節(jié)模塊120根據(jù) 檢測到單脈沖能量有效利用率實時地自動調(diào)節(jié)種子激光器311的工作信號波形，使種子脈 沖形狀隨著單脈沖能量有效利用率的變化而進行實時地調(diào)節(jié)，從而保證該脈沖光纖激光器 1000實時地保持激光器預(yù)設(shè)\值。
[0043] 如圖6所示，上述實施例中，可優(yōu)選地，波形調(diào)節(jié)模塊120包括幅度調(diào)節(jié)單元1201、 脈寬調(diào)節(jié)單元1202以及包絡(luò)調(diào)節(jié)單元1203,分別用于脈沖波形的幅度、脈寬、包絡(luò)進行調(diào) 節(jié)。
[0044] 本實用新型實施例的脈沖光纖激光器1000可以達到如下技術(shù)標準：
[0045] 脈沖重復頻率〈lGhz ;脈沖寬度0. 2ns-500ns可調(diào)；脈沖能量3mJ ;工作波長： 1055nm-1070nm。當激光器工作在不同的重復頻率下，均可通過激光器自動調(diào)節(jié)，選擇適當 的波形，確保了激光器在不同重復頻率下工作均可實現(xiàn)最佳有效單脈沖能量，從而更有效 地利用激光器的脈沖能量，可以廣泛用于激光微加工、激光探測等相關(guān)應(yīng)用及研究。
[0046] 以上所述本發(fā)明的【具體實施方式】，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的限定。任何根據(jù) 本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思所作出的各種其他相應(yīng)的改變與變形，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保 護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種可調(diào)波形的高功率脈沖光纖激光器，其特征在于，包括：用于提供種子脈沖和 放大輸出的光路組件，用于驅(qū)動激光脈沖的驅(qū)動組件，用于檢測和調(diào)節(jié)激光脈沖輸出的控 制組件； 其中，所述控制組件包括頻率檢測模塊、波形調(diào)節(jié)模塊、種子脈沖控制模塊和放大控制 模塊；所述頻率檢測模塊檢測脈沖光纖激光器的重復頻率，所述波形調(diào)節(jié)模塊根據(jù)頻率檢 測模塊的檢測結(jié)果對種子激光器的工作信號波形中的幅度、脈寬及包絡(luò)中的一個或多個參 數(shù)進行調(diào)節(jié)，使可調(diào)波形的高功率脈沖光纖激光器獲得較好單脈沖能量有效利用率。
2. 如權(quán)利要求1所述的高功率脈沖光纖激光器，其特征在于，所述控制組件還包括波 形檢測模塊；所述波形檢測模塊實時地檢測脈沖光纖激光器的輸出脈沖的單脈沖能量有效 利用率，所述波形調(diào)節(jié)模塊根據(jù)頻率檢測模塊及波形檢測模塊檢測結(jié)果實時對種子激光器 的工作信號波形的幅度、脈寬及包絡(luò)中的一個或多個參數(shù)進行調(diào)節(jié)，使可調(diào)波形的高功率 脈沖光纖激光器的單脈沖能量有效利用率實時地保持預(yù)設(shè)\值。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的高功率脈沖光纖激光器，其特征在于，所述光路組件包括種 子脈沖模塊、以及對種子脈沖模塊輸出脈沖放大的放大輸出模塊；所述驅(qū)動組件包括用于 驅(qū)動所述種子脈沖模塊的種子脈沖驅(qū)動模塊、以及用于驅(qū)動所述放大輸出模塊的放大驅(qū)動 模塊。
4. 如權(quán)利要求3所述的高功率脈沖光纖激光器，其特征在于，所述種子脈沖模塊包括 沿光路依次布置的種子激光器、第一隔離器、第一放大器、第二隔離器。
5. 如權(quán)利要求4所述的高功率脈沖光纖激光器，其特征在于，所述第一放大器包括第 一放大光纖和第一泵浦合束器，所述第一隔離器、第一放大光纖、第一泵浦合束器、第二隔 離器沿光路依次布置，所述第一泵浦合束器連接第一泵浦激光器。
6. 如權(quán)利要求5所述的高功率脈沖光纖激光器，其特征在于，所述第一放大光纖為有 源單包層光纖、雙包層光纖或多包層光纖。
7. 如權(quán)利要求3所述的高功率脈沖光纖激光器，其特征在于，所述放大輸出模塊包括 沿光路依次布置的第二放大光纖、第二泵浦合束器和第三隔離器，所述第二泵浦合束器連 接第二泵浦激光器。
8. 如權(quán)利要求7所述的高功率脈沖光纖激光器，其特征在于，所述第二放大光纖為有 源單包層光纖、雙包層光纖或多包層光纖。
9. 如權(quán)利要求7所述的高功率脈沖光纖激光器，其特征在于，所述第三隔離器為帶有 準直輸出的大功率隔離器，所述第三隔離器的輸出端為所述脈沖光纖激光器的輸出端。
10. 如權(quán)利要求1或2所述的高功率脈沖光纖激光器，其特征在于，所述波形調(diào)節(jié)模塊 包括幅度調(diào)節(jié)單元、脈寬調(diào)節(jié)單元以及包絡(luò)調(diào)節(jié)單元，分別用于脈沖波形的幅度、脈寬、包 絡(luò)進行調(diào)節(jié)。
【文檔編號】H01S3/11GK203839697SQ201420213481
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月28日
【發(fā)明者】安德·百博, 荊利青, 陳子聰 申請人:深圳激揚光電有限公司, 深圳鐳射微視科技有限公司