本發(fā)明涉及光纖激光器，特別涉及一種用于光纖激光器的啁啾脈沖放大系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

高功率光纖激光器在光束質(zhì)量、體積、重量、效率、散熱等方面均具有明顯優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于光纖通訊、激光空間遠(yuǎn)距離通訊、工業(yè)造船、汽車制造、激光切割、金屬焊接、軍事國(guó)防安全、生物醫(yī)療、大型基礎(chǔ)建設(shè)等民用工業(yè)和軍事領(lǐng)域，被稱之為“第三代激光器”。其中，高功率超短脈沖激光器集成了大能量脈沖激光器和高功率連續(xù)激光器的優(yōu)點(diǎn)，在高精度激光切割、高精度激光深層焊接、材料表面特殊處理、特種合金加工、激光噴涂等方面具有無(wú)可替代的優(yōu)勢(shì)。

近年來(lái)，得益于低損耗高摻雜稀土離子光纖、高功率多模激光二極管(Laser diode,LD)、雙包層光纖及包層泵浦技術(shù)的發(fā)展，摻鐿光纖激光器輸出功率獲得極大提升，大模場(chǎng)雙包層增益光纖的出現(xiàn)更是使得高平均功率、高脈沖能量、飛秒級(jí)脈沖寬度的光纖激光器成為現(xiàn)實(shí)。然而，除高平均功率之外，光纖激光器還不能滿足某些對(duì)激光的偏振特性要求較高的應(yīng)用場(chǎng)合，例如相干合成或高次諧波產(chǎn)生等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明提出一種用于光纖激光器的啁啾脈沖放大系統(tǒng)。

一種用于光纖激光器的額啁啾脈沖放大系統(tǒng)包括脈沖種子源、脈沖展寬器、脈沖放大器及脈沖壓縮器。所述脈沖種子源用于提供飛秒激光脈沖。所述脈沖展寬器用于展寬所述飛秒激光脈沖為展寬脈沖。所述脈沖放大器用于放大所述展寬脈沖的功率以產(chǎn)生展寬放大脈沖。所述脈沖壓縮器用于壓縮所述展寬放大脈沖為放大飛秒脈沖。

在某些實(shí)施方式中，所述脈沖種子源包括半導(dǎo)體激光器。

在某些實(shí)施方式中，所述半導(dǎo)體激光器包括脈沖驅(qū)動(dòng)或直流驅(qū)動(dòng)兩種工作模式。

在某些實(shí)施方式中，所述半導(dǎo)體激光器包括激光二極管。

在某些實(shí)施方式中，所述激光二極管的波長(zhǎng)范圍為1030-1080納米。

在某些實(shí)施方式中，所述半導(dǎo)體激光器還包括熱敏電阻及半導(dǎo)體制冷器。所述熱敏電阻用于檢測(cè)所述半導(dǎo)體激光器的溫度。所述半導(dǎo)體制冷器用于根據(jù)所述溫度制冷或制熱以使所述半導(dǎo)體激光器的工作溫度維持在預(yù)定溫度范圍內(nèi)。

在某些實(shí)施方式中，所述熱敏電阻的阻值為10-50千歐姆。

在某些實(shí)施方式中，所述脈沖種子源包括全光纖的鎖模脈沖光纖激光器。

在某些實(shí)施方式中，所述脈沖展寬器包括環(huán)形器和啁啾布拉格光柵。所述環(huán)形器用于改變所述飛秒激光脈沖的傳播方向。所述啁啾布拉格光柵用于展寬經(jīng)由所述環(huán)形器輸出的所述飛秒激光脈沖。

在某些實(shí)施方式中，所述環(huán)形器包括第一端、第二端和第三端。所述第一端用于接收由所述保偏隔離器輸出的所述飛秒激光脈沖。所述第二端用于輸出所述飛秒激光脈沖至所述啁啾布拉格光柵并接收由所述啁啾布拉格光柵展寬的所述展寬脈沖。所述第三端用于將所述展寬脈沖輸出至所述脈沖放大器。

在某些實(shí)施方式中，所述脈沖放大器包括三級(jí)預(yù)放大級(jí)和一級(jí)主放大級(jí)。

在某些實(shí)施方式中，所述三級(jí)預(yù)放大級(jí)包括泵浦LD、增益光纖、反向合束器、剝離器及帶通濾波器。所述泵浦光源LD用于提供泵浦光。所述增益光纖用于提供增益介質(zhì)。所述反向合束器用于將所述泵浦信號(hào)光和所述展寬激光脈沖合束進(jìn)所述增益光纖中。所述剝離器用于去除包層剩余的泵浦光和包層傳輸信號(hào)光。所述帶通濾波器用于濾除放大自發(fā)輻射。

在某些實(shí)施方式中，所述啁啾脈沖放大系統(tǒng)包括高功率隔離器和Tap耦合器。

在某些實(shí)施方式中，所述一級(jí)主放大級(jí)包括泵浦LD陣列、增益光纖、反向合束器、光剝離器及準(zhǔn)直鏡。所述泵浦LD陣列用于提供泵浦光。所述增益光纖用于提供增益介質(zhì)。所述剝離器用于去除包層剩余的泵浦光和包層傳輸信號(hào)光。所述準(zhǔn)直鏡用于將所述展寬放大脈沖變?yōu)槠叫泄馐敵觥?/p>

在某些實(shí)施方式中，所述三級(jí)預(yù)放大級(jí)和一級(jí)主放大級(jí)均采用后向泵浦的方式。

在某些實(shí)施方式中，所述脈沖壓縮器包括高色散高密度的透射光柵。

在某些實(shí)施方式中，所述脈沖壓縮器包括反射型閃耀衍射光柵對(duì)。

在某些實(shí)施方式中，所述脈沖壓縮器包括多層介質(zhì)膜光柵。

在某些實(shí)施方式中，所述脈沖壓縮器包括棱鏡對(duì)。

本發(fā)明實(shí)施方式的啁啾脈沖放大系統(tǒng)，將半導(dǎo)體激光器作為脈沖種子源提供飛秒激光脈沖信號(hào)，由于可以通過(guò)改變半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)電流改變半導(dǎo)體激光器的輸出功率，因而可以得到平均功率從一百到千瓦可調(diào)的線偏振啁啾脈沖放大系統(tǒng)。采用三級(jí)后向泵浦預(yù)放大級(jí)結(jié)構(gòu)和一級(jí)后向泵浦主放大級(jí)結(jié)構(gòu)，不僅可以實(shí)現(xiàn)激光脈沖能量的放大，還可以抑制非線性效應(yīng)。此外，本發(fā)明實(shí)施方式的啁啾脈沖放大系統(tǒng)為全光纖結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、平均功率高、穩(wěn)定好、泵浦效率高、調(diào)節(jié)方便且易于光纖耦合。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施方式的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的啁啾脈沖放大系統(tǒng)的功能模塊示意圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的啁啾脈沖放大系統(tǒng)的脈沖展寬器的光路示意圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的啁啾脈沖放大系統(tǒng)的三級(jí)預(yù)放大級(jí)的功能模塊示意圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的啁啾脈沖放大系統(tǒng)的第一級(jí)預(yù)放大級(jí)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的啁啾脈沖放大系統(tǒng)的第二級(jí)預(yù)放大級(jí)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的啁啾脈沖放大系統(tǒng)的第三級(jí)預(yù)放大級(jí)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的啁啾脈沖放大系統(tǒng)的一級(jí)主放大級(jí)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的啁啾脈沖放大系統(tǒng)的脈沖壓縮器的光路示意圖。

主要原件及符號(hào)說(shuō)明：

啁啾脈沖放大系統(tǒng)100、脈沖種子源11、保偏隔離器12、脈沖展寬器13、環(huán)形器131、啁啾布拉格光柵132、脈沖放大器14、三級(jí)預(yù)放大級(jí)141、第一級(jí)預(yù)放大級(jí)1411、單模泵浦LD14111、單包層增益光纖14112、波分復(fù)用器(WDM)14113、剝離器14114、帶通濾波器14115、隔離器14116、第二級(jí)預(yù)放大級(jí)1413、多模泵浦LD14131、大模場(chǎng)雙包層增益光纖14132、(1+1)*1合束器14133、剝離器14134、帶通濾波器14135、隔離器14136、第三級(jí)預(yù)放大級(jí)1415、多模泵浦LD14151、大模場(chǎng)雙包層增益光纖14152、(2+1)*1合束器14153、剝離器14154、帶通濾波器14155、隔離器14156、高功率隔離器15、Tap耦合器16、脈沖監(jiān)控器17、一級(jí)主放大級(jí)143、大功率泵浦LD陣列1431、大模場(chǎng)雙包層增益光纖1432、(6+1)*1合束器1433、剝離器1434、準(zhǔn)直鏡1435、脈沖壓縮器18、二分之一玻片181、第一高反鏡182、第一透射光柵183、第二透射光柵184、第二高反鏡185。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)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(guò)參考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接或可以相互通訊；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通或兩個(gè)元件的相互作用關(guān)系。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

下文的公開(kāi)提供了許多不同的實(shí)施方式或例子用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡(jiǎn)化本發(fā)明的公開(kāi)，下文中對(duì)特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。當(dāng)然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或參考字母，這種重復(fù)是為了簡(jiǎn)化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實(shí)施方式和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此外，本發(fā)明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識(shí)到其他工藝的應(yīng)用和/或其他材料的使用。

請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施方式的啁啾脈沖放大系統(tǒng)100包括脈沖種子源11、脈沖展寬器13、脈沖放大器14及脈沖壓縮器18。脈沖種子源11用于產(chǎn)生飛秒激光脈沖，脈沖展寬器13用于展寬飛秒激光脈沖為展寬脈沖，脈沖放大器14用于放大展寬脈沖的功率以產(chǎn)生展寬放大脈沖，脈沖壓縮器18用于壓縮展寬放大脈沖為放大飛秒脈沖。

啁啾脈沖放大系統(tǒng)100是獲得高能量脈沖的一種重要技術(shù)手段，在脈沖放大過(guò)程中，為了避免飛秒脈沖的高峰值功率打壞激光器，在對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行放大前要先將脈沖展寬到納米級(jí)或亞納米級(jí)，分散激光種子脈沖的能量，放大后再將能量進(jìn)行集中。如此，啁啾脈沖放大系統(tǒng)100中的脈沖種子源11提供低能量的飛秒帶寬種子脈沖信號(hào)，激光脈沖經(jīng)脈沖展寬器13進(jìn)行時(shí)域上的展寬，此時(shí)激光脈沖的強(qiáng)度大幅度降低，激光脈沖能量能夠有效地被放大而有不會(huì)損壞光學(xué)元件。展寬后的激光脈沖進(jìn)入脈沖放大器14后，與泵浦光進(jìn)行耦合，實(shí)現(xiàn)能量的放大。經(jīng)放大后的激光脈沖最后經(jīng)由脈沖壓縮器18，將帶寬壓縮回原來(lái)的值，由此獲得極高峰值功率的飛秒激光脈沖。

在某些實(shí)施方式中，脈沖種子源11包括半導(dǎo)體激光器，半導(dǎo)體激光器提供飛秒激光脈沖。

半導(dǎo)體激光器利用半導(dǎo)體物質(zhì)在能帶間的躍遷發(fā)光，用半導(dǎo)體晶體的解理面形成兩個(gè)平行反射面作為反射鏡，組成諧振腔，使光振蕩、反饋，產(chǎn)生光的輻射放大，輸出激光。半導(dǎo)體激光器體積小、重量輕、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、耗電少、高功率、驅(qū)動(dòng)電源簡(jiǎn)單且不需要高電壓，適合作為脈沖種子源11提供激光脈沖信號(hào)。

在某些實(shí)施方式中，半導(dǎo)體激光器包括脈沖驅(qū)動(dòng)或直流驅(qū)動(dòng)兩種工作模式。

半導(dǎo)體激光器可采用脈沖驅(qū)動(dòng)方式，讓流過(guò)半導(dǎo)體激光器的電流脈沖化而實(shí)現(xiàn)脈沖驅(qū)動(dòng)。半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)方法也可采用電流注入式，當(dāng)注入電流大于閾值電流時(shí)，輻射功率隨電流的增加而迅速地增大。因此，可以通過(guò)改變半導(dǎo)體激光器的注入電流來(lái)調(diào)整其輸出的光功率。半導(dǎo)體激光器的電流注入式驅(qū)動(dòng)要求輸入電流有較高的穩(wěn)定性，才能使半導(dǎo)體激光器得到穩(wěn)定的光脈沖信號(hào)輸出，這就需要采用恒流源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。在恒流源控制驅(qū)動(dòng)的工作方式中，通過(guò)電流采樣反饋為電流驅(qū)動(dòng)單元提供有源控制，從而使電流漂流最小且使半導(dǎo)體激光器的輸出穩(wěn)定性最大，與溫度控制配合使用效果更好。如此，半導(dǎo)體激光器可以輸出穩(wěn)定性較好的飛秒激光脈沖。

在某些實(shí)施方式中，半導(dǎo)體激光器包括激光二極管。

激光二極管用于為半導(dǎo)體激光器提供光脈沖信號(hào)，其具有體積小、重量輕、耗電低、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、調(diào)制方便、耐機(jī)械沖擊以及抗震動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。如此，使用激光二極管為半導(dǎo)體激光器提供激光脈沖信號(hào)，可以使半導(dǎo)體激光器有更穩(wěn)定的性能。

在某些實(shí)施方式中，激光二極管的波長(zhǎng)為1030-1080納米。

波長(zhǎng)為1030-1080納米的激光二極管中，以波長(zhǎng)1064nm的激光二極管為最佳。1064nm的激光二極管是Nd:YAG固體激光二極管，其發(fā)射的激光相干性及方向性好、亮度高，且制備周期短、生產(chǎn)成本低、質(zhì)量可控性強(qiáng)、形狀自由度大。

在某些實(shí)施方式中，半導(dǎo)體激光器包括熱敏電阻和半導(dǎo)體制冷器。熱敏電阻用于檢測(cè)半導(dǎo)體激光器的溫度。半導(dǎo)體制冷器用于根據(jù)檢測(cè)到的溫度制冷或制熱以使所述半導(dǎo)體激光器的工作溫度維持在預(yù)定溫度范圍內(nèi)。

半導(dǎo)體激光器是一種溫度敏感器件，微小的溫度變化能使激光器輸出波長(zhǎng)產(chǎn)生明顯的變化，而啁啾脈沖放大系統(tǒng)100要求半導(dǎo)體激光器工作在恒定的固定波長(zhǎng)狀態(tài)，這就要求對(duì)半導(dǎo)體激光器進(jìn)行精密的溫控。通常，半導(dǎo)體激光器要求工作在25℃狀態(tài)及正負(fù)0.1℃的恒溫精度。熱敏電阻具有尺寸小、使用方便、穩(wěn)定性好、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。如此，可作為半導(dǎo)體激光器的感溫元件，對(duì)半導(dǎo)體激光器的溫度進(jìn)行監(jiān)控。若半導(dǎo)體激光器的工作溫度未處在預(yù)定溫度范圍內(nèi)，則可以利用半導(dǎo)體制冷器對(duì)半導(dǎo)體激光器進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。

在某些實(shí)施方式中，所述熱敏電阻的阻值為10-50千歐姆。

在實(shí)際運(yùn)用中，熱敏電阻常設(shè)的阻值范圍為10-50千歐姆。其中，以阻值為25千歐姆的熱敏電阻最為常用。

在某些實(shí)施方式中，脈沖種子源11包括全光纖的鎖模脈沖光纖激光器。

鎖模就是將多縱模激光器中各縱模的初相位關(guān)系固定,形成等時(shí)間間隔的光脈沖序列。使各縱模在時(shí)間上同步，頻率間隔也保持一定，則激光器將輸出脈寬極窄、峰值功率很高的超短脈沖。全光纖的鎖模脈沖激光器轉(zhuǎn)換效率高、散熱性能好且結(jié)構(gòu)緊湊，能夠輸出穩(wěn)定的超短激光脈沖信號(hào)。如此，可以獲得穩(wěn)定的飛秒激光脈沖信號(hào)，且由于鎖模脈沖光纖激光器為全光纖結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且易于光纖耦合等優(yōu)點(diǎn)。

請(qǐng)?jiān)賲㈤唸D1，本發(fā)明實(shí)施方式的啁啾脈沖放大系統(tǒng)100還包括保偏隔離器12。

光路中由于各種原因產(chǎn)生的后向傳輸光會(huì)對(duì)光源以及光路系統(tǒng)產(chǎn)生不良的影響。保偏隔離器12可以隔離通過(guò)光纖回波反射的光。如此，可以避免光路中的回波對(duì)光源、泵浦源及其他發(fā)光器件造成干擾和傷害。

請(qǐng)參閱圖2，本發(fā)明實(shí)施方式的脈沖展寬器13包括環(huán)形器131和啁啾布拉格光柵132。環(huán)形器用于改變飛秒激光脈沖的傳播方向。啁啾布拉格光柵用于將飛秒激光脈沖展寬為展寬脈沖。

環(huán)形器131是一個(gè)多端口器件，經(jīng)由環(huán)形器131中電磁波只能沿著單方向環(huán)形。如此，利用環(huán)形器131可以改變經(jīng)由保偏隔離進(jìn)入到環(huán)形器131內(nèi)的飛秒激光脈沖的傳播方向，使飛秒激光脈沖進(jìn)入到啁啾布拉格光柵132內(nèi)。

啁啾布拉格光柵132是在光纖內(nèi)部刻上不等間距的刻度，飛秒激光脈沖經(jīng)啁啾布拉格光柵132后，脈沖中不同波長(zhǎng)的光在光柵中的不同位置滿足布拉格條件得以反射，并在不同波長(zhǎng)間產(chǎn)生時(shí)延時(shí)延，紅光會(huì)先于藍(lán)光離開(kāi)脈沖展寬器13，種子脈沖就得到了初始展寬。如此，利用啁啾布拉格光柵132實(shí)現(xiàn)飛秒激光脈沖的脈沖寬度的展寬，經(jīng)過(guò)展寬后的脈沖峰值功率低，不會(huì)損傷光學(xué)元件且能避免脈沖光過(guò)強(qiáng)而產(chǎn)生的各種非線性效應(yīng)。

在某些實(shí)施方式中，所述環(huán)形器131包括第一端、第二端和第三端。第一端用于接收由保偏隔離器12輸出的飛秒激光脈沖。第二端用于將飛秒激光脈沖輸出至啁啾布拉格光柵132并接收由啁啾布拉格光柵132展寬的展寬脈沖。第三端用于輸出展寬脈沖。

在某些實(shí)施方式中，脈沖放大器14包括三級(jí)預(yù)放大級(jí)141和一級(jí)主放大級(jí)143。

由于飛秒激光脈沖的功率放大倍數(shù)是有限的，如此，采用三級(jí)預(yù)放大級(jí)14和一級(jí)主放大級(jí)18，既能夠使飛秒激光脈沖的功率得到最大限度的放大，又可以避免采用更多放大級(jí)數(shù)帶來(lái)的成本增加及結(jié)構(gòu)復(fù)雜化的問(wèn)題。

請(qǐng)參閱圖3至圖6，本發(fā)明實(shí)施方式的三級(jí)預(yù)放大級(jí)141包括第一級(jí)預(yù)放大級(jí)1411、第二級(jí)預(yù)放大級(jí)1413、第三級(jí)預(yù)放大級(jí)1415。每一級(jí)預(yù)放大級(jí)均包括用于提供泵浦光的泵浦LD、用于提供增益介質(zhì)的增益光纖、用于將泵浦光和展寬激光脈沖合束進(jìn)增益光纖中的反向合束器、用于去除包層剩余的泵浦光和包層傳輸信號(hào)光的剝離器以及用于濾除放大自發(fā)輻射的帶通濾波器。

如此，在展寬激光脈沖經(jīng)由環(huán)形器131第三端輸出后，利用泵浦光反向合束器與泵浦LD提供的泵浦光進(jìn)行合束，合束后的光信號(hào)進(jìn)入到提供增益介質(zhì)的增益光纖中。展寬激光脈沖在增益介質(zhì)中傳播時(shí)，增益介質(zhì)因受激輻射的產(chǎn)生，會(huì)實(shí)現(xiàn)粒子的能級(jí)躍遷即粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，展寬激光脈沖可以吸收這些高能級(jí)的粒子而實(shí)現(xiàn)能量的放大。其中，由泵浦光提供激勵(lì)來(lái)實(shí)現(xiàn)和維持粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)。

具體地，經(jīng)由脈沖展寬器13輸出的展寬激光脈沖進(jìn)入第一級(jí)預(yù)放大級(jí)1411中，首先經(jīng)由剝離器14114去除包層傳輸信號(hào)光，再利用波分復(fù)用器(WDM)14113將展寬激光脈沖與976納米的單模泵浦LD1421提供的976納米泵浦光反向合束進(jìn)單包層增益光纖14112中，在增益光纖中實(shí)現(xiàn)功率的放大后，輸出放大展寬激光脈沖進(jìn)入帶通濾波器14115濾除放大自發(fā)輻射，再經(jīng)由隔離器14116隔離回波反射的光后進(jìn)行輸出。輸出后的一級(jí)預(yù)放大展寬激光脈沖進(jìn)入第二級(jí)預(yù)放大級(jí)1413，經(jīng)由剝離器14134后，利用(1+1)*1合束器14133將一級(jí)預(yù)放大展寬激光脈沖與976納米多模泵浦LD1441提供的976納米泵浦光反向合束進(jìn)大模場(chǎng)雙包層增益光纖14132中，并進(jìn)行功率放大，放大后的脈沖信號(hào)依次經(jīng)過(guò)帶通濾波器14135和隔離器14136后輸出到第三級(jí)預(yù)放大級(jí)1415。輸出后的二級(jí)預(yù)放大展寬激光脈沖經(jīng)由剝離器14154后，利用(2+1)*1合束器14153將二級(jí)預(yù)放大展寬激光脈沖與兩個(gè)976納米多模泵浦LD14151提供的兩束976納米泵浦光反向合束進(jìn)大模場(chǎng)雙包層增益光纖14152中，再依次經(jīng)過(guò)帶通濾波器14155和隔離器14156后輸出，實(shí)現(xiàn)展寬激光脈沖的三級(jí)預(yù)放大。

由于泵浦光在雙包層光纖中沿光纖軸線呈指數(shù)衰減，對(duì)于有限長(zhǎng)度的稀土摻雜光纖，泵浦光不可能被完全吸收而形成剩余泵浦光。另外由于光纖熔接效果不理想及熔接時(shí)模式匹配等問(wèn)題也會(huì)導(dǎo)致信號(hào)光從纖芯泄露到包層，形成包層傳輸?shù)男盘?hào)光。對(duì)于千瓦級(jí)以上的高功率光纖激光器，剩余泵浦光和包層傳輸?shù)男盘?hào)光較大，若不加以處理，則會(huì)對(duì)激光器器件、激光輸出模式及穩(wěn)定性造成較大損害，甚至燒毀激光器。因此可利用包層光剝離器去除包層剩余的泵浦光和包層傳輸信號(hào)光。在放大過(guò)程中，由于增益介質(zhì)的增益很高,介質(zhì)內(nèi)的自發(fā)輻射將會(huì)得到放大而產(chǎn)生放大自發(fā)輻射。由于放大自發(fā)輻射的存在，將在信號(hào)光到達(dá)之前消耗掉增益介質(zhì)上能級(jí)的反轉(zhuǎn)粒子，使信號(hào)光得不到有效地放大，這不僅嚴(yán)重降低了信號(hào)光的放大倍數(shù)，還會(huì)帶來(lái)很強(qiáng)的背景噪聲。因此，可利用窄帶濾波器來(lái)濾除這些自發(fā)放大輻射后的光波信號(hào)。

請(qǐng)?jiān)賲㈤唸D1，本發(fā)明實(shí)施方式的啁啾脈沖放大系統(tǒng)100包括高功率隔離器15和Tap耦合器16。

如此，利用高功率隔離器15再一次隔離回波反射的光。而經(jīng)由高功率隔離器15輸出的激光脈沖進(jìn)入1:99的Tap耦合器16。Tap耦合器16將激光脈沖進(jìn)行分束，99％的展寬放大脈沖進(jìn)入一級(jí)主放大級(jí)143，而1％展寬放大脈沖分束到脈沖監(jiān)控器17中用于監(jiān)測(cè)。

請(qǐng)參閱圖7，在本發(fā)明實(shí)施方式中，一級(jí)主放大級(jí)143包括泵浦LD陣列、增益光纖、反向合束器、剝離器及準(zhǔn)直鏡。泵浦LD陣列用于提供泵浦光。增益光纖用于提供增益介質(zhì)。剝離器用于去除包層剩余的泵浦光和包層傳輸信號(hào)光。準(zhǔn)直鏡用于將展寬放大脈沖變?yōu)槠叫泄馐敵觥?/p>

主放大級(jí)采用泵浦LD陣列可以對(duì)三級(jí)預(yù)放大展寬激光脈沖的功率進(jìn)行進(jìn)一步的放大，極大地提高放大倍數(shù)。準(zhǔn)直鏡可以將放大展寬激光脈沖變?yōu)槠叫泄馐M(jìn)行輸出，便于之后的脈沖壓縮。

具體地，經(jīng)由三級(jí)預(yù)放大141輸出的三級(jí)預(yù)放大展寬激光脈沖進(jìn)入一級(jí)主放大級(jí)143，經(jīng)由剝離器1434后，利用(6+1)*1合束器1433將三級(jí)預(yù)放大展寬激光脈沖和由兩個(gè)976納米大功率泵浦LD陣列1431提供的976納米泵浦光耦合進(jìn)雙包層增益光纖1432中進(jìn)行功率放大，最后經(jīng)由準(zhǔn)直鏡1435將放大后的展寬激光脈沖進(jìn)行輸出。其中，每個(gè)976納米大功率泵浦LD陣列1431包括3個(gè)976納米的多模泵浦LD。

在某些實(shí)施方式中，三級(jí)預(yù)放大級(jí)141和一級(jí)主放大級(jí)143采用后向泵浦方式。

后向泵浦方式具有噪聲低、偏振依賴小等優(yōu)點(diǎn)。而正向泵浦的泵浦光的波動(dòng)能夠在很大程度上轉(zhuǎn)移給信號(hào)光，相當(dāng)于引入了噪聲，同時(shí)由于偏振模色散的存在使信號(hào)光和泵浦光的偏振態(tài)相對(duì)發(fā)生變化，與后向泵浦相比，增益較小，在很多情況不被采用。如此，利用后向泵浦方式，可以獲得更高的增益、更低的噪聲。

請(qǐng)參閱圖8，本發(fā)明實(shí)施方式中的脈沖壓縮器18包括高色散高密度的透射光柵。高色散高密度的透射光柵的結(jié)構(gòu)具體包括二分之一玻片181、第一高反鏡182、第一透射光柵183、第二透射光柵184及第二高反鏡185。

經(jīng)由脈沖放大器放大后的展寬放大脈沖先經(jīng)由二分之一撥片181調(diào)整偏振態(tài)，再射入45°角傾斜放置的第一高反鏡182。其中，傾斜45°角放置的第一高反鏡182用于將一部分展寬放大脈沖分離至脈沖監(jiān)控器17中。經(jīng)由第一高反鏡182后的展寬放大脈沖依次射入第一透射光柵183及第二透射光柵184。第一透射光柵183及第二透射光柵184構(gòu)成的光柵對(duì)可以作為色散延遲線，提供一個(gè)群速度色散量。當(dāng)光脈沖入射到第一透射光柵183時(shí)，脈沖的不同頻率分量以稍有不同的角度衍射。脈沖的不同分量到達(dá)第二透射光柵184時(shí)，各自經(jīng)歷不同的時(shí)間延遲，藍(lán)移分量比紅移分量提前到達(dá)。對(duì)于正啁啾脈沖，脈沖的后沿產(chǎn)生藍(lán)移分量，而前沿產(chǎn)生紅移分量。如此，當(dāng)脈沖通過(guò)光柵對(duì)時(shí)，后沿將趕上前沿，脈沖被壓縮。最后由第二高反鏡反射185，從原光路返回。高色散高密度的透射光柵對(duì)可以較小的光柵間距提供較大的群速度色散量。

在某些實(shí)施方式中，脈沖壓縮器18可采用反射型閃耀衍射光柵對(duì)放大展寬脈沖進(jìn)行壓縮。

反射性閃耀衍射光柵對(duì)不僅可以實(shí)現(xiàn)脈沖的壓縮，且其光柵的刻槽呈鋸齒狀，通過(guò)控制刻槽平面和光柵平面之間的夾角，可使每個(gè)刻槽平面能將光能進(jìn)行集中，減少能量的損耗。

在某些實(shí)施方式中，脈沖壓縮器18可采用多層介質(zhì)膜光柵實(shí)現(xiàn)放大展寬脈沖的壓縮。

由于展寬放大脈沖的功率很高，因此其脈沖壓縮器18應(yīng)該具有很高的損傷閾值。多層介質(zhì)膜光柵是在多層介質(zhì)高反射膜上制作浮雕光柵，充分利用了多層介質(zhì)膜的高反射特性和光柵的衍射特性，具有衍射效率高、損傷閾值高及均勻性好等優(yōu)點(diǎn)。如此，可防止大功率的放大展寬脈沖對(duì)光柵對(duì)造成損壞。

在某些實(shí)施方式中，脈沖壓縮器18可采用棱鏡對(duì)實(shí)現(xiàn)放大展寬脈沖的壓縮。

當(dāng)含有正啁啾的脈沖進(jìn)入第一棱鏡，不同波長(zhǎng)的光有不同的折射角，光束色散后進(jìn)入第二棱鏡，由于藍(lán)光的波長(zhǎng)比紅光小，利用負(fù)群速度色散，藍(lán)光分量比紅光分量的折射率小，所以紅光光程大于藍(lán)光光程，因此，補(bǔ)償了色散效應(yīng)，使得脈沖寬度被壓縮。棱鏡不僅可實(shí)現(xiàn)脈沖壓縮，而且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。

在本說(shuō)明書的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施方式”、“一些實(shí)施方式”、“示意性實(shí)施方式”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合所述實(shí)施方式或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式或示例中。在本說(shuō)明書中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施方式或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施方式，可以理解的是，上述實(shí)施方式是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行變化、修改、替換和變型。