本實用新型涉及激光器技術領域，具體是涉及一種環(huán)形諧振腔調(diào)Q的脈沖MOPA光纖激光器。

背景技術：

高功率脈沖光纖激光器主要是將低功率的脈沖光信號進行后續(xù)的光功率放大。光纖激光器使用單模光纖耦合半導體激光器作為光纖放大器種子源，其輸出光作為放大器的種子光，激光器采用主振蕩器部分以獲得高峰值功率和窄脈寬激光脈沖。由于單模光纖耦合半導體激光器輸出的種子光功率低，單脈沖能量小，至少需要二級或二級以上多級放大才能獲得高輸出功率；同時由于放大光路中存在受激自發(fā)輻射光和非線性光干擾，影響了激光器的效率和性能，并且種子源價格昂貴，產(chǎn)品生產(chǎn)成本高。

技術實現(xiàn)要素：

針對目前調(diào)Q激光器存在的問題，本實用新型提供一種環(huán)形諧振腔調(diào)Q的脈沖MOPA光纖激光器，通過雙聲光調(diào)制器調(diào)節(jié)脈寬后的脈沖光信號再經(jīng)光纖放大器有效放大，可獲得高功率激光輸出，且激光脈寬可調(diào)，激光器結構簡單，生產(chǎn)成本較低。

本實用新型的技術方案是這樣實現(xiàn)的：

一種環(huán)形諧振腔調(diào)Q的脈沖MOPA光纖激光器，包括用于生成種子脈沖激光的主振蕩器部分和用于將所述種子脈沖激光進行功率放大后輸出的光纖放大器部分，所述主振蕩器部分包括泵浦源、光纖合束器、激光增益介質、第一聲光調(diào)制器AOM、第二聲光調(diào)制器AOM和位于第一聲光調(diào)制器AOM和第二聲光調(diào)制器AOM之間的光纖耦合器；所述光纖放大器部分為一級放大器或多級放大器，每級放大器包括放大器泵浦源組、放大器光纖合束器和放大器激光增益介質，多級放大器的相鄰放大器之間通過光纖隔離器連接，且最外一級放大器連接一光纖隔離器；所述光纖合束器、激光增益介質、第一聲光調(diào)制器及光纖耦合器共同組成環(huán)形諧振腔，其中，所述光纖耦合器的一輸出端與所述第二聲光調(diào)制器AOM連接，另一輸出端接入環(huán)形諧振腔，與光纖合束器信號輸入端連接；還包括控制電路部分，所述控制電路部分包括連接泵浦源并驅動泵浦源發(fā)光的泵浦源驅動電路、調(diào)制第一聲光調(diào)制器AOM的開閉狀態(tài)及開關頻率的第一聲光調(diào)制器驅動電路、調(diào)制第二聲光調(diào)制器AOM的開閉狀態(tài)及開關頻率的第二聲光調(diào)制器驅動電路、分別控制第一聲光調(diào)制器驅動電路和第二聲光調(diào)制器驅動電路，從而調(diào)制第一聲光調(diào)制器和第二聲光調(diào)制器之間的延遲時間的延遲電路、連接放大器泵浦源組并驅動放大器泵浦源組發(fā)光的放大器泵浦源驅動電路、分別控制所述泵浦源驅動電路、延遲電路及放大器泵浦源驅動電路的控制電路。

進一步的，設有光纖隔離器，所述光纖隔離器位于所述激光增益介質和所述第一聲光調(diào)制器AOM之間，或者位于所述第一聲光調(diào)制器AOM和所述光纖耦合器之間；或者位于所述光纖耦合器的一輸出端和所述第二聲光調(diào)制器AOM之間；或者位于所述光纖耦合器的另一輸出端和所述光纖合束器之間。

進一步的，所述光纖隔離器位于環(huán)形諧振腔內(nèi)，所述光纖耦合器的一輸入端接入環(huán)形諧振腔，另一輸入端設有一用于監(jiān)控放大級脈沖激光的波形和光譜的監(jiān)控PD。

進一步的，所述光纖耦合器的一輸入端接入環(huán)形諧振腔，另一輸入端設有一高反光纖布拉格光柵或一鍍膜光纖或一反射型濾波器。

進一步的，該環(huán)形諧振腔調(diào)Q的脈沖MOPA光纖激光器的泵浦方式為正向泵浦、反向泵浦或者雙向泵浦，雙向泵浦工作時，激光增益介質兩端泵浦源以相同的工作模式工作或不同的工作模式工作，激光增益介質兩端的泵浦源同時泵浦摻雜光纖或有延時的泵浦摻雜光纖。

進一步的，環(huán)形諧振腔內(nèi)設置有濾波器，所述濾波器位于所述激光增益介質和所述第一聲光調(diào)制器AOM之間，或者位于所述第一聲光調(diào)制器AOM和所述光纖耦合器之間，或者位于所述光纖耦合器的一輸出端和所述第二聲光調(diào)制器AOM之間，或者位于所述光纖耦合器的另一輸出端和所述光纖合束器之間。

進一步的，所述濾波器為固定帶寬的濾波器，或者為可調(diào)帶寬的濾波器。

進一步的，所述激光增益介質為單模光纖、雙包層光纖或LMA光子晶體光纖。

進一步的，所述激光增益介質為Yb摻雜光纖、Er摻雜光纖、Yb、Er共摻光纖、Tm摻雜光纖和Nd摻雜光纖。

進一步的，所述光纖合束器為側泵型光纖合束器、端泵型光纖合束器或波分復用器WDM。

本實用新型的有益效果是：本實用新型提供一種環(huán)形諧振腔結構的調(diào)Q脈沖MOPA激光器，環(huán)形諧振腔具有寬譜輸出的特點，采用環(huán)形諧振腔結構的調(diào)Q脈沖激光器作為放大器的種子光，能夠有效抑制放大光路中非線性效應產(chǎn)生。環(huán)形諧振腔內(nèi)利用一個聲光調(diào)制器產(chǎn)生寬脈沖激光，在環(huán)形諧振腔輸出端增加一個聲光調(diào)制器，通過延遲電路調(diào)控第二聲光調(diào)制器的延遲時間，對輸出的激光脈沖裁剪削波，可獲得窄脈寬激光。利用程序控制兩個聲光調(diào)制器的延遲時間，可獲得脈沖寬度連續(xù)可調(diào)的脈沖激光輸出。經(jīng)過聲光調(diào)制器調(diào)節(jié)脈寬后的脈沖光信號經(jīng)光纖放大器有效放大，從而獲得高功率激光輸出。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例1環(huán)形諧振腔調(diào)Q的脈沖MOPA光纖激光器的結構示意圖；

圖2為本實用新型實施例2環(huán)形諧振腔調(diào)Q的脈沖MOPA光纖激光器的結構示意圖；

圖3為本實用新型實施例3環(huán)形諧振腔調(diào)Q的脈沖MOPA光纖激光器的結構示意圖。

圖4為本實用新型實施例4環(huán)形諧振腔調(diào)Q的脈沖MOPA光纖激光器的結構示意圖。

圖5為本實用新型實施例5環(huán)形諧振腔調(diào)Q的脈沖MOPA光纖激光器的結構示意圖。

具體實施方式

為了能夠更清楚地理解本實用新型的技術內(nèi)容，特舉以下實施例詳細說明，其目的僅在于更好理解本實用新型的內(nèi)容而非限制本實用新型的保護范圍。

實施例1

實施例1的結構示意圖如圖1所示，一種環(huán)形諧振腔調(diào)Q的脈沖MOPA光纖激光器100，包括用于生成種子脈沖激光的主振蕩器部分和用于將所述種子脈沖激光進行功率放大后輸出的光纖放大器部分，所述主振蕩器部分包括泵浦源12、光纖合束器13、激光增益介質14、第一聲光調(diào)制器AOM 17、第二聲光調(diào)制器AOM 21和位于第一聲光調(diào)制器AOM和第二聲光調(diào)制器AOM之間的光纖耦合器19(其中191、192分別是光纖耦合器的兩個輸入端，193、194分別為耦合器的兩個輸出端，其中192端端面經(jīng)過特殊光學處理，比如切斜角或者切平角或者端面鍍膜，或點高折射率膠讓光漏出去)；所述光纖放大器部分為一級放大器或多級放大器，每級放大器23包括放大器泵浦源組231、放大器光纖合束器232和放大器激光增益介質233；多級放大器的相鄰放大器之間通過光纖隔離器連接，且最外一級放大器連接一光纖隔離器；所述光纖合束器、激光增益介質、第一聲光調(diào)制器及光纖耦合器共同組成環(huán)形諧振腔，其中，所述光纖耦合器的一輸出端193與所述第二聲光調(diào)制器AOM連接，另一輸出端194接入環(huán)形諧振腔，與光纖合束器信號輸入端連接；還包括控制電路部分，所述控制電路部分包括連接泵浦源并驅動泵浦源發(fā)光的泵浦源驅動電路11、調(diào)制第一聲光調(diào)制器AOM的開閉狀態(tài)及開關頻率的第一聲光調(diào)制器驅動電路16、調(diào)制第二聲光調(diào)制器AOM的開閉狀態(tài)及開關頻率的第二聲光調(diào)制器驅動電路20、分別控制第一聲光調(diào)制器驅動電路和第二聲光調(diào)制器驅動電路，從而調(diào)制第一聲光調(diào)制器和第二聲光調(diào)制器之間的延遲時間的延遲電路15、連接放大器泵浦源組并驅動放大器泵浦源組發(fā)光的放大器泵浦源驅動電路22、分別控制所述泵浦源驅動電路、延遲電路及放大器泵浦源驅動電路的控制電路10。這樣，采用環(huán)形諧振腔結構的調(diào)Q脈沖激光器作為放大器的種子光，能夠有效抑制放大光路中非線性效應產(chǎn)生。環(huán)形諧振腔內(nèi)利用一個聲光調(diào)制器產(chǎn)生寬脈沖激光，在環(huán)形諧振腔輸出端增加一個聲光調(diào)制器，通過延遲電路調(diào)控第二聲光調(diào)制器的延遲時間，對輸出的激光脈沖裁剪削波，可獲得窄脈寬激光。利用程序控制兩個聲光調(diào)制器的延遲時間，可獲得脈沖寬度連續(xù)可調(diào)的脈沖激光輸出。經(jīng)過聲光調(diào)制器調(diào)節(jié)脈寬后的脈沖光信號經(jīng)光纖放大器有效放大，從而獲得高功率激光輸出。

優(yōu)選的，設有光纖隔離器，所述光纖隔離器位于所述激光增益介質和所述第一聲光調(diào)制器AOM之間，或者位于所述第一聲光調(diào)制器AOM和所述光纖耦合器之間；或者位于所述光纖耦合器的一輸出端和所述第二聲光調(diào)制器AOM之間；或者位于所述光纖耦合器的另一輸出端和所述光纖合束器之間。光纖隔離器位于環(huán)形諧振腔內(nèi)時可保證環(huán)形諧振腔內(nèi)的激光振蕩方向為單方向。

優(yōu)選的，光纖隔離器位于環(huán)形諧振腔外時，得到的窄脈寬激光經(jīng)過光纖隔離器輸出，可以有效防止反射光的影響。

優(yōu)選的，延遲電路為可編程延遲電路，這樣，脈沖寬度可通過程序精確控制。

實施例1所述環(huán)形諧振腔調(diào)Q的脈沖MOPA光纖激光器的工作方式為：

實施案例1所述環(huán)形諧振腔調(diào)Q的脈沖MOPA光纖激光器的工作方式為：

泵浦源是一種光纖耦合半導體激光器，為激光增益介質(摻雜光纖)提供能量?？刂齐娐?0分別控制泵浦源驅動電路、延遲電路以及放大器泵浦源驅動電路。泵浦源驅動電路連接泵浦源，驅動泵浦源發(fā)光；可編程延遲電路通過芯片將控制電路發(fā)出的TTL信號進行延時處理，發(fā)出兩個具有延時的TTL信號，分別控制第一聲光調(diào)制器驅動電路和第二聲光調(diào)制器驅動電路，從而調(diào)制第一聲光調(diào)制器和第二聲光調(diào)制器之間的延遲時間、聲光調(diào)制器驅動電路調(diào)制聲光調(diào)制器(Q開關)的開閉狀態(tài)以及開關的頻率。光纖合束器、摻雜光纖、第一聲光調(diào)制器、光纖隔離器以及光纖耦合器共同組成環(huán)形諧振腔，構成了環(huán)形腔調(diào)Q光纖激光器，該激光器與第二聲光調(diào)制器共同構成了調(diào)Q光纖激光器的主振蕩器，光纖隔離器保證環(huán)形諧振腔內(nèi)的激光振蕩方向為單方向。泵浦源發(fā)出的光經(jīng)過摻雜光纖后被光纖中摻雜的激活離子吸收，形成粒子數(shù)反轉。調(diào)Q開關關閉時，激光器的振蕩閾值很高，諧振腔內(nèi)不能產(chǎn)生激光振蕩；當調(diào)Q開關打開時，激光振蕩迅速建立，產(chǎn)生的激光一部分經(jīng)過光纖耦合器一輸出端193輸出，另一部分經(jīng)光纖耦合器的另一輸出端194后經(jīng)過光纖合束器的信號端在環(huán)形諧振腔內(nèi)形成環(huán)形激光受激振蕩。輸出激光的脈沖寬度與諧振腔的長度、聲光開關、及諧振腔的損耗有關。理論上脈沖寬度可以長達毫秒級以上，但通常500ns以內(nèi)的脈沖寬度足以滿足實際工業(yè)應用要求。相對于主振蕩器輸出的激光脈沖，延遲電路調(diào)節(jié)第二聲光調(diào)制器驅動的光學開關延遲1～500ns，光纖耦合器一輸出端193輸出的脈沖激光經(jīng)過第二聲光調(diào)制器的調(diào)制被削波，其后輸出的脈沖寬度可在1～500ns變化，且可程序控制。得到的窄脈寬激光可經(jīng)過光纖隔離器，然后被光纖放大器有效放大，放大的脈沖激光經(jīng)可經(jīng)光纖隔離器輸出。光纖隔離器可以有效防止反射光的影響，調(diào)制第二聲光調(diào)制器開啟的延遲時間，可以得到不同脈寬的激光脈沖。

實施例2

實施例2的結構示意圖如圖2所示，一種環(huán)形腔調(diào)Q的脈沖MOPA光纖激光器200，包括控制電路10、泵浦源驅動電路11、泵浦源12、光纖合束器13、激光增益介質14、可編程延遲電路15、第一聲光調(diào)制器驅動電路16、第一聲光調(diào)制器AOM17、光纖隔離器18、光纖耦合器19(其中191、192分別是光纖耦合器的兩個輸入端，193、194分別為光纖耦合器的兩個輸出端)、第二聲光調(diào)制器驅動電路20、第二聲光調(diào)制器AOM21、放大器泵浦源驅動電路22、光纖放大器23(其中231是放大器泵浦源組，232是放大器光纖合束器，233是放大器激光增益介質)、光纖隔離器24、監(jiān)控PD 25。

與實施例1不同的是，實施例2在光纖耦合器的一輸入端192增加了一個監(jiān)控PD，用于監(jiān)控放大級脈沖激光的波形和光譜。

實施例3

實施例3的結構示意圖如圖3所示，一種環(huán)形腔調(diào)Q的脈沖MOPA光纖激光器300，包括控制電路10、泵浦源驅動電路11、泵浦源12、光纖合束器13、激光增益介質14、可編程延遲電路15、第一聲光調(diào)制器驅動電路16、第一聲光調(diào)制器AOM 17、光纖隔離器18、光纖耦合器19(其中191、192分別是光纖耦合器的兩個輸入端，193、194分別為耦合器的兩個輸出端)、第二聲光調(diào)制器驅動電路20、第二聲光調(diào)制器AOM 21、放大器泵浦源驅動電路22、光纖放大器23(其中231是放大器泵浦源組，232是放大器光纖合束器，233是放大器增益介質)、光纖隔離器24、高反光纖布拉格光柵26。

與實施例1不同的是，實施例3中光纖隔離器在環(huán)形諧振腔外，由于諧振腔內(nèi)產(chǎn)生的激光振蕩是雙向的，在光纖耦合器一輸入端192增加一個高反光纖布拉格光柵，將光纖耦合器輸入端192輸出的激光反射回環(huán)形諧振腔內(nèi)，最后由光纖耦合器輸出端193輸出激光，增加激光的輸出功率，同時高反光纖布拉格光柵具有選頻的作用。高反光纖布拉格光柵還可以替換為鍍膜光纖或者反射型濾波器。

實施例4

實施例4的結構示意圖如圖4所示，一種環(huán)形腔調(diào)Q的脈沖MOPA光纖激光器400，包括控制電路10、第一泵浦源驅動電路11、第一泵浦源12、第一光纖合束器13、第二泵浦源驅動電路27、第二泵浦源28、第二合束器29、激光增益介質14、延遲電路15、第一聲光調(diào)制器驅動電路16、第一聲光調(diào)制器AOM 17、光纖隔離器18、光纖耦合器19(其中191、192分別是光纖耦合器的兩個輸入端，193、194分別為耦合器的兩個輸出端)、第二聲光調(diào)制器驅動電路20、第二聲光調(diào)制器AOM 21、放大器泵浦源驅動電路22、光纖放大器23(其中231是放大器泵浦源組，232是放大器光纖合束器，233是放大器增益介質)、光纖隔離器24。

與實施例1不同的是，實施例4采用雙向泵浦的方式，泵浦源可以工作在連續(xù)模式下，也可以工作在脈沖模式下；兩端泵浦源可以以相同的工作模式工作，也可以以不同的工作模式工作；兩端泵浦源可以同時泵浦摻雜光纖，也可以有延時的泵浦摻雜光纖。

實施例5

實施例5的結構示意圖如圖5所示，一種環(huán)形腔調(diào)Q的脈沖MOPA光纖激光器500，包括控制電路10、泵浦源驅動電路11、泵浦源12、光纖合束器13、激光增益介質14、可編程延遲電路15、第一聲光調(diào)制器驅動電路16、第一聲光調(diào)制器AOM 17、光纖隔離器18、光纖耦合器19(其中191、192分別是光纖耦合器的兩個輸入端，193、194分別為耦合器的兩個輸出端)、第二聲光調(diào)制器驅動電路20、第二聲光調(diào)制器AOM 21、放大器泵浦源驅動電路22、光纖放大器23(其中231是放大器泵浦源組，232是放大器光纖合束器，233是放大器增益介質)、光纖隔離器24、濾波器30。

與實施例1不同的是，實施例5中增加了一個帶通濾波器，可以用來優(yōu)化輸出脈沖激光的光譜線寬。該濾波器可以為固定帶寬的濾波器，也可以為可調(diào)帶寬的濾波器。濾波器可位于摻雜光纖和第一聲光調(diào)制器AOM之間，也可位于第一聲光調(diào)制器AOM和光纖耦合器之間，也可位于光纖耦合器的輸出端193和第二聲光調(diào)制器AOM之間，也可位于光纖耦合器的輸出端194和光纖合束器之間。

上述各實施例中，泵浦源的波長范圍可以為808nm、915nm、940nm、980nm等或其他摻雜光纖中激活離子的吸收波長。

上述各實施例中，激光增益介質可以為Yb摻雜光纖，Er摻雜光纖，Yb/Er共摻光纖，Tm摻雜光纖，Nd摻雜光纖等稀土元素摻雜的單模光纖、雙包層光纖或LMA光子晶體光纖。

上述各實施例中，泵浦源可以工作在連續(xù)模式下，也可以工作在脈沖模式下。

上述各實施例中，光纖合束器可以為側泵型(1+1)×1、(2+1)×1等光纖合束器，也可以為端泵型(3+1)×1、(6+1)×1、(18+1)×1等光纖合束器，也可以為波分復用器WDM。

上述各實施例中，引入第二聲光調(diào)制器，通過可編程延遲電路調(diào)控第二聲光調(diào)制器驅動延遲時間1-500ns，最長延遲時間包括但不限于500ns；第二聲光調(diào)制器對諧振腔產(chǎn)生的脈沖激光進行削波，脈寬變窄，脈沖寬度1～500ns，包括但不限于500ns。得到的可調(diào)脈寬激光經(jīng)過光纖隔離器后，被光纖放大器有效放大，最后經(jīng)過光纖隔離器輸出。

綜上，本實用新型提供了一種環(huán)形腔調(diào)Q的脈沖MOPA光纖激光器，采用環(huán)形諧振腔結構的調(diào)Q脈沖激光器作為放大器的種子光，能夠有效抑制放大光路中非線性效應產(chǎn)生。環(huán)形諧振腔內(nèi)利用一個聲光調(diào)制器產(chǎn)生寬脈沖激光，在環(huán)形諧振腔輸出端增加一個聲光調(diào)制器，通過延遲電路調(diào)控第二聲光調(diào)制器的延遲時間，對輸出的激光脈沖裁剪削波，可獲得窄脈寬激光。利用程序控制兩個聲光調(diào)制器的延遲時間，可獲得脈沖寬度連續(xù)可調(diào)的脈沖激光輸出。經(jīng)過聲光調(diào)制器調(diào)節(jié)脈寬后的脈沖光信號經(jīng)光纖放大器有效放大，從而獲得高功率激光輸出。

以上實施例是參照附圖，對本實用新型的優(yōu)選實施例進行詳細說明。本領域的技術人員通過對上述實施例進行各種形式上的修改或變更，但不背離本實用新型的實質的情況下，都落在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。