一種高峰值功率脈沖摻銩激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高功率中紅外激光的產(chǎn)生領(lǐng)域，尤其涉及一種高峰值功率脈沖摻銩激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]由于2微米波段摻銩激光處于人眼安全波段、近紅外大氣窗口、水及特殊氣體吸收波段，可被廣泛應(yīng)用于國防科技、生物醫(yī)學(xué)、大氣遙感、激光雷達、聚合物非金屬材料加工、環(huán)境控制及近中紅外科學(xué)研究等諸多領(lǐng)域。此外，由于摻銩光纖的石英基質(zhì)材料容易實現(xiàn)高功率脈沖輸出，可作為中紅外非線性研究的良好激光光源。又由于在中紅外波段的諸多潛在應(yīng)用，使得2微米摻銩光纖及固體激光器成為近年來研究的熱點。
[0003]對于全光纖化脈沖摻銩激光器，雖然其平均功率已達數(shù)百瓦，但商業(yè)化稀土摻雜光纖的纖芯直徑多為幾十微米量級，一般纖芯直徑為25 μ m或20 μ m。用其進行功率放大時，較高峰值功率下極易產(chǎn)生受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering，SRS)、自相位調(diào)制(Self-phase Modulat1n, SPM)等非線性效應(yīng)，尤其是受激拉曼散射使得激光器頻域出現(xiàn)較大非線性展寬，極大地影響了光纖激光器的質(zhì)量，使得輸出峰值功率多小于一百千瓦。同時，2微米摻銩光纖激光器由于石英光纖強烈的紅外吸收，使得波長大于約2.2微米后的損耗指數(shù)增加，從而SRS導(dǎo)致的波長紅移使得激光損耗增加，持續(xù)的熱量積累將會損壞激光系統(tǒng)的器件，同時由于非線性頻率轉(zhuǎn)換，使得信號波長處的激光輸出功率難以進一步提高。此外，也有采用啁啾脈沖放大(Chirped-pulse amplificat1n, CPA)的形式實現(xiàn)摻銩光纖激光的高峰值功率輸出，但高精度光柵的引入，無疑增加了系統(tǒng)的難度、實用性及成本。
[0004]對于現(xiàn)有的固體摻銩激光器，雖可實現(xiàn)幾百兆瓦的高峰值輸出，但均采用CPA技術(shù)，復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)、高精度的光柵無疑增加了系統(tǒng)的難度同時也限制了其實用性。此夕卜，采用調(diào)Q固體結(jié)構(gòu)雖實現(xiàn)了兆瓦量級的峰值功率，但脈寬均為納秒、重復(fù)頻率極低?ΙΟΟΗζ)、平均功率僅為瓦級，也限制了 2微米激光在超快激光加工、非線性頻率變換等方面對高平均功率的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊且能實現(xiàn)高平均功率及高峰值功率輸出的脈沖摻銩激光器。
[0006]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種高峰值功率脈沖摻銩激光器，包括:
[0007]摻銩光纖種子激光器，用于輸出摻銩脈沖種子激光；
[0008]第一光纖放大器，將摻銩脈沖種子激光進行功率預(yù)放大，并將功率預(yù)放大后的摻銩激光輸出到選頻器；
[0009]選頻器，將接收到的所述功率預(yù)放大后的摻銩激光的重復(fù)頻率降低或選擇合適的重復(fù)頻率；
[0010]第二光纖放大器，用于將選頻后的摻銩激光再次進行功率預(yù)放大以滿足摻銩固體放大器的需求；
[0011]摻銩固體放大器，用于將再次功率預(yù)放大后的摻銩激光進行功率放大，并將放大后的摻銩激光進行輸出。
[0012]進一步地，所述第一光纖放大器為單模摻銩光纖放大器，所述單模摻銩光纖放大器用于將毫瓦級的種子激光放大至瓦級。
[0013]進一步地，所述第二光纖放大器為大模面積摻銩光纖放大器，所述大模面積摻銩光纖放大器采用大模面積摻銩光纖作為增益介質(zhì)。
[0014]進一步地，所述高峰值功率脈沖摻銩激光器還包括至少一個光纖耦合隔離器，所述光纖耦合隔離器置于第一光纖放大器前和/或所述選頻器前，用于隔離所述第一光纖放大器和/或所述第二光纖放大器的返回光。
[0015]進一步地，所述摻銩固體放大器包括第一準(zhǔn)直耦合器、第二準(zhǔn)直耦合器、摻銩激光晶體和半導(dǎo)體栗浦源，所述第一準(zhǔn)直耦合器將再次進行功率預(yù)放大后的摻銩激光耦合進所述摻銩激光晶體；
[0016]所述半導(dǎo)體栗浦源用于栗浦摻銩激光晶體得到栗浦激光；
[0017]所述第二準(zhǔn)直耦合器將所述栗浦激光耦合進所述摻銩激光晶體；
[0018]所述摻銩激光晶體利用所述栗浦激光將再次進行功率預(yù)放大后的摻銩激光進行功率放大。
[0019]進一步地，所述摻銩固體放大器還包括第一雙色鏡、第二雙色鏡和耦合輸出系統(tǒng)；
[0020]所述第一雙色鏡置于所述第一準(zhǔn)直耦合器與所述摻銩激光晶體之間，用于對信號激光進行抗反射，對栗浦激光進行全反射；
[0021]所述第二雙色鏡置于所述第二準(zhǔn)直耦合器與所述摻銩激光晶體之間，用于對信號激光進行全反射至所述耦合輸出系統(tǒng)，同時對栗浦激光進行抗反射；
[0022]所述耦合輸出系統(tǒng)置于所述第二雙色鏡下方，用于將放大后的信號激光進行空間準(zhǔn)直輸出。
[0023]進一步地，所述耦合輸出系統(tǒng)包括光纖耦合器，準(zhǔn)直后的信號激光聚焦耦合進所述光纖耦合器進行光纖耦合輸出。
[0024]進一步地，所述摻銩光纖種子激光器為調(diào)Q納秒種子激光或鎖模皮秒種子激光。
[0025]進一步地，所述選頻器由聲光調(diào)制器和信號函數(shù)發(fā)生器組成。
[0026]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于:本發(fā)明的高峰值功率脈沖摻銩激光器與傳統(tǒng)摻銩光纖放大器相比，既結(jié)合了預(yù)放大時第一、第二光纖放大器的高增益特性，又結(jié)合了功率放大時摻銩固體放大器的高非線性閾值，使得其非線性閾值可提高4個數(shù)量級，進而可實現(xiàn)兆瓦量級高峰值功率脈沖摻銩激光的輸出。同時采用穩(wěn)定的全光纖化種子激光器，結(jié)合全光纖化功率預(yù)放大，增加了系統(tǒng)的緊湊性。此外，通過選頻器將種子激光的重復(fù)頻率降低，可使得輸出峰值功率更高，同時也可以控制激光的重復(fù)頻率。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明高峰值功率脈沖摻銩激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0028]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0029]本發(fā)明的高峰值功率脈沖摻銩激光器采用光纖和固體相混合放大的結(jié)構(gòu)對脈沖摻銩激光進行功率放大，同時采用選頻器降低摻銩激光的重復(fù)頻率，從而有效提高2微米波段脈沖摻銩激光器的峰值功率及平均功率。
[0030]如圖1所示，為本發(fā)明一較佳的實施方式，一種高峰值功率脈沖摻銩激光器，包括摻鎊光纖種子激光器10、第一光纖放大器12、選頻器13、第二光纖放大器14和摻鎊固體放大器15。摻銩光纖種子激光器10用于輸出高質(zhì)量、穩(wěn)定緊湊的摻銩脈沖種子激光。由于種子激光的輸出功率較低，需要對其進行功率預(yù)放大以滿足選頻器13對功率的需求，第一光纖放大器12能將摻銩脈沖種子激光進行功率預(yù)放大，并將功率預(yù)放大后的摻銩激光輸出到選頻器13。選頻器13將接收到的功率預(yù)放大后的摻銩激光的重復(fù)頻率降低或選擇合適的重復(fù)頻率，選頻范圍一般可以從Hz到MHz進行選頻，使得在同等的平均功率下，實現(xiàn)更高的峰值功率輸出。第二光纖放大器14用于將選頻后的摻銩激光再次進行功率預(yù)放大以滿足摻銩固體放大器15的需求。摻銩固體放大器15的輸入端與第二光纖放大器14的輸出端141光纖連接，用于將再次功率預(yù)放大后的摻銩激光進行功率放大，提高系統(tǒng)的非線性閾值，最終達到高峰值功率輸出的作用，同時平均功率也可以達到幾十瓦。與大模面積摻銩光纖放大器中光纖的纖芯直徑相比，摻銩激光晶體可選用Tm:YAG、Tm:YAP、Tm:YLF、Tm/Ho:YLF,Tm/Ho