一種皮秒脈沖光纖激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種皮秒脈沖光纖激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]超短脈沖光纖激光器在通信、軍事、工業(yè)加工、醫(yī)學(xué)、光信息處理、全色顯示和激光印刷等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。其最直接的應(yīng)用就是作為超快光源，形成多種時(shí)間分辨光譜技術(shù)和栗浦/探測(cè)技術(shù)，作為超快激光放大器的種子光源，可用于光纖型光參量振蕩器與放大器系統(tǒng)，并可使用周期性極化鈮酸鋰(PPLN)進(jìn)行高效倍頻或頻率轉(zhuǎn)換。它的發(fā)展帶動(dòng)了物理、化學(xué)、生物、材料與信息科學(xué)的研究進(jìn)入微觀超快過程領(lǐng)域。特別在工業(yè)加工領(lǐng)域中的藍(lán)寶石加工、FPD加工、PCB刻寫、半導(dǎo)體材料加工以及熱敏材料的處理等方面有著難以取代的優(yōu)勢(shì)。
[0003]高峰值功率皮秒脈沖光纖激光器作為高功率皮秒脈沖光纖激光器中的一種，現(xiàn)有的技術(shù)方案中較普遍的是用皮秒級(jí)半導(dǎo)體激光器作為種子源，以MOPA方式放大來實(shí)現(xiàn)。該方法依賴于半導(dǎo)體激光器的脈沖調(diào)制，一般只能得到脈寬為幾百皮秒的脈沖輸出，難以得到脈寬達(dá)到幾十皮秒的脈沖，從而難以實(shí)現(xiàn)很高的峰值功率輸出。也有應(yīng)用皮秒脈沖光纖激光器作為種子源轉(zhuǎn)接固體放大器或者桿狀大芯徑光纖放大器進(jìn)行高峰值功率放大的方案，顯然，這樣的系統(tǒng)不可避免的出現(xiàn)光纖輸出與空間光轉(zhuǎn)換的過程，如此難免會(huì)對(duì)系統(tǒng)輸出的穩(wěn)定性、系統(tǒng)的可靠性產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種皮秒脈沖光纖激光器，旨在獲得穩(wěn)定的、高峰值功率的窄帶皮秒脈沖激光。
[0005]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種皮秒脈沖光纖激光器，包括依次設(shè)置的鎖模皮秒脈沖光纖激光器種子源、一級(jí)放大系統(tǒng)、第一帶通光纖濾波器、二級(jí)放大系統(tǒng)、聲光調(diào)制器、第二帶通光纖濾波器、三級(jí)放大系統(tǒng)、四級(jí)放大系統(tǒng)以及輸出端帽；所述鎖模皮秒脈沖光纖激光器種子源輸出高頻皮秒光脈沖，所述聲光調(diào)制器的開關(guān)周期和開門時(shí)間可調(diào)，通過調(diào)節(jié)所述開關(guān)周期調(diào)節(jié)脈沖輸出頻率，通過調(diào)節(jié)所述開門時(shí)間調(diào)節(jié)每個(gè)所述開關(guān)周期內(nèi)輸出的皮秒光脈沖個(gè)數(shù)，所述聲光調(diào)制器的開關(guān)頻率小于所述鎖模皮秒脈沖光纖激光器種子源的光脈沖輸出頻率，以獲得低頻、高峰值功率的激光脈沖。
[0006]本發(fā)明采用鎖模皮秒脈沖光纖激光器種子源輸出高頻皮秒光脈沖，通過一級(jí)放大系統(tǒng)和二級(jí)放大系統(tǒng)進(jìn)行能量放大，并由聲光調(diào)制器對(duì)輸出頻率進(jìn)行調(diào)制，獲得低頻皮秒脈沖，再通過三級(jí)放大系統(tǒng)和四級(jí)放大系統(tǒng)進(jìn)行放大，獲得穩(wěn)定的、低頻的、高峰值功率皮秒激光脈沖，輸出峰值功率可高達(dá)幾百千瓦，且通過調(diào)節(jié)聲光調(diào)制器的開門周期和開門時(shí)間使輸出頻率及脈沖個(gè)數(shù)可調(diào)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，將若干通用型的器件進(jìn)行特殊的合理的設(shè)計(jì)，使其功能巧妙配合，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的頻率可調(diào)的高峰值功率皮秒激光輸出。該皮秒脈沖激光器可作為高性能超短脈沖光源，在通信、軍事、工業(yè)加工、醫(yī)學(xué)、光信息處理、全色顯示和激光印刷等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用，特別在工業(yè)加工領(lǐng)域中的藍(lán)寶石加工、FPD加工、PCB刻寫、半導(dǎo)體材料加工以及熱敏材料的處理等方面有著難以取代的優(yōu)勢(shì)。
【附圖說明】
[0007]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的皮秒脈沖光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0008]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的鎖模皮秒脈沖光纖激光器種子源輸出的脈沖頻率示意圖；
[0009]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的經(jīng)過聲光調(diào)制器調(diào)制后的一種脈沖頻率示意圖；
[0010]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的經(jīng)過聲光調(diào)制器調(diào)制后的另一種脈沖頻率示意圖；
[0011]圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的經(jīng)過一級(jí)、二級(jí)放大系統(tǒng)放大后的脈沖光譜示意圖；
[0012]圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的經(jīng)過第一、第二帶通光纖濾波器后的脈沖光譜示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0014]以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)描述:
[0015]請(qǐng)參考圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供一種皮秒脈沖光纖激光器，包括依次設(shè)置的鎖模皮秒脈沖光纖激光器種子源01 (SEED)、一級(jí)放大系統(tǒng)02、第一帶通光纖濾波器04、二級(jí)放大系統(tǒng)05、聲光調(diào)制器07 (AOM)、第二帶通光纖濾波器08、三級(jí)放大系統(tǒng)09、四級(jí)放大系統(tǒng)11以及輸出端帽12。為了防止脈沖反向傳輸損壞器件，優(yōu)選在一級(jí)放大系統(tǒng)02和第一帶通光纖濾波器04之間設(shè)置第一隔離器03，在二級(jí)放大系統(tǒng)05和聲光調(diào)制器07之間設(shè)置第二隔離器06，在三級(jí)放大系統(tǒng)09和四級(jí)放大系統(tǒng)11之間設(shè)置第三隔離器10。SEEDOl連接一級(jí)放大系統(tǒng)02，一級(jí)放大系統(tǒng)02的輸出端連接第一隔離器03的輸入端，第一隔離器03的輸出端連接第一帶通光纖濾波器04的輸入端，第一帶通光纖濾波器04的輸出端連接二級(jí)放大系統(tǒng)05，二級(jí)放大系統(tǒng)05的輸出端連接第二隔離器06的輸入端，第二隔離器06的輸出端連接聲光調(diào)制器07的輸入端，聲光調(diào)制器07的輸出端連接第二帶通光纖濾波器08的輸入端，第二帶通光纖濾波器08的輸出端連接三級(jí)放大系統(tǒng)09的輸入端，三級(jí)放大系統(tǒng)09的輸出端連接第三隔離器10的輸入端，第三隔離器10的輸出端連接四級(jí)放大系統(tǒng)11，四級(jí)放大系統(tǒng)11的輸出端連接輸出端帽12。
[0016]SEEDOl輸出高頻皮秒光脈沖，如圖2，該皮秒光脈沖的頻率為兆赫茲，通常大于I兆，脈沖寬度可以為10?lOOps，但不局限于該范圍。皮秒光脈沖經(jīng)過一級(jí)放大系統(tǒng)02和二級(jí)放大系統(tǒng)05進(jìn)行放大，使輸出平均功率達(dá)到瓦量級(jí)以便抑制三級(jí)放大系統(tǒng)09的受激自發(fā)輻射和非線性效應(yīng)。放大后的光脈沖進(jìn)入聲光調(diào)制器07，聲光調(diào)制器07是一種頻率調(diào)制器件，聲光調(diào)制器07的開關(guān)周期和開門時(shí)間可調(diào)，通過調(diào)節(jié)開關(guān)周期可以調(diào)節(jié)其輸出頻率，該輸出頻率也就是該激光器的激光脈沖輸出頻率。通過調(diào)節(jié)開門時(shí)間調(diào)節(jié)每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)輸出的皮秒光脈沖個(gè)數(shù)。在這里可以理解，聲光調(diào)制器07對(duì)皮秒光脈沖的原始頻率沒有影響，在開門時(shí)間內(nèi)，輸出的皮秒光脈沖仍然以其原有的兆赫茲頻率通過聲光調(diào)制器07，而在開門時(shí)間內(nèi)能夠輸出多少個(gè)皮秒光脈沖取決于開門時(shí)間，如開門時(shí)間較短，則可能僅輸出一個(gè)皮秒光脈沖，如圖3 ;如開門時(shí)間較長(zhǎng)，則輸出皮秒光脈沖序列，如圖4。對(duì)于整個(gè)激光器，一次開門輸出一個(gè)激光脈沖，該激光脈沖可能包含一個(gè)皮秒光脈沖或者包含由多個(gè)皮秒光脈沖形成的序列。在本實(shí)施例中，聲光調(diào)制器07的開關(guān)頻率小于鎖模皮秒脈沖光纖激光器種子源01的光脈沖輸出頻率，進(jìn)而獲得低頻脈沖，并通過三級(jí)放大系統(tǒng)09和四級(jí)放大系統(tǒng)11提升其峰值功率。
[0017]本實(shí)施例通過鎖模皮秒脈沖光纖激光器種子源01輸出高頻皮秒光脈沖，通過一級(jí)放大系統(tǒng)02和二級(jí)放大系統(tǒng)05進(jìn)行能量放大，并由聲光調(diào)制器07對(duì)輸出頻率進(jìn)行調(diào)制，獲得低頻皮秒光脈沖，再通過三級(jí)放大系統(tǒng)09和四級(jí)放大系統(tǒng)11進(jìn)行放大，獲得穩(wěn)定的、低頻的、高峰值功率皮秒激光脈沖，輸出峰值功率可高達(dá)幾百千瓦，且通過調(diào)節(jié)聲光調(diào)制器07的開門周期和開門時(shí)間使輸出激光脈沖頻率以及脈沖個(gè)數(shù)可調(diào)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，將若干通用型的器件進(jìn)行特殊的合理的設(shè)計(jì)，使其功能巧妙配合，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的頻率可調(diào)的高峰值功率皮秒激光輸出。該皮秒脈沖激光器可作為高性能超短脈沖光源，在通信、軍事、工業(yè)加工、醫(yī)學(xué)、光信息處理、全色顯示和激光印刷等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用，特別在工業(yè)加工領(lǐng)域中的藍(lán)寶石加工、FPD加工、PCB刻寫、半導(dǎo)體材料加工以及熱敏材料的處理等方面有著難以取代的優(yōu)勢(shì)。
[0018]在本實(shí)施例中，SEEDOI可以采用鎖模皮秒脈沖光纖激光器。SEEDOl輸出大于I兆赫茲的脈寬為1ps?10ps的皮秒光脈沖。鎖模皮秒脈沖光纖激光器種子源01的輸出頻率很高，但平均功率及峰值功率較低，因此需要降低脈沖頻率后對(duì)低頻光脈沖進(jìn)行再放大。本實(shí)施例使用一級(jí)、二級(jí)放大系統(tǒng)05對(duì)該種子源信號(hào)進(jìn)行放大，使輸出平均功率達(dá)到瓦量級(jí)以便抑制三級(jí)放大系統(tǒng)09的受激自發(fā)輻射和非線性效應(yīng)。另外，在一級(jí)放大系統(tǒng)02和二級(jí)放大系統(tǒng)05后方分別設(shè)置第一隔離器03和第二隔離器06，以隔離反向光信號(hào)，以保護(hù)一級(jí)放大系統(tǒng)02和二級(jí)放大系統(tǒng)05，再通過聲光調(diào)制器07進(jìn)行頻率調(diào)制。
[0019]進(jìn)一步地，通過聲光調(diào)制器07對(duì)高頻皮秒光脈沖序列進(jìn)行脈沖選擇，聲光調(diào)制器07的開關(guān)頻率決定了激光脈沖輸出頻率，在SEEDOl的輸出頻率為幾兆赫茲以上的情況下，該聲光調(diào)制器07的開門頻率可選擇50KHz?1MHz，經(jīng)過選頻后的光脈沖頻率下降為50KHz?IMHz可調(diào)。再通過所述三級(jí)放大系統(tǒng)09和四級(jí)放大系統(tǒng)11進(jìn)行再放大，提高峰值功率。由四級(jí)放大系統(tǒng)11輸出的光脈沖峰值功率可達(dá)百KW級(jí)。并且，通過改變聲光調(diào)制器07的開門時(shí)間，可以自由選擇通過聲