一种多谐振腔耦合的全光纤脉冲激光器制造技术

本实用新型专利技术公开一种多谐振腔耦合的全光纤脉冲激光器，包括：泵浦源、光纤合束器、第一反射型光纤布拉格光栅、第二反射型光纤布拉格光栅、第三反射型光纤布拉格光栅、第四反射型光纤布拉格光栅、第五反射型光纤布拉格光栅、第六反射型光纤布拉格光栅、第一增益光纤、第二增益光纤、第三增益光纤以及光隔离器，或包括：泵浦源、波分复用器、第一反射型光纤布拉格光栅、第二反射型光纤布拉格光栅、第四反射型光纤布拉格光栅、第五反射型光纤布拉格光栅、第六反射型光纤布拉格光栅、第一增益光纤、第二增益光纤、第三增益光纤、光隔离器以及环形器。采用本实用新型专利技术的技术方案，具有结构紧凑、能有效提高激光效率及输出稳定性的特点。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于激光技术与非线性光学领域，尤其涉及一种多谐振腔耦合的全光纤脉冲激光器。
技术介绍
光纤激光器具有光束质量好、效率高、稳定性好、结构紧凑、成本低廉、易于散热、易于实现高功率、易维护多种特点，受到人们的广泛关注。尤其是具有高光束质量、高输出功率、高稳定性的调Q、锁模脉冲光纤激光器，在生物医疗、激光通信、激光测距、激光武器、激光加工等多种领域有着广阔的应用前景。2μm波段激光属于人眼安全波段，占据大气窗口多个有利波长，广泛应用于工业加工、激光医疗、科学研究和国防军事等众多领域，具有其他波段激光器不可替代的作用。此外，2μm波段高功率短脉冲光纤激光器是产生2～5μm波段高功率中红外激光首选的泵浦源之一。目前获得2μm波段纳秒脉冲激光的重要技术主要有调Q技术、锁模技术和增益开关技术。锁模技术可以实现高峰值功率的飞秒或皮秒量级的脉冲输出，调Q技术可以产生高能量的纳秒或亚毫秒脉宽的激光(巨脉冲)输出，增益开关作为产生激光巨脉冲的有效方法，是调Q技术的有效补充。传统的调Q技术是通过在腔内加入声光、电光调制器或固态可饱和吸收体等自由空间元件实现，抗环境干扰能力差，而光纤与非光纤器件的熔接会增加谐振腔的损耗、降低系统的稳定性，不利于系统集成设计及产业化推广应用。
技术实现思路
为了获得脉冲激光的连续稳定输出，实现出射波长的多次变换且能够覆盖近红外及中红外波段，同时为了解决主动调Q的系统损耗和成本问题及基于传统可饱和吸收体(半导体可饱和吸收镜、新型纳米材料等)用于被动调Q存在的制作工艺难、生产成本高、调节步骤繁琐等问题，本技术利用光纤的可饱和吸收特性和独特的多谐振腔全光纤设计，采用掺杂光纤作为增益介质的同时作为可饱和吸收体，结合多谐振腔耦合的新型全光纤设计，整个工作过程包括一次被动调Q、两次增益开关过程。通过多谐振腔耦合实现窄脉宽输出，同时可以实现工作波长的多次选择和变换。为实现上述目的，本技术采用如下技术方案：一种多谐振腔耦合的全光纤脉冲激光器包括：泵浦源、光纤合束器、第一反射型光纤布拉格光栅、第二反射型光纤布拉格光栅、第三反射型光纤布拉格光栅、第四反射型光纤布拉格光栅、第五反射型光纤布拉格光栅、第六反射型光纤布拉格光栅、第一增益光纤、第二增益光纤、第三增益光纤以及光隔离器，其中，泵浦源连接光纤合束器的泵浦输入端，光纤合束器的信号端连接第一反射型光纤布拉格光栅的一端，第一反射型光纤布拉格光栅的另一端依次连接第一增益光纤、第二反射型光纤布拉格光栅、第三反射型光纤布拉格光栅；光纤合束器的公共端依次连接第二增益光纤、第四反射型光纤布拉格光栅、第三增益光纤、第五反射型光纤布拉格光栅、第六光纤布拉格光栅以及光隔离器；第三反射型光纤布拉格光栅与第五反射型光纤布拉格光栅构成第一谐振腔；第一反射型光纤布拉格光栅与第二反射型光纤布拉格光栅构成第二谐振腔；第四反射型光纤布拉格光栅与第六反射型光纤布拉格光栅构成第三谐振腔；泵浦源产生的泵浦光，通过光纤合束器，耦合进入第一谐振腔中，在第二增益光纤的作用下产生第一波长激光，之后进入第二谐振腔中泵浦第一增益光纤，产生第二波长激光，之后进入第三谐振腔泵浦第三增益光纤，最终产生的第三波长激光通过光隔离器输出高功率、高稳定性的脉冲激光。作为优选，所述第一反射型光纤布拉格光栅、第二反射型光纤布拉格光栅、第三反射型光纤布拉格光栅、第四反射型光纤布拉格光栅、第五反射型光纤布拉格光栅、第六反射型光纤布拉格光栅的反射率为R，其中0<R<1。作为优选，所述泵浦源为半导体激光器、固体激光器、气体激光器、光纤激光器、拉曼激光器其中的一种，输出泵浦光的中心波长λ的范围为：800nm≤λ≤2000nm；所述的泵浦方式是纤芯单端泵浦、纤芯双端泵浦、包层单端泵浦或包层双端泵浦。作为优选，所述光纤合束器为(2+1)x1合束器或(6+1)合束器。作为优选，所述第一增益光纤、第二增益光纤、第三增益光纤为掺稀土元素的光纤或光子晶体光纤，掺杂的稀土元素为镱(Yb)、铒(Er)、钬(Ho)、铥(Tm)、钕(Nd)、铬(Cr)、钐(Sm)、铋(Bi)其中的一种或几种。一种多谐振腔耦合的全光纤脉冲激光器包括：泵浦源、波分复用器、第一反射型光纤布拉格光栅、第二反射型光纤布拉格光栅、第四反射型光纤布拉格光栅、第五反射型光纤布拉格光栅、第六反射型光纤布拉格光栅、第一增益光纤、第二增益光纤、第三增益光纤、光隔离器以及环形器，其中，泵浦源连接波分复用器的泵浦输入端，波分复用器的公共端连接第二增益光纤的一端，第二增益光纤的另一端连接环形器的入射端；环形器的出射端依次连接第一反射型光纤布拉格光栅、第一增益光纤和第二反射型光纤布拉格光栅的一端，第二反射型光纤布拉格光栅的另一端连接波分复用器的信号端；环形器的公共端依次连接第四反射型光纤布拉格光栅、第三增益光纤、第五反射型光纤布拉格光栅、第六反射型光纤布拉格光栅及隔离器；泵浦源产生的泵浦光通过波分复用器的泵浦输入端进入到第二增益光纤，再通过环形器、第四反射型光纤布拉格光栅、第三增益光纤到达第五反射型光纤布拉格光栅，第五反射型光纤布拉格光栅为全反型光栅，第五反射型光纤布拉格光栅将光反射回去，依次通过第三增益光纤、第四反射型光纤布拉格光栅、环形器、第一反射型光纤布拉格光栅、第一增益光纤和第二反射型光纤布拉格光栅，到达波分复用器的信号端返回形成环形腔，所述环形腔的作用与上述直线型调制结构的全光纤脉冲激光器中第一谐振腔的作用一样；第一反射型光纤布拉格光栅与第二反射型光纤布拉格光栅构成第二谐振腔；第四反射型光纤布拉格光栅与第六反射型光纤布拉格光栅构成第三谐振腔。泵浦源产生的泵浦光经过波分复用器的泵浦输入端进入到环形腔内，泵浦第二增益光纤产生第一波长激光，环形腔产生的第一波长激光进入第二谐振腔内，泵浦第一增益光纤产生第二波长激光，该第二波长的激光由波分复用器的信号端进入经公共端输出，通过第二增益光纤由环形器的入射端进入经环形器的公共端输出，进入第三谐振腔内，泵浦第三增益光纤，产生第三波长的激光，经隔离器输出腔外。作为优选，所述第一反射型光纤布拉格光栅、第二反射型光纤布拉格光栅、第四反射型光纤布拉格光栅、第五反射型光纤布拉格光栅、第六反射型光纤布拉格光栅的反射率为R，其中0<R<1。作为优选，所述泵浦源为半导体激光器、固体激光器、气体激光器、光纤激光器、拉曼激光器其中的一种，输出泵浦光的中心波长λ的范围为：800nm≤λ≤2000nm；所述的泵浦方式是纤芯单端泵浦、纤芯双端泵浦、包层单端泵浦或包层双端泵浦。作为优选，所述第一增益光纤、第二增益光纤、第三增益光纤为掺稀土元素的光纤或光子晶体光纤，掺杂的稀土元素为镱(Yb)、铒(Er)、钬(Ho)、铥(Tm)、钕(Nd)、铬(Cr)、钐(Sm)、铋(Bi)其中的一种或几种。本技术多谐振腔耦合的全光纤脉冲激光器具有以下优点：1、本技术利用掺稀土元素的光纤作为增益介质的同时作为可饱和吸收体，无需额外增加调制器件，全光纤结构，效率高，抗环境干扰能力强，设计灵活，成本低廉。2、本技术利用多谐振腔的耦合作用，整个工作过程包括一次被动调Q、两次增益开关，可以实现窄脉宽输出同时可以实现工作波长的多次选择和变换。输出功率、光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多谐振腔耦合的全光纤脉冲激光器，其特征在于，包括：泵浦源(1)、光纤合束器(2)、第一反射型光纤布拉格光栅(6)、第二反射型光纤布拉格光栅(7)、第三反射型光纤布拉格光栅(8)、第四反射型光纤布拉格光栅(9)、第五反射型光纤布拉格光栅(10)、第六反射型光纤布拉格光栅(11)、第一增益光纤(3)、第二增益光纤(4)、第三增益光纤(5)以及光隔离器(12)，其中，泵浦源(1)连接光纤合束器(2)的泵浦输入端，光纤合束器(2)的信号端连接第一反射型光纤布拉格光栅(6)的一端，第一反射型光纤布拉格光栅(6)的另一端依次连接第一增益光纤(3)、第二反射型光纤布拉格光栅(7)、第三反射型光纤布拉格光栅(8)；光纤合束器(2)的公共端依次连接第二增益光纤(4)、第四反射型光纤布拉格光栅(9)、第三增益光纤(5)、第五反射型光纤布拉格光栅(10)、第六光纤布拉格光栅(11)以及光隔离器(12)；第三反射型光纤布拉格光栅(8)与第五反射型光纤布拉格光栅(10)构成第一谐振腔；第一反射型光纤布拉格光栅(6)与第二反射型光纤布拉格光栅(7)构成第二谐振腔；第四反射型光纤布拉格光栅(9)与第六反射型光纤布拉格光栅(11)构成第三谐振腔；泵浦源(1)产生的泵浦光，通过光纤合束器(2)，耦合进入第一谐振腔中，在第二增益光纤(4)的作用下产生第一波长激光，之后进入第二谐振腔中泵浦第一增益光纤(3)，产生第二波长激光，之后进入第三谐振腔泵浦第三增益光纤(5)，最终产生的第三波长激光通过光隔离器(12)输出高功率、高稳定性的脉冲激光。...

【技术特征摘要】
1.一种多谐振腔耦合的全光纤脉冲激光器，其特征在于，包括：泵浦源(1)、光纤合束器(2)、第一反射型光纤布拉格光栅(6)、第二反射型光纤布拉格光栅(7)、第三反射型光纤布拉格光栅(8)、第四反射型光纤布拉格光栅(9)、第五反射型光纤布拉格光栅(10)、第六反射型光纤布拉格光栅(11)、第一增益光纤(3)、第二增益光纤(4)、第三增益光纤(5)以及光隔离器(12)，其中，泵浦源(1)连接光纤合束器(2)的泵浦输入端，光纤合束器(2)的信号端连接第一反射型光纤布拉格光栅(6)的一端，第一反射型光纤布拉格光栅(6)的另一端依次连接第一增益光纤(3)、第二反射型光纤布拉格光栅(7)、第三反射型光纤布拉格光栅(8)；光纤合束器(2)的公共端依次连接第二增益光纤(4)、第四反射型光纤布拉格光栅(9)、第三增益光纤(5)、第五反射型光纤布拉格光栅(10)、第六光纤布拉格光栅(11)以及光隔离器(12)；第三反射型光纤布拉格光栅(8)与第五反射型光纤布拉格光栅(10)构成第一谐振腔；第一反射型光纤布拉格光栅(6)与第二反射型光纤布拉格光栅(7)构成第二谐振腔；第四反射型光纤布拉格光栅(9)与第六反射型光纤布拉格光栅(11)构成第三谐振腔；泵浦源(1)产生的泵浦光，通过光纤合束器(2)，耦合进入第一谐振腔中，在第二增益光纤(4)的作用下产生第一波长激光，之后进入第二谐振腔中泵浦第一增益光纤(3)，产生第二波长激光，之后进入第三谐振腔泵浦第三增益光纤(5)，最终产生的第三波长激光通过光隔离器(12)输出高功率、高稳定性的脉冲激光。2.根据权利要求1所述的多谐振腔耦合的全光纤脉冲激光器，其特征在于，所述第一反射型光纤布拉格光栅(6)、第二反射型光纤布拉格光栅(7)、第三反射型光纤布拉格光栅(8)、第四反射型光纤布拉格光栅(9)、第五反射型光纤布拉格光栅(10)、第六反射型光纤布拉格光栅(11)的反射率为R，其中0<R<1。3.根据权利要求1所述的多谐振腔耦合的全光纤脉冲激光器，其特征在于，所述泵浦源(1)为半导体激光器、固体激光器、气体激光器、光纤激光器、拉曼激光器其中的一种，输出泵浦光的中心波长λ的范围为：800nm≤λ≤2000nm；所述的泵浦方式是纤芯单端泵浦、纤芯双端泵浦、包层单端泵浦或包层双端泵浦。4.根据权利要求1所述的多谐振腔耦合的全光纤脉冲激光器，其特征在于，所述的光纤合束器(2)为(2+1)x1合束器或(6+1)合束器。5.根据权利要求1所述的多谐振腔耦合的全光纤脉冲激光器，其特征在于，所述第一增益光纤(3)、第二增益光纤(4)、第三增益光纤(5)为掺稀土元素的光纤或光子晶体光纤，掺杂的稀土元素为镱(Yb)、铒(Er)、钬(Ho)、铥(Tm)、钕(Nd)、铬(Cr)、钐(Sm)、铋(Bi)其中的一种或几种。6.一种多谐振腔耦合的全光纤脉冲激光器，其特征在于，包括：泵浦源(1)、波分复用器(2’)、第一反射型光纤布拉格光栅(6)、第二反射型光纤布拉格光栅(7)、第四反射型光纤布拉格光栅(9)、第五反射型光纤布拉格光栅(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王璞，刘伟，金东臣，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：新型
国别省市：北京;11