脉冲激光系统技术方案

本发明专利技术公开一种脉冲激光系统，包括一激光泵、一第一光纤光栅、一第二光纤光栅、一第一核增益光纤、一第三光纤光栅、一第四光纤光栅、一辅助激光、一多工波长分光器、一第二核增益光纤。第一光纤光栅耦接至激光泵并与第二光纤光栅构成第一共振腔。第一核增益光纤位于第一共振腔内。第三光纤光栅在第一共振腔内耦接至第一核增益光纤并与第四光纤光栅构成第二共振腔。多工波长分光器位于第二共振腔内并接收辅助激光。第二核增益光纤耦接于多工波长分光器并位于第二共振腔内，最后由第二光纤光栅输出脉冲激光。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种激光系统，且特别是涉及一种脉冲激光系统。
技术介绍
激光光束具有良好的准直性及较高的功率与光强度，因此激光产生器在现代工业上有着很广范的应用，诸如实验室用的高准直光源、简报时所用的激光笔、读取或烧录光盘时所采用的激光光源、激光鼠标所采用的激光光源、各种量测仪器的激光光源、显示领域的激光光源、光纤通讯中的激光源、甚至是生医领域的仪器的激光光源等等。2000纳米(nanometer，底下简称nm)激光波长为人体重要成分水的高吸收波段，故此激光并应用于激光手术刀，作为未来高品质的医疗激光工具，由于传统上2000纳米(nm)激光使用声光调变器产生脉冲，效率较低以及系统具有不稳定性，造成激光运用的品质降低。另外，由于中红外线激光系统为目前最普遍应用于生医治疗激光光源之一，中红外线系统中，目前并无全光纤式脉冲切换系统，作为主动式脉冲切换系统仍需以耦光方式输出与输入，且系统的开关方式需采用AOM(acousto-opticmodulator)，此驱动元件需要高成本与高峰值电流电路。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的一实施例提出一种脉冲激光系统，包括一激光泵、一第一光纤光栅、一第二光纤光栅、一第一核增益光纤、一第三光纤光栅、一第四光纤光栅、一辅助激光、一多工波长分光器、一第二核增益光纤。激光泵，适于输出一激光。第一光纤光栅，耦接至激光泵。第二光纤光栅设置于第一光纤光栅的另一端并与第一光纤光栅构成第一共振腔。第一核增益光纤耦接于第一光纤光栅并位于第一共振腔内，接收激光泵的激光之后产生共振。第三光纤光栅耦接至第一核增益光纤并位于第一共振腔内。第四光纤光栅，设置于第三光纤光栅的另一端并位于第一共振腔内，其中第四光纤光栅与第三光纤光栅构成第二共振腔。多工波长分光器，与第三光纤光栅耦接同时接收辅助激光并位于第二共振腔内。第二核增益光纤，耦接于多工波长分光器并位于第二共振腔内。最后由第二光纤光栅输出脉冲激光。本专利技术的一实施例提出一种脉冲激光控制系统，包括一第一核增益光纤、一第一光纤光栅、一第二光纤光栅、一多工波长分光器、一第二核增益光纤以及一辅助激光。第一光纤光栅耦接至第一核增益光纤。第二光纤光栅设置于第一光纤光栅的另一端并与第一光纤光栅构成一共振腔。多工波长分光器与第一光纤光栅耦接并位于共振腔内。第二核增益光纤耦接于多工波长分光器并位于共振腔内。最后将辅助激光传入多工波长分光器，控制第二核增益光纤开关状态，以产生脉冲激光。为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附图作详细说明如下。附图说明图1为本专利技术的一实施例的脉冲激光系统的结构示意图；图2为本专利技术的一实施例的多工波长分光器的结构示意图；图3为本专利技术的一实施例的掺铥材料吸收/放射参数对应波长的曲线图；图4A是沿图1的A-A'线所截取的局部放大图；图4B绘示图4A中的第二核增益光纤中的增益介质中的电子的跃迁状态的示意图；图5A为本专利技术的一实施例的第二核增益光纤能量损耗示意图；图5B为本专利技术的一实施例的第一核增益光纤能阶示意图；图5C为本专利技术的一实施例的输出脉冲激光示意图；图6A为本专利技术的一实施例的脉冲激光系统的架构图；图6B为本专利技术的一实施例的所获得的脉冲激光示意图；图6C为本专利技术的一实施例的所获得的脉冲功率与激光重复率关系图。符号说明10,600：全光纤模态变换脉冲激光系统100：激光泵110：第一光纤光栅110’：第二光纤光栅120：第一核增益光纤130：脉冲激光140：第三光纤光栅140’：第四光纤光栅150：多工波长分光器160：辅助激光162：直流驱动信号170：第二核增益光纤310：掺铥光纤材料吸收参数320：掺铥光纤材料放射参数410：第一能阶420：第二能阶602：激光泵610：第一光纤光栅610’：第二光纤光栅620：第一核增益光纤630：第三光纤光栅630’：第四光纤光栅640：多工波长分光器650：辅助激光660：第二核增益光纤670：脉冲激光具体实施方式在本专利技术的范例实施例中，利用增益光纤原子能阶特性，搭配不同纤核光纤采用，内部置入特定元件，达成脉冲可调输出。以下举一些实施例做为说明，但是本专利技术不仅限于实施例。图1为本专利技术的一实施例的全光纤模态变换脉冲激光系统的结构示意图。请参照图1，本实施例的全光纤模态变换脉冲激光系统10包括一激光泵(pump)100、一第一光纤光栅(fiberbragger,FBG)110、一第二光纤光栅110’、一第一核增益光纤(coregainfiber)120、一第三光纤光栅140、一第四光纤光栅140’、一辅助激光160、一多工波长分光器150(wavelengthdivisionmultiplexer)、一第二核增益光纤170以及输出的脉冲激光130。激光泵100适于输出一激光。第一光纤光栅110耦接至激光泵100。第二光纤光栅110’设置于第一光纤光栅110的另一端并与第一光纤光栅110构成第一共振腔。第一核增益光纤120耦接于第一光纤光栅110并位于第一共振腔内。激光泵100所产生的激光输入第一光纤光栅110然后经过由第一光纤光栅110与第二光纤光栅110’构成的第一共振腔内的第一核增益光纤120之后，会在第一共振腔内产生共振，即可产生激光。为提供主动式脉冲切换系统，在第一共振腔内置入由第三光纤光栅140与第四光纤光栅140’构成的第二共振腔，并于该第二共振腔内置入一多工波长分光器150做为分光元件，其中该多工波长分光器150具有第一输入端口、第二输入端口及共同输出端，其第一输入端口耦接至第一核增益光纤120，第二输入端口接收一辅助激光160，并且共同输出端耦接至同样位于第二共振腔内的第二核增益光纤170。其中，该第二共振腔为一小型共振腔，以使该第二核增益光纤170回到不饱和状态。图2为本专利技术的一实施例的多工波长分光器的结构示意图。请参照图2，多工波长分光器150具有第一输入端口、第二输入端口及共同输出端，其功能为将第一输入端口的激光结合第二输入端口的激光共同输出。在本实施例中，多工波长分光器150的第一输入端口耦接至全光纤模态变换脉冲激光系统的第一核增益光纤120，多工波长分光器150的第二输入端口接收一辅助本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种脉冲激光系统，包括：激光泵，适于输出激光；第一光纤光栅，耦接至该激光泵；第二光纤光栅，设置于该第一光纤光栅的另一端并与该第一光纤光栅构成一第一共振腔；第一核增益光纤，耦接于该第一光纤光栅并位于该第一共振腔内，接收该激光泵的该激光之后产生共振；第三光纤光栅，耦接至该第一核增益光纤并位于该第一共振腔内；第四光纤光栅，设置于该第三光纤光栅的另一端并位于该第一共振腔内，其中该第四光纤光栅与该第三光纤光栅构成一第二共振腔；辅助激光；多工波长分光器，与该第三光纤光栅耦接同时接收该辅助激光并位于该第二共振腔内；以及第二核增益光纤，耦接于该多工波长分光器并位于该第二共振腔内，用以根据该多工波长分光器的输出产生脉冲激光。

【技术特征摘要】
2014.11.18 TW 1031398961.一种脉冲激光系统，包括：
激光泵，适于输出激光；
第一光纤光栅，耦接至该激光泵；
第二光纤光栅，设置于该第一光纤光栅的另一端并与该第一光纤光栅构
成一第一共振腔；
第一核增益光纤，耦接于该第一光纤光栅并位于该第一共振腔内，接收
该激光泵的该激光之后产生共振；
第三光纤光栅，耦接至该第一核增益光纤并位于该第一共振腔内；
第四光纤光栅，设置于该第三光纤光栅的另一端并位于该第一共振腔
内，其中该第四光纤光栅与该第三光纤光栅构成一第二共振腔；
辅助激光；
多工波长分光器，与该第三光纤光栅耦接同时接收该辅助激光并位于该
第二共振腔内；以及
第二核增益光纤，耦接于该多工波长分光器并位于该第二共振腔内，用
以根据该多工波长分光器的输出产生脉冲激光。
2.如权利要求1所述的脉冲激光系统，其中该多工波长分光器将该激光
泵的该激光结合该辅助激光共同输出，并将此输出导入该第二核增益光纤。
3.如权利要求2所述的脉冲激光系统，其中该多工波长分光器具有第一
输入端口、第二输入端口及共同输出端，并且分别由该第一输入端口输入该
激光，由该第二输入端口输入该辅助激光，其中该激光的波长介于950纳米
到1750纳米之间，该辅助激光的波长介于1500纳米到1950纳米之间。
4.如权利要求2所述的脉冲激光系统，其中该辅助激光由直流驱动信号
驱动所产生，用以控制该第二核增益光纤的饱和速率，以形成该些脉冲激光
光源。
5.如权利要求4所述的脉冲激光系统，其中该辅助激光波长在使该第二
核增益光纤可吸收的范围内。
6.如权利要求5所述的脉冲激光系统，其中该辅助激光为可调整的功率
信号，其波长范围在950纳米到1750纳米之间。
7.如权利要求1所述的脉冲激光系统，其中该第一核增益光纤与该第二

\t核增益光纤为掺铥光纤。
8.如权利要求7所述的脉冲激光系统，其中由于该掺铥元素的原子能阶
生命周期长特性，设计该第三光纤光栅与该第四光纤光栅构成的该第二共振
腔为共振腔，以使该第二核增益光纤回到不饱和状态。
9.如权利要求7所述的脉冲激光系统，其中该第一核增益光纤与该第二
核增益光纤材料的特性需符合以下方程式：
σ a A g σ g A a > 1 , ]]>其中，σ是材料吸收/放射参数，A是增益光纤面积大小，σg是该第一核
增益光纤材料增益参数，σa是该第二核增益光纤材料吸收参数，Ag是该第一
核增益光纤面积大小，Aa是该第二核增益光纤面积大小。
10.如权利要求1所述的脉冲激光系统，其中该第二核增益光纤为激光饱
和吸收体，不受该激光泵的该激光激发，而用以做饱和吸收子且具有脉冲输
出特性，饱和吸收体饱和时脉冲激光会输出，当该激光饱和吸收体未饱和时
该脉冲激光系统没有光源输出。
11.如权利要求10所述的脉冲激光系统，其中该饱和吸收子内的共振光
束强度将高于该第一核增益光纤内的光束强度，使该饱和吸收子可以快速吸
收以达到饱和的状态。
12.如权利要求11所述的脉冲激光系统，其中当该第一核增益光纤和该
第二核增益光纤都被饱和而达到饱和状态时，该第二核增益光纤会变成透
明，使该激光泵的该激光通过。
13.如权利要求12所述的脉冲激光系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：林士廷，蔡宗佑，张耀文，曹宏熙，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71