高功率超短脉冲光纤激光器制造技术

一种高功率单模超短脉冲光纤激光系统被构造有间隔开的主控制台和激光头。光纤增能器被构造有单个有源光纤，所述单个有源光纤在主控制台和激光头之间延伸并且因而用作放大和传输光纤。激光头设置有允许将泵浦光再定向成在反向传播方向上传播并且耦接进入光纤增能器的下游端部的构造。公开的激光器进一步地包括线性啁啾光纤布雷格光栅和可调谐脉冲展宽机，包括被构造成用于在100fs至100psec的范围中可控制地调谐信号光的脉冲持续时间。啁啾脉冲通过构造成体积布雷格光栅的压缩机被进一步展宽。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及超短脉冲光纤激光器。特别地，本专利技术涉及具有可调节脉冲持续时间方案的紧凑的超短锁模光纤激光器。
技术介绍
高功率脉冲光纤激光器系统普遍用于当前工商业和不同领域的科学和技术中。脉冲光纤激光器在工业应用中的应用依赖于激光脉冲的平均和峰值功率、输出能量、光束质量、波长、效率、可靠性、稳定性、鲁棒性和紧凑性。紧凑的高功率光纤激光器的发展如同这些激光器的电光特性的演变一样重要。紧凑性是朝在空间限制位置处配置先进的高功率激光器系统的整体目标的重要步骤，其中功率、尺寸和重量是首要的事。对于成功发展用于广泛范围的、但是分别具有高度专一性应用的更好解决方案，在连续波或脉冲模式下操作的紧凑的高功率光纤激光器是关键因素，在脉冲模式下操作的紧凑的高功率光纤激光器是本公开的主题。超短脉冲激光器是发出从持续时间为亚皮秒到持续时间为数十皮秒的脉冲的激光器并且，类似于许多其它激光器构造，被广泛地用于切割、焊接和其它常规应用。另外地，超短脉冲光纤激光器具有特定应用，包括玻璃切割、在印刷电路板中产生通孔、在燃料喷射器中生成精确的孔、微加工和眼科等。对于这些应用，精确的脉冲能量和峰值功率用于实现需要的性能。脉冲kW-MW-功率光纤激光器通常被构造成具有包括基于光纤的主振荡器功率放大器(“MOPA”)的架构。在该构造中，主振荡器生成激光脉冲，并且光纤放大器将这些脉冲放大到高输出功率水平。脉冲放大受限于光学非线性的开始。为通过超短脉冲从放大器分离更多能量，啁啾脉冲放大被使用。在该方法中，脉冲经由色散被及时展宽，以减少脉冲峰值功率。脉冲可以被从一些亚皮秒展宽到10纳秒的脉冲持续时间。在放大之后，脉冲持续时间通常地被恢复(压缩)到其初始值。通常地，啁啾和压缩都通过尺寸较大的大体积元件被实现。因此，需要具有紧凑构造的脉冲啁啾和压缩部件的紧凑的超短脉冲高功率光纤激光器。对于一些应用，脉冲持续时间必须以快速方式被调节。这是使用亚皮秒脉冲以用于一个处理步骤并且然后使用皮秒脉冲以用于要求在机加工步骤之间快速切换的下一个步骤的示例。另一示例是将脉冲持续时间再调整到初始脉冲持续时间以用于改变激光器状态。这可以是脉冲的峰值功率的改变，改变了光纤放大器的非线性的量和用于补偿由峰值功率改变引起的色散的要求。啁啾光纤布雷格光栅可以用于该快速切换。线性啁啾光纤布雷格光栅可以引起沿着脉冲的线性啁啾。通过调节光纤布雷格光栅的长度，可以改变光栅的色散。用于实时调谐脉冲持续时间的已知方法是光栅的温度调节。然而，该调谐的速度受限于温度控制回路。调谐光纤布雷格光栅的长度的另一方法是机械地展宽光栅。这可以通过马达致动器而被完成。这又受限于机械致动器的速度。更快的调谐方法是使用压电转换器。不幸地，压电体具有被限制的移位距离，并且应用已经受限于使用用于被限制的脉冲持续时间调节主要非线性色散补偿的非线性啁啾光纤布雷格光栅。因此，还需要具有基于压电体的致动器脉冲持续时间调节方案的高功率脉冲光纤主振荡器功率放大器构造，所述基于压电体的致动器脉冲持续时间调节方案被构造成用于以与已知方案的距离相比更大的距离展宽线性啁啾光纤布雷格光栅。在没有解决整个激光器紧凑性的问题的情况下，向可能缺乏访问性的目的地传输高强度大致衍射限制脉冲激光束的能力不能被考虑。因为实际上不总是将具有种子、前置放大器、泵源、电子器件和其它不可缺少的激光器系统部件的整个激光器系统定位成接近需要的终点，因此光纤传输是期望的。大部分激光器应用要求较高程度的激光源可操作性。在这些应用中，通常地，无源传输光纤将主振荡器功率放大器放大衍射限制脉冲光束引导至处理激光头，所述处理激光头是相对较小的，轻质的并且设置有在需要位置处聚焦光束的引导光学器件。在高功率光纤激光器和特别地脉冲激光器中使用光纤的科技挑战是kW-MW高峰值功率的组合，所述kW-MW高峰值功率与包括自相位调制的非线性作用的相对较低阈值相关联。通常地，非线性作用限制被构造成用于发射衍射限制光束的光纤激光器的功率缩放。在激光器领域，普通技术人员已知的两个常规方法大量地用于防止非线性作用的插入：1)有源光纤的放大芯部横截面，即，所述光纤具有掺杂有稀土元素的离子的芯部，和2)光纤长度减少。相应地，还需要设置有紧凑光束传输组件的、利用具有多模(“MM”)芯部的有源光纤的高功率单模(“SM”)脉冲光纤激光器，所述高功率单模脉冲光纤激光器被构造成用于大致地支持仅单个基本模式并且被端面泵浦。
技术实现思路
上述被识别的需要通过当前公开的高功率单模超短脉冲光纤激光器以被满足，所述高功率单模超短脉冲光纤激光器具有多个部件，所述多个部件被设计成有助于整体紧凑性、信号光的较高峰值功率和具有可调节持续时间的超短脉冲。公开的激光器系统特征在于同时地用作放大器和信号光传输光纤的光纤增能器。在光纤增能器延伸通过主控制台之间的自由空间的情况下，公开的激光头是非常紧凑的和轻的，所述主控制台容纳从种子激光器到前置放大器、到电子器件、到泵组件的所有外围部件。公开的系统被设置有紧凑的脉冲展宽机和脉冲压缩机。脉冲展宽机被构造成具有挠性座架，所述挠性座架支撑啁啾光纤布雷格光栅并且接收压电元件，所述压电元件被构造成弯曲座架，因而所述座架具有较大弯曲距离。座架弯曲的增加距离允许使用线性啁啾光纤布雷格光栅。使用线性啁啾光纤布雷格光栅，可以将脉冲压缩到其初始预啁啾持续时间并且甚至更短。压缩机被构造成很大程度上有助于激光头的紧凑性的体积布雷格光栅。公开的激光器使用端面泵浦技术，其中泵浦光被泵浦光传输光纤传送，所述泵浦光传输光纤也延伸通过自由空间，并且在与信号光的传播方向相反的方向上耦接在光纤增能器的终端中。这通过反射镜以被实现，所述反射镜安装到激光头并且被构造成用于在相反传播方向上再定向泵浦光。同时，反射镜设置有开口，所述开口允许被放大信号光在激光头中的传播方向上沿着光程进一步没有损耗地传播。附图说明与附图结合，根据以下细节，本专利技术的上述和其它特征以及优点将变得更容易显而易见，其中：图1是公开的高功率超短脉冲激光器系统的视图；图2是图1的系统的光源的光学示意图；图3是图2示出的脉冲展宽机的正交视图；图4是图3的脉冲展宽机的截面图；图5是反射时的需要的光纤布雷格光栅光谱；图6是计算机生成激励，图示了图3和图4的公开的脉冲展宽机的操作；图7是图1的激光系统的激光头的截面图；图8是图7中指示为A的激光头的区域的放大图解视图；图9是图7中的A区域的截面图；图10是图7中的A区域的侧视图；并且图11是图7的改变区域A的图解视图。具体实施方式现在将具体地参照本专利技术的优选实施例。只要有可能，相同或类似的附图标记用于附图和说明书中，以表示相同或类似的部件或步骤。附图是非常简化的形式并且未精确地按比例。图1示出了被构造成具有主控制台12的公开脉冲光纤激光器10，所述主控制台在其中容纳线性偏振(LP)信号光的单个横模(SM)超短脉冲的源。激光器10进一步地包括具有光束引导光学器件的激光头，和在挠性电缆16中延伸穿过控制台12和激光头14之间的自由空间的光纤增能器。使用被构造成仅具有光发射器掺杂光纤而没有常见的无源传输输出光纤的光纤增能器，与许多已知系统相比，减少了有效的光纤长度。因为缩短的光纤波长具有引起的非线性作用的更高阈值，因此这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超短脉冲光纤激光器，包括：光纤增能器，所述光纤增能器在自由空间中延伸，并且具有光发射器掺杂的多模芯部(“MM”)，所述光发射器掺杂的多模芯部在传播方向上引导单模(“SM”)线性偏振信号光的亚纳秒脉冲；泵，所述泵设置有泵浦光传输光纤，所述泵浦光传输光纤在传播方向上引导泵浦光并且在自由空间中与光纤增能器共同延伸；便携式激光头，所述便携式激光头分别地接收光纤增能器的下游区域和泵浦光传输光纤的下游区域；和挠性套筒，所述挠性套筒在自由空间中围绕光纤增能器和泵浦光传输光纤，其中所述便携式激光头被构造成用于：在反向传播方向上再定向泵浦光，使得被再定向的泵浦光被耦接进入光发射器掺杂的多模芯部的下游端部中，大致地以单个基本模式在传播方向上输出被放大的信号光；和线性啁啾光纤布雷格光栅(“FBG”)，所述线性啁啾光纤布雷格光栅在光纤增能器的上游并且耦接到所述光纤增能器；和可调谐脉冲展宽机，所述可调谐脉冲展宽机支撑所述线性啁啾光纤布雷格光栅并且能够操作以引起所述光纤布雷格光栅的长度的改变，以在需要的脉冲持续时间范围中可控制地调谐信号光的脉冲持续时间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.03 US 61/935,2341.一种超短脉冲光纤激光器，包括：光纤增能器，所述光纤增能器在自由空间中延伸，并且具有光发射器掺杂的多模芯部(“MM”)，所述光发射器掺杂的多模芯部在传播方向上引导单模(“SM”)线性偏振信号光的亚纳秒脉冲；泵，所述泵设置有泵浦光传输光纤，所述泵浦光传输光纤在传播方向上引导泵浦光并且在自由空间中与光纤增能器共同延伸；便携式激光头，所述便携式激光头分别地接收光纤增能器的下游区域和泵浦光传输光纤的下游区域；和挠性套筒，所述挠性套筒在自由空间中围绕光纤增能器和泵浦光传输光纤，其中所述便携式激光头被构造成用于：在反向传播方向上再定向泵浦光，使得被再定向的泵浦光被耦接进入光发射器掺杂的多模芯部的下游端部中，大致地以单个基本模式在传播方向上输出被放大的信号光；和线性啁啾光纤布雷格光栅(“FBG”)，所述线性啁啾光纤布雷格光栅在光纤增能器的上游并且耦接到所述光纤增能器；和可调谐脉冲展宽机，所述可调谐脉冲展宽机支撑所述线性啁啾光纤布雷格光栅并且能够操作以引起所述光纤布雷格光栅的长度的改变，以在需要的脉冲持续时间范围中可控制地调谐信号光的脉冲持续时间。2.根据权利要求1所述的超短脉冲光纤激光器，其中：可调谐脉冲展宽机包括弯曲座架和压电致动器，所述弯曲座架支撑所述光纤布雷格光栅，所述压电致动器被安装至所述弯曲座架并且产生冲程，以围绕弯曲点在从约100fs到约100psec的范围内的所述需要的脉冲持续时间范围中能够控制地拱起挠性座架。3.根据权利要求1所述的超短脉冲光纤激光器，进一步包括：主控制台，所述主控制台在便携式激光头的上游与便携式激光头隔开，并且包封光纤布雷格光栅和可调谐脉冲展宽机，和光纤种子激光器，所述光纤种子激光器安装在主控制台中并且具有接合至光纤布雷格光栅的上游端部的输出光纤，所述光纤种子激光器能够操作以在传播方向上发射单模(“SM”)线性偏振信号光的亚纳秒脉冲。4.根据权利要求2所述的超短脉冲光纤激光器，其中：所述座架被构造有接收压电致动器的至少一个U形状插孔，所述插孔小于压电致动器在压电致动器的展宽位置处的长度，使得当压电致动器响应于被施加的电荷而抵推插孔的周边时，弯曲座架围绕弯曲点拱起，从而在压电致动器的冲程范围内增加线性啁啾光纤布雷格光栅的长度。5.根据权利要求4所述的超短脉冲光纤激光器，其中：所述座架被构造有额外的U形状插孔，所述额外的U形状插孔与所述一个插孔对准并且接收额外的压电致动器，所述压电致动器和额外的压电致动器在相反方向上至少同时地被致动。6.根据权利要求4所述的超短脉冲光纤激光器，其中：所述座架进一步被构造有光纤托盘和两个隔开的紧固件，所述光纤托盘接收所述线性啁啾光纤布雷格光栅，所述两个隔开的紧固件位于光纤托盘侧面并且在相应的固定位置处联接到所述线性啁啾光纤布雷格光栅的相应端部。7.根据权利要求4所述的超短脉冲光纤激光器，其中：一旦施加电荷，所述弯曲座架能够在长达50mm的距离处以高达kHz水平的频率移位。8.根据权利要求3所述的超短脉冲光纤激光器，其中：所述光纤种子激光器是被动锁模激光器或主动锁模激光器。9.根据权利要求3所述的超短脉冲光纤激光器，其中：所述光纤种子激光器能够操作以便...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊格尔·山马尔特瑟夫，布鲁斯·延克特，亚历克斯·尤西姆，瓦伦丁·盖庞特瑟夫，
申请(专利权)人：IPG光子公司，
类型：发明
国别省市：美国;US