全光纤高能量超短脉冲激光系统技术方案

本发明专利技术提供一种全光纤高能量超短脉冲激光系统，其包括啁啾光纤光栅3及依次顺序连接、且均采用保偏全光纤结构的熔融拼接实现连接的光纤激光器1、光纤环形器2、第一单模光纤放大器4、第一双包层光纤放大器5、降频器6、第二单模光纤放大器7、第二双包层光纤放大器8、柔性光子晶体光纤放大器9和脉冲压缩器10。所述全光纤高能量超短脉冲激光系统采用保偏全光纤结构的熔融拼接实现连接，使得整个系统具有较佳的稳定性、紧凑性以及免维护等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光
，尤其涉及一种全光纤高能量超短脉冲激光系统。
技术介绍
基于全光纤结构的激光器由于具有体积小、集成度高、稳定性好、免维护和光束质量好等优点，因此得到了广泛的研究。加之此类激光器具有大的表面体积比，散热性能好，热光效应引起的光束畸变小，尤其适合高功率激光的输出，因此采用此种结构已经实现了万瓦级的连续激光输出。但是，在超快激光放大中，由于光纤的有限模场面积限制，使得超短激光脉冲在光纤中传输时，会产生严重的非线性效应，导致脉冲的时域畸变，很难获得超短脉冲输出，因此在光纤中通常情况下很难实现高能量的超短脉冲输出。但是随着大模场面积双包层光纤以及光子晶体光纤的出现，采用啁啾脉冲放大技术，可以在光纤中实现高能量超短脉冲输出。目前国际上获得最高输出能量为2.2mJ，脉宽为500fs的超短脉冲输出。尽管其获得了高能量的飞秒激光输出，但是由于其在啁啾脉冲放大过程中，将脉冲展宽到2ns，并引入了两级光子晶体增益光纤进行放大，尤其第二级的光子晶体光纤为棒状光子晶体光纤，不可以弯折，需要严密的空间耦合，因而其系统结构复杂，稳定性差，成本高，且激光器尺寸很大。与刚性结构的棒状光子晶体光纤相对应，目前国际上采用单级柔性光子晶体光纤实现的超短脉冲啁啾脉冲放大系统最高的输出能量为100μJ，所获得的最短脉宽为650fs。但是，其采用的柔性光子晶体光纤放大级也是采用空间耦合技术来实现的，而且其在放大过程中利用了光栅的三阶色散来补偿光纤中的非线性，因此需要严格的控制，实现难度大。尽管国外在高能量飞秒光纤激光器方面取得了显著的进展，但是在国内，目前尚无数十微焦级别的全光纤结构的超短脉冲飞秒激光放大系统，而该能量级别的超短脉冲激光已经可以满足包括精密切割，打孔等大多数的工业应用需求。
技术实现思路
有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷和问题，本专利技术提供一种全光纤高能量超短脉冲激光系统。一种全光纤高能量超短脉冲激光系统，其包括啁啾光纤光栅3及依次顺序连接的光纤激光器1、光纤环形器2、第一单模光纤放大器4、第一双包层光纤放大器5、降频器6、第二单模光纤放大器7、第二双包层光纤放大器8、柔性光子晶体光纤放大器9和脉冲压缩器10，所述啁啾光纤光栅3连接于所述光纤环形器2，所述光纤激光器1、所述光纤环形器2、所述啁啾光纤光栅3、所述第一单模光纤放大器4、所述第一双包层光纤放大器5、所述降频器6、所述第二单模光纤放大器7、所述第二双包层光纤放大器8、所述柔性光子晶体光纤放大器9及所述脉冲压缩器10均采用保偏全光纤结构的熔融拼接实现连接。本专利技术一较佳实施方式中，所述光纤环形器2包括光输入端、光输出端以及连接端，所述光纤激光器1通过所述光输入端接入所述光纤环形器2，所述光纤环形器2通过所述光输出端接入所述第一单模光纤放大器4，所述啁啾光纤光栅3通过所述连接端接入所述光纤环形器2。本专利技术一较佳实施方式中，所述光纤激光器1为全保偏结构的锁模激光器，其输出激光脉冲的重复频率是40MHz，脉宽为15ps，中心波长1030nm，平均功率18mw。本专利技术一较佳实施方式中，所述啁啾光纤光栅3具有固定色散系数的正色散特性。本专利技术一较佳实施方式中，所述第一单模光纤放大器4由由单模抽运半导体激光器、光纤波分复用器和保偏的掺镱单模光纤组成。本专利技术一较佳实施方式中，所述第一双包层光纤放大器5由泵浦合束器、LD泵浦源以及双包层掺镱光纤组成。本专利技术一较佳实施方式中，所述双包层掺镱光纤为芯径10μm、内包层直径125μm的保偏双包层光纤。本专利技术一较佳实施方式中，所述降频器6是基于保偏光纤耦合输入输出的声光调制器，其主要由声光调制器驱动和声光晶体组成。本专利技术一较佳实施方式中，所述第二单模光纤放大器7由波分复用器以及掺镱单模增益光纤组成。本专利技术一较佳实施方式中，所述第二双包层光纤放大器8由泵浦合束器、LD泵浦源以及双包层掺镱光纤组成。本专利技术一较佳实施方式中，所述双包层掺镱光纤为芯径10μm，内包层直径为125μm的保偏双包层光纤。本专利技术一较佳实施方式中，所述柔性光子晶体光纤放大器9由泵浦合束器、LD泵浦源以及柔性光子晶体光纤组成。本专利技术一较佳实施方式中，所述柔性光子晶体光纤按照光子晶体光纤的保偏轴进行盘绕。本专利技术一较佳实施方式中，所述脉冲压缩器10采用透射式光栅对，光栅刻线密度1600line/mm。相较于现有技术，本专利技术提供的所述全光纤高能量超短脉冲激光系统中，所述光纤激光器、所述光纤环形器、所述啁啾光纤光栅、所述第一单模光纤放大器、所述第一双包层光纤放大器、所述降频器、所述第二单模光纤放大器、所述第二双包层光纤放大器、所述柔性光子晶体光纤放大器及所述脉冲压缩器均采用保偏全光纤结构的熔融拼接实现连接，使得整个系统具有较佳的稳定性、紧凑性以及免维护等特点，成为一种高集成、免调试的超短脉冲激光系统。同时，通过引入大模场面积光子晶体光纤，有效地降低了超短脉冲放大过程中的非线性积累，实现了在全光纤结构中输出高能超短脉冲，且由于是全光纤结构，所以输出光束质量高。此外，采用全保偏光纤，可确保光纤系统的稳定性和外部干扰的不敏感特性，并使得输出激光为线偏振。附图说明图1是本专利技术所提供的全光纤高能量超短脉冲激光系统的光路结构示意图；图2是基于图1所示的全光纤高能量超短脉冲激光系统压缩后的激光脉冲自相关曲线图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳实施方式。以上仅为本专利技术的优选实施例，并非因此限制本专利技术的专利范围，凡是利用本专利技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的
，均同理包括在本专利技术的专利保护范围内。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。请参阅图1，本专利技术一较佳实施例提供一种全光纤高能量超短脉冲激光系统，其包括啁啾光纤光栅3及依次顺序连接的光纤激光器1、光纤环形器2、第一单模光纤放大器4、第一双包层光纤放大器5、降频器6、第二单模光纤放大器7、第二双包层光纤放大器8、柔性光子晶体光纤放大器9和脉冲压缩器10，所述啁啾光纤光栅3连接于所述光纤环形器2，所述光纤激光器1、所述光纤环形器2、所述啁啾光纤光栅3、所述第一单模光纤放大器4、所述第一双包层光纤放大器5、所述降频器6、所述第二单模光纤放大器7、所述第二双包层光纤放大器8、所述柔性光子晶体光纤放大器9及所述脉冲压缩器10均采用保偏全光纤结构的熔融拼接实现连接。优选地，所述光纤激光器1为全保偏结构的锁模激光器，其输出激光脉冲的重复频率是40MHz，脉宽为15ps，中心波长1030nm，平均功率18mw。本实施例中，所述光纤环形器2包括光输入端21、光输出端23以及连接端25，所述光纤激光器1通过所述光输入端21接入所述光纤环形器2，所述光纤环形器2通过所述光输出端23接入所述第一单模光纤放大器4，所述啁啾光纤光栅3通过所述连接端25接入所述光纤环形器2。本实施例中，所述啁啾光纤光栅3具有固定色散本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全光纤高能量超短脉冲激光系统，其特征在于，包括啁啾光纤光栅(3)及依次顺序连接的光纤激光器(1)、光纤环形器(2)、第一单模光纤放大器(4)、第一双包层光纤放大器(5)、降频器(6)、第二单模光纤放大器(7)、第二双包层光纤放大器(8)、柔性光子晶体光纤放大器(9)和脉冲压缩器(10)，所述啁啾光纤光栅(3)连接于所述光纤环形器(2)，所述光纤激光器(1)、所述光纤环形器(2)、所述啁啾光纤光栅(3)、所述第一单模光纤放大器(4)、所述第一双包层光纤放大器(5)、所述降频器(6)、所述第二单模光纤放大器(7)、所述第二双包层光纤放大器(8)、所述柔性光子晶体光纤放大器(9)及所述脉冲压缩器(10)均采用保偏全光纤结构的熔融拼接实现连接。

【技术特征摘要】
1.一种全光纤高能量超短脉冲激光系统，其特征在于，包括啁啾光纤光栅(3)及依次顺序连接的光纤激光器(1)、光纤环形器(2)、第一单模光纤放大器(4)、第一双包层光纤放大器(5)、降频器(6)、第二单模光纤放大器(7)、第二双包层光纤放大器(8)、柔性光子晶体光纤放大器(9)和脉冲压缩器(10)，所述啁啾光纤光栅(3)连接于所述光纤环形器(2)，所述光纤激光器(1)、所述光纤环形器(2)、所述啁啾光纤光栅(3)、所述第一单模光纤放大器(4)、所述第一双包层光纤放大器(5)、所述降频器(6)、所述第二单模光纤放大器(7)、所述第二双包层光纤放大器(8)、所述柔性光子晶体光纤放大器(9)及所述脉冲压缩器(10)均采用保偏全光纤结构的熔融拼接实现连接。2.如权利要求1所述的全光纤高能量超短脉冲激光系统，其特征在于，所述光纤环形器(2)包括光输入端、光输出端以及连接端，所述光纤激光器(1)通过所述光输入端接入所述光纤环形器(2)，所述光纤环形器(2)通过所述光输出端接入所述第一单模光纤放大器(4)，所述啁啾光纤光栅(3)通过所述连接端接入所述光纤环形器(2)。3.如权利要求1所述的全光纤高能量超短脉冲激光系统，其特征在于，所述光纤激光器(1)为全保偏结构的锁模激光器，其输出激光脉冲的重复频率是40MHz，脉宽为15ps，中心波长1030nm，平均功率18mw。4.如权利要求1所述的全光纤高能量超短脉冲激光系统，其特征在于，所述啁啾光纤光栅(3)具有固定色散系数的正色散特性。5.如权利要求1所述的全光纤高能量超短脉冲激光系统，其特征在于，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：李峰，杨直，赵卫，李强龙，张新，杨小君，张伟，王屹山，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61