一种多波长飞秒拉曼光纤激光器制造技术

本发明专利技术涉及一种多波长飞秒拉曼光纤激光器，使用的自相似脉冲放大方法主动利用了光纤中的非线性效应，通过调节脉宽控制部中脉冲的峰值功率，使主放大部激光具有更高的峰值功率，从而引发高阶拉曼效应，展宽脉冲光谱，并同时可以得到多阶斯托克斯及反斯托克斯辐射，实现多波长输出。最终产生了中心波长为1030nm，光谱范围为860‑1330nm多波长的飞秒激光。由于在高功率放大工程中，各个斯托克斯及反斯托克斯辐射均有较高强度。因此，所得到的各个波长的激光也具有超高峰值功率，较宽的光谱宽度，以及飞秒量级的时间宽度。而这些也是其他多波长激光器所不具备的优点。

A multi wavelength femtosecond Raman fiber laser

The invention relates to a multi-wavelength femtosecond Raman fiber laser. The self-similar pulse amplification method actively utilizes the nonlinear effect in the fiber. By adjusting the peak power of the pulse in the pulse width control system, the laser in the main amplifier has a higher peak power, thereby triggering a high-order Raman effect and broadening the pulse spectrum. Meanwhile, multistage Stokes and anti Stokes radiation can be obtained simultaneously to achieve multi wavelength output. Finally, a femtosecond laser with a central wavelength of 1030nm and a wavelength of 860 1330nm is produced. Because of the high intensity of each Stokes and anti Stokes radiation in the high-power amplification project. Therefore, the obtained lasers of all wavelengths also have ultra-high peak power, wide spectral width, and femtosecond time width. These are the advantages that other multi wavelength lasers do not possess.

【技术实现步骤摘要】
一种多波长飞秒拉曼光纤激光器
本专利技术涉及一种激光器，特别涉及一种多波长飞秒拉曼光纤激光器。
技术介绍
当今光纤激光器因为其对于光纤器件兼容性好、光束质量好、成本较低等特点，在激光器的发展中凸显出尤为重要的地位。而多波长光纤激光器作为一种可以输出多波长激光的光源，在光纤传输、光学检测，以及光纤通信系统等方面均有着广泛的应用前景。超快光纤激光器如飞秒光纤激光器则具有单脉冲能量高，热影响区域小等更多优势。因此更多的应用在微纳加工、医疗手术器件、超分辨率成像、中远红外遥感等各领域。目前，国内能够实现多波长输出的高能量超快光纤激光器报道很少，因此多波长飞秒激光器的开发也显得更为重要。目前多波长光纤激光器的结构多种多样，实现多波长输出的方法也多有不同。现有的方法有使用目前一般采用相位调制器或频移器实现多波长输出。线型腔结构进行级联，通过保偏取样光纤光栅和多个宽带光纤光栅以及多段有源光纤交叉连接实现了单纤多波长激光输出。又或者采用特殊的多芯有源光纤设计，来实现并联方式或者锥形光纤等方式来实现多波长输出。现有手段都有各自的局限性。由相位调制器或频移器实现的多波长输出，无法实现飞秒量级短脉冲输出。现有方法对于各种光纤光栅的排布以及特殊原件设计本身成本较高，且可能会导致能量利用率低下，输出激光功率不高等问题。
技术实现思路
本专利技术是针对光纤飞秒激光器无法在多个波长分别实现超短脉冲输出的问题，提出了一种多波长飞秒拉曼光纤激光器，实现高功率多波长的飞秒激光输出。本专利技术的技术方案为：一种多波长飞秒拉曼光纤激光器，信号依次传递的激光振荡部、预放大部、脉宽控制部以及主放大部及压缩部，种子光由激光振荡部发出，导入预放大部中，预放大部为多级级联放大，实现多级放大后输出进入脉宽控制部进行脉宽压缩后，输出到主放大部及压缩部中的主放大部光子晶体光纤中产生自相位调制效应，得到多波长的高功率激光再进入主放大部及压缩部中的压缩部压缩成飞秒量级的激光，最终输出多波长飞秒激光。所述多级级联放大由多级相同的放大部串联而成，每一级级联放大部包括依次连接的隔离器、光波分复用器、掺杂光纤以及给光波分复用器提供泵浦光的泵浦装置。所述多级级联放大部还包括增加声光调制器，以调制输出光的重复频率。所述脉宽控制部包括第一透镜，第一反射镜，第二反射镜，第一二分之一波片，脉宽控制部光隔离器，第二二分之一波片，第三反射镜，衍射光栅对，第四反射镜以及第五反射镜；激光通过第一透镜聚焦后，依次通过第一反射镜和第二反射镜反射再经过第一二分之一波片后经过脉宽控制部光隔离器隔离后，经过第二二分之一波片，绕过第三反射镜，由衍射光栅对对脉宽进行压缩，经衍射光栅对压缩过后的激光由第三反射镜、第四反射镜反射返回衍射光栅对使激光得到两次压缩，压缩后的激光由第五反射镜反射后进入主放大及压缩部中。所述主放大及压缩部包括第二透镜，光子晶体光纤，第一二向色镜，泵浦源，第三透镜，第六反射镜，第三二分之一波片，第七反射镜，透射光栅对，第八反射镜以及第九反射镜；脉宽控制部输出的光通过第二透镜对光束进行聚焦，使激光耦合进光子晶体光纤，主放大及压缩部中光子晶体光纤所需泵浦能量由泵浦源提供，泵浦光由第三透镜聚焦后，穿透过第一二向色镜，耦合打入光子晶体光纤纤芯中，在主放大部所对应的光子晶体光纤中，极高峰值功率的激光在光子晶体光纤中产生自相位调制效应，对激光放大的同时产生多阶斯托克斯及反斯托克斯辐射，最得到多波长的高功率激光；光子晶体光纤出射的激光经由第一二向色镜、第六反射镜反射后将输出光导入压缩部分，先进入第三二分之一波片后，绕过第七反射镜，输出到衍射光栅对压缩过后的激光由第八反射镜反射返回衍射光栅对，压缩后达到飞秒量级的激光由第七反射镜、第九反射镜反射后，最终输出多波长飞秒激光。本专利技术的有益效果在于：本专利技术多波长飞秒拉曼光纤激光器，使用的自相似脉冲放大方法主动利用了光纤中的非线性效应，通过调节脉宽控制部中脉冲的峰值功率，使主放大部激光具有更高的峰值功率，从而引发高阶拉曼效应，展宽脉冲光谱，并同时可以得到多阶斯托克斯及反斯托克斯辐射，实现多波长输出。最终产生了中心波长为1030nm，光谱范围为860-1330nm多波长的飞秒激光。由于在高功率放大工程中，各个斯托克斯及反斯托克斯辐射均有较高强度。因此，所得到的各个波长的激光也具有超高峰值功率，较宽的光谱宽度，以及飞秒量级的时间宽度。而这些也是其他多波长激光器所不具备的优点。附图说明图1为本专利技术多波长飞秒激光器的结构示意图；图2为本专利技术预放大部的结构示意图；图3为本专利技术脉宽控制部的结构示意图；图4为本专利技术主放大及压缩部的结构示意图。具体实施方式如图1所示多波长飞秒激光器的结构示意图，信号依次传递的激光振荡部100（种子光源部分）、预放大部200、脉宽控制部300、主放大部及压缩部400。如图2所示预放大部的结构示意图，预放大部200为多级级联放部。多级级联放大部可分为第一级级联放大部分，第二级级联放大部至第N级级联放大部。所述第一级级联放大部，包括依次连接的第一光隔离器201、第一光波分复用器202、第一掺杂光纤204以及给第一光波分复用器202提供泵浦光的泵浦装置203，所述泵浦装置203可使用一个或多个泵浦源。同样，第二级至第N级级联放大部，每一级级联放大部都包括各自的波分复用器(206，211)，光隔离器(205，209)，泵浦装置(207，210)，掺杂光纤(212)。种子光由振荡部100发出，导入预放大部中。预放大部为多级级联放大。种子光纤进入，第一级预放大部中。在第一级预放大部中，泵浦装置203通过第一波分复用器202导入第一增益光纤204泵浦，使种子光获得增益。其后各级级联放大构造与第一级类似，激光在各级放大对应的增益光纤（如212）中，和泵浦光作用获得增益，从而实现多级放大。在每一级预放大部前加入隔离器，以保护前部光路。更多的，我们可在多级预放大中，增加声光调制器(AOM)，以调制输出光的重复频率。本实施例中最后一级预放大部采用双包层增益光纤放大，但不仅限于使用此种光纤。其后激光导入脉宽控制部。图3为本专利技术脉宽控制部的结构示意图，脉宽控制部主要包括以下部件：第一透镜301，第一反射镜302，第二反射镜303，第一二分之一波片304，脉宽控制部光隔离器305，第二二分之一波片306，第三反射镜307，衍射光栅对308和309，第四反射镜310，第五反射镜311。激光通过第一透镜301聚焦后，依次通过第一反射镜302和第二反射镜303反射再经过第一二分之一波片304后经过脉宽控制部光隔离器305隔离后，通过第二二分之一波片306，绕过第三反射镜307（第三反射镜307为D型反射镜，激光可从左向右从反射镜上方通过），由衍射光栅对308和309对脉宽进行压缩，使激光获得高峰值功率，以实现在光子晶体光纤中的自相似放大增益，在衍射光栅对前设置第二二分之一波片306，使压缩脉宽对激光的损耗效率最小，经衍射光栅对压缩过后的激光由第四反射镜310反射返回衍射光栅对309和308使激光得到两次压缩的效果，压缩后的激光由第三反射镜307、第五反射镜311反射后进入主放大及压缩部中。如图4为本专利技术主放大及压缩部的结构示意图，主放大及压缩部主要包括以下部件，第二透镜40本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多波长飞秒拉曼光纤激光器，其特征在于，信号依次传递的激光振荡部、预放大部、脉宽控制部以及主放大部及压缩部，种子光由激光振荡部发出，导入预放大部中，预放大部为多级级联放大，实现多级放大后输出进入脉宽控制部进行脉宽压缩后，输出到主放大部及压缩部中的主放大部光子晶体光纤中产生自相位调制效应，得到多波长的高功率激光再进入主放大部及压缩部中的压缩部压缩成飞秒量级的激光，最终输出多波长飞秒激光。

【技术特征摘要】
1.一种多波长飞秒拉曼光纤激光器，其特征在于，信号依次传递的激光振荡部、预放大部、脉宽控制部以及主放大部及压缩部，种子光由激光振荡部发出，导入预放大部中，预放大部为多级级联放大，实现多级放大后输出进入脉宽控制部进行脉宽压缩后，输出到主放大部及压缩部中的主放大部光子晶体光纤中产生自相位调制效应，得到多波长的高功率激光再进入主放大部及压缩部中的压缩部压缩成飞秒量级的激光，最终输出多波长飞秒激光。2.根据权利要求1所述多波长飞秒拉曼光纤激光器，其特征在于，所述多级级联放大由多级相同的放大部串联而成，每一级级联放大部包括依次连接的隔离器、光波分复用器、掺杂光纤以及给光波分复用器提供泵浦光的泵浦装置。3.根据权利要求2所述多波长飞秒拉曼光纤激光器，其特征在于，所述多级级联放大部还包括增加声光调制器，以调制输出光的重复频率。4.根据权利要求1至3中任意一项所述多波长飞秒拉曼光纤激光器，其特征在于，所述脉宽控制部包括第一透镜，第一反射镜，第二反射镜，第一二分之一波片，脉宽控制部光隔离器，第二二分之一波片，第三反射镜，衍射光栅对，第四反射镜以及第五反射镜；激光通过第一透镜聚焦后，依次通过第一反射镜和第二反射镜反射再经过第一二分之一波片后经过脉宽控制部光隔离...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁帅，徐晖，周峰全，王莉荣，聂源，曾和平，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31