一种混合型脉冲激光器及光谱匹配方法组成比例

本发明专利技术实施例公开了一种混合型脉冲激光器及光谱带宽匹配方法。混合型脉冲激光器包括：种子源，种子源的输出端输出初始脉冲光束；脉冲展宽单元，将初始脉冲光束在时域展宽，并调制成负啁啾脉冲光束；光纤放大单元，将负啁啾脉冲光束放大，放大的负啁啾脉冲光束在光纤放大单元的光纤内激发出非线性效应，以使负啁啾脉冲光束的光谱带宽变窄；固体放大单元，将光纤放大单元输出的光束二次放大后输出。本发明专利技术实施例的技术方案，实现啁啾脉冲放大系统中光纤放大单元和固体放大单元的光谱匹配，改变多级多介质啁啾脉冲放大系统的激光增益介质发射谱匹配问题，简化飞秒激光系统的工作物质选材和设计。选材和设计。选材和设计。

【技术实现步骤摘要】
一种混合型脉冲激光器及光谱匹配方法


[0001]本专利技术实施例涉及激光技术，尤其涉及一种混合型脉冲激光器及光谱匹配方法。

技术介绍

[0002]飞秒激光脉冲在超快微纳加工、超快非线性光学、太赫兹产生、时间分辨光谱学等领域有重要应用。用于产生高能量飞秒激光脉冲的常用技术路线为啁啾脉冲放大技术，该放大系统的激光增益介质可以是掺稀土离子石英光纤，也可以是掺稀土离子的块状晶体。
[0003]光纤放大器具有散热性良好、环境稳定性高以及光束质量好等优势；固体放大器具有放大能量高、损伤阈值高、非线性效应不敏感等优势。高功率高能飞秒激光器多采用多级放大器级联的方法逐级提升激光强度，啁啾脉冲在各级放大器中一边传输一边放大，各级放大器的激光增益介质为其提供增益。为了发挥光纤放大介质和固体放大介质各自的优势，一套飞秒激光器中会选取光纤放大器、固体放大器进行多级搭配组合。
[0004]当前的飞秒激光器产品采用了光纤、固体介质相结合，或不同类型固体晶体相结合的多级激光放大布局，但是由于光纤放大器的发射光谱宽度大于固体放大器的发射光谱宽度，设计中需要考虑和解决各放大级之间的光谱宽度匹配，实现增益介质发射光谱覆盖信号光光谱是开发出高效能飞秒激光器的关键物理问题之一。业界已采用的光谱匹配方法诸如窄带滤波法、主动光谱整形法、多光谱放大合成法等或是提前在激光系统中引入损耗，或是用极其复杂的光机结构分解激光系统，都是低效而不经济的策略。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例提供一种混合型脉冲激光器及光谱带宽匹配方法，该混合型脉冲激光器采用一种无损光谱整形获得光谱重新排布的技术方法，利用光纤放大单元中负啁啾脉冲在自相位调制下自发形成的光谱窄化机制，实现控制啁啾脉冲的光谱宽度，使之与固体放大单元的有限带宽相匹配，从而实现啁啾脉冲放大系统中光纤放大单元和固体放大单元的光谱匹配，改变多介质啁啾脉冲放大系统的激光增益介质发射谱匹配问题，简化飞秒激光系统的工作物质选材和设计。
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供一种混合型脉冲激光器，包括：
[0007]种子源，所述种子源的输出端输出初始脉冲光束；
[0008]脉冲展宽单元，所述脉冲展宽单元的输入端与所述种子源的输出端耦合，所述脉冲展宽单元将所述初始脉冲光束在时域展宽，并调制成负啁啾脉冲光束；
[0009]光纤放大单元，所述光纤放大单元的输入端与所述脉冲展宽单元的输出端耦合，所述光纤放大单元将所述负啁啾脉冲光束放大，放大的负啁啾脉冲光束在所述光纤放大单元的光纤内激发出非线性效应，以使所述负啁啾脉冲光束的光谱带宽变窄；
[0010]固体放大单元，所述固体放大单元的输入端与所述光纤放大单元的输出端耦合，所述固体放大单元将所述光纤放大单元输出的光束二次放大后输出。
[0011]可选的，所述脉冲展宽单元包括光纤环行器和啁啾光纤光栅，所述光纤环行器的
第一端与所述种子源的输入端耦合，所述光纤环行器的第二端与所述啁啾光纤光栅连接，所述光纤环行器的第三端与所述光纤放大单元的输入端连接。
[0012]可选的，所述光纤放大单元包括至少一个第一泵浦源、波分复用器和有源光纤，所述波分复用器的泵浦输入端与所述第一泵浦源的输出端连接，所述波分复用器的公共输入端与所述脉冲展宽单元的输出端耦合，所述波分复用器的输出端与所述有源光纤的第一端连接。
[0013]可选的，所述有源光纤包括掺镱光纤。
[0014]可选的，还包括光纤隔离器和光纤准直器，所述光纤隔离器的第一端与所述有源光纤的第二端连接，所述光纤隔离器的第二端与所述光纤准直器的光纤连接。
[0015]可选的，所述固体放大单元包括第二泵浦源、双色镜和激光晶体；
[0016]所述激光晶体、所述双色镜和所述第二泵浦源在所述光纤放大单元的输出端依次共光轴排列，所述双色镜与所述光轴呈预设倾角；
[0017]所述第二泵浦源出射的泵浦光经过所述双色镜透射后入射至所述激光晶体，所述光纤放大单元出射的光束入射至所述激光晶体，所述激光晶体吸收所述泵浦光，并对所述光纤放大单元出射的光束二次放大后经过所述双色镜反射输出。
[0018]可选的，所述固体放大单元还包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第一透镜位于所述光纤放大单元的输出端与所述激光晶体之间，所述第二透镜位于所述激光晶体和所述双色镜之间，所述第三透镜位于所述双色镜和所述第二泵浦源之间。
[0019]可选的，所述激光晶体包括掺镱钇铝石榴石晶体。
[0020]可选的，所述种子源包括锁模光纤激光器。
[0021]第二方面，本专利技术实施例还提供一种光谱带宽匹配方法，适用于上述的混合型脉冲激光器，用于光纤放大单元的输出光谱与固体放大单元的吸收光谱匹配，所述光谱带宽匹配方法包括：
[0022]将初始脉冲光束输入脉冲展宽单元；
[0023]所述脉冲展宽单元将所述初始脉冲光束在时域展宽，并调制成负啁啾脉冲光束；
[0024]将所述负啁啾脉冲光束输入光纤放大单元；
[0025]所述光纤放大单元将所述负啁啾脉冲光束放大，放大的负啁啾脉冲光束在所述光纤放大单元的光纤内激发出非线性效应，以使所述负啁啾脉冲光束的光谱带宽变窄，匹配所述固体放大单元的吸收光谱。
[0026]本专利技术实施例提供的混合型脉冲激光器，包括种子源、脉冲展宽单元、光纤放大单元和固体放大单元，通过种子源输出初始脉冲光束；通过脉冲展宽单元将初始脉冲光束在时域展宽，并调制成负啁啾脉冲光束；通过光纤放大单元将负啁啾脉冲光束放大，放大的负啁啾脉冲光束在光纤放大单元的光纤内激发出非线性效应，在光束能量提升的过程中经历一定的自相位调制，引起负啁啾脉冲光束的光谱成分向中心波长方向转移，从而逐渐减小光纤放大单元中脉冲的光谱宽度，以与固体放大单元的光谱匹配；通过固体放大单元将光纤放大单元输出的光束二次放大后输出，从而解决飞秒脉冲放大特有的宽光谱信号光与介质有限发射谱之间的矛盾，且保持脉冲能量无损耗。在宽带激光增益介质候选种类有限、光学和机械性能迥异的激光材料发展水平下，本专利技术实施例提供了一种从光纤放大介质天然的物理效应中管理和布局激光光谱分布，从而匹配固体晶体放大介质光谱特性的方法，不
仅提升了飞秒啁啾脉冲放大系统的光能利用率，也简化了激光系统复杂度。
附图说明
[0027]图1为掺镱光纤的吸收光谱和发射光谱的曲线示意图；
[0028]图2为掺镱钇铝石榴石晶体的吸收光谱和发射光谱的曲线示意图；
[0029]图3为本专利技术实施例提供的一种混合型脉冲激光器的结构示意图；
[0030]图4为本专利技术实施例提供的另一种混合型脉冲激光器的结构示意图；
[0031]图5为本专利技术实施例提供的又一种混合型脉冲激光器的结构示意图；
[0032]图6为本专利技术实施例提供的又一种混合型脉冲激光器的结构示意图；
[0033]图7为本专利技术实施例提供的又一种混合型脉冲激光器的结构示意图；
[0034]图8为本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合型脉冲激光器，其特征在于，包括：种子源，所述种子源的输出端输出初始脉冲光束；脉冲展宽单元，所述脉冲展宽单元的输入端与所述种子源的输出端耦合，所述脉冲展宽单元将所述初始脉冲光束在时域展宽，并调制成负啁啾脉冲光束；光纤放大单元，所述光纤放大单元的输入端与所述脉冲展宽单元的输出端耦合，所述光纤放大单元将所述负啁啾脉冲光束放大，放大的负啁啾脉冲光束在所述光纤放大单元的光纤内激发出非线性效应，以使所述负啁啾脉冲光束的光谱带宽变窄；固体放大单元，所述固体放大单元的输入端与所述光纤放大单元的输出端耦合，所述固体放大单元将所述光纤放大单元输出的光束二次放大后输出。2.根据权利要求1所述的混合型脉冲激光器，其特征在于，所述脉冲展宽单元包括光纤环行器和啁啾光纤光栅，所述光纤环行器的第一端与所述种子源的输入端耦合，所述光纤环行器的第二端与所述啁啾光纤光栅连接，所述光纤环行器的第三端与所述光纤放大单元的输入端连接。3.根据权利要求1所述的混合型脉冲激光器，其特征在于，所述光纤放大单元包括至少一个第一泵浦源、波分复用器和有源光纤，所述波分复用器的泵浦输入端与所述第一泵浦源的输出端连接，所述波分复用器的公共输入端与所述脉冲展宽单元的输出端耦合，所述波分复用器的输出端与所述有源光纤的第一端连接。4.根据权利要求3所述的混合型脉冲激光器，其特征在于，所述有源光纤包括掺镱光纤。5.根据权利要求3所述的混合型脉冲激光器，其特征在于，还包括光纤隔离器和光纤准直器，所述光纤隔离器的第一端与所述有源光纤的第二端连接，所述光纤隔离器的第二端与所述光纤准直器的光纤连接。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭宏伟，
申请(专利权)人：杭州奥创光子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：