一种光纤放大器光谱展宽和时域窄化的系统和方法技术方案

提供了一种光纤放大器光谱展宽和时域窄化系统，包括通过传能光纤依次连接的光纤脉冲振荡器(1)、光纤滤波器(2)、隔离器(3)、合束器(4)和准直器(7)；还包括脉冲压缩器(8)、泵浦激光器(5)和掺杂增益光纤(6)，脉冲压缩器(8)设置在准直器(7)后端，用于接收准直器(7)输出端的信号光并压缩处理，所述泵浦激光器(5)用于向合束器(4)提供泵浦光，泵浦方式可选择前向泵浦和反向泵浦两种方式，所述掺杂增益光纤(6)用于对信号光增益。(6)用于对信号光增益。(6)用于对信号光增益。

【技术实现步骤摘要】
一种光纤放大器光谱展宽和时域窄化的系统和方法


[0001]本专利技术总体地涉及涉及超短脉冲光纤激光
，具体地涉及光纤放大器光谱展宽和时域窄化的系统和方法。

技术介绍

[0002]超快激光由于具有高功率或高峰值功率的优点，在激光加工先进制造、生物医学特征成像等领域都得到了广泛的应用。但无论是科研还是工业应用，对激光的中心波长及带宽都对应着不同的需求，因此在满足超短脉冲高峰值功率的前提下，获得具有宽带光谱的激光输出便能同时满足更多的应用场景。而充分利用非线性效应是产生宽带光谱最有效的方法。
[0003]为获得适用范围广的宽带光谱激光源，传统的光参量放大固体激光器方案能获得千纳米量级的光谱展宽，一般采用精密复杂的空间光路方式，以至系统对外界使用环境的稳定性要求较高，同时也提高了成本。
[0004]相比之下，具有全光纤结构的超快脉冲激光器，由于光纤柔性可弯曲的优点，使得系统可以集成至很小的体积，结构紧凑且受外界环境干扰小，也逐渐得到了广泛的关注及应用。
[0005]传统的脉冲光纤激光器虽然能获得数百瓦量级高功率输出，但光谱带宽一般在10
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20nm范围内，应用场景局限，且脉宽一般大于200fs。利用光纤中多种非线性效应的共同作用可产生具有极宽的超连续谱，但不可避免会导致输出脉冲稳定性的退化，并且还会引起脉冲功率的大幅度降低。另外两种常用到的技术手段——自相似放大以及预啁啾管理非线性放大的方式，能有效的实现输出脉冲激光光谱的展宽，且同时可实现窄脉宽高峰值功率输出，但输出光谱带宽的进一步提升受到有源光纤固有增益带宽的限制，一般局限在百纳米范围内。
[0006]因此，为进一步获得具有更宽光谱的高峰值功率超短脉冲光纤激光输出，有必要提出一种新的光纤放大器系统，使其在光谱展宽和时域窄化更具优势。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种光纤放大器光谱展宽和时域窄化的系统和方法。
[0008]本专利技术的技术方案是，一种光纤放大器光谱展宽和时域窄化系统，包括通过传能光纤依次连接的光纤脉冲振荡器、光纤滤波器、隔离器、合束器和准直器；还包括脉冲压缩器、泵浦激光器和掺杂增益光纤，所述脉冲压缩器设置在准直器后端，用于接收准直器输出端的信号光并进行脉宽压缩；所述泵浦激光器用于向合束器提供泵浦光，所述掺杂增益光纤用于信号增益。
[0009]进一步的，上述泵浦激光器连接在合束器泵浦端且与所述隔离器出来的信号光同向进入所述合束器；所述掺杂增益光纤设置在合束器与准直器之间的传能光纤上。
[0010]进一步的，上述泵浦激光器连接在合束器泵浦端且与所述隔离器出来的信号光反向进入所述合束器；所述掺杂增益光纤设置在隔离器与合束器之间的传能光纤上。
[0011]进一步的，上述光纤脉冲振荡器脉冲宽度在500fs至10ps范围内，重复频率为500KHz至30MHz，中心波长为1030nm、1550nm和1950nm中的一个。
[0012]进一步的，上述光纤滤波器中心波长为1030nm、1550nm和1950nm中的一个，光谱带宽为2nm；所述光纤隔离器中心波长位1030nm、1550nm和1950nm中的一个。
[0013]进一步的，上述准直器尾纤的长度范围15至30cm；所述准直器的光斑大小为1mm至4mm，准直工作距离1米及以上。
[0014]进一步的，上述泵浦激光器的中心波长为793nm、976nm和1550nm中的一个或者多个，功率范围9W至80W。
[0015]进一步的，上述掺杂增益光纤为单模或是大模场的高吸收光纤，其中掺杂元素为镱离子、铒离子和铥离子中的一种，光纤长度范围为3至5米。
[0016]进一步的，上述光纤振荡器与光纤滤波器之间的传能光纤型号为PM 980；光纤滤波器与光纤隔离器之间的传能光纤型号为PM 980；所述光纤隔离器与合束器之间的传能光纤型号为FUD 3460；合束器与准直器之间的传能光纤型号为FUD 3460；所述掺杂增益光纤为LMA
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YDF
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10/125
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9M的双包层全保偏掺镱元素增益光纤，吸收系数为10dB/m@976nm。
[0017]本专利技术同时提供了一种光纤放大器光谱展宽和时域窄化的方法，它利用上述光纤放大器光谱展宽和时域窄化系统，包括以下步骤：
[0018]步骤一、开启光纤脉冲振荡器锁模输出脉冲激光信号光；
[0019]步骤二、脉冲激光信号光经过光纤滤波器进行光谱滤波窄化，滤波后再通过光纤隔离器进入掺杂增益光纤中；
[0020]步骤三、同时，泵浦激光器提供的泵浦光也进入合束器中，在掺杂增益光纤中对经步骤二光谱窄化后的信号光进行功率放大，同时在放大过程中逐渐展宽光谱；
[0021]步骤四、经掺杂增益光纤放大后的输出光通过准直器进入到脉冲压缩器中，脉宽压缩后输出。
[0022]本专利技术具有如下有益效果：
[0023]本专利技术对光纤振荡器进行光谱滤波后放大，再次经过时域的空间压缩装置，实现频域的大幅展宽及时域上的窄化。
[0024]其具体工作原理为：经光谱滤波后的脉冲激光在时域的宽度显著变窄，其在进行光纤放大时可大幅提升峰值功率，从而可基于较窄的光谱进行自相位调制展宽，并在掺杂增益光纤中的动态增益管理下向其受激辐射的长波段拓展，同时实现激光峰值功率的持续高质量提升。
[0025]与现有常规宽带光谱获得方法相比，通过本专利技术提出的方法，不仅能实现突破增益带宽的百纳米以上的光谱展宽输出，满足宽波段的应用场景，更能实现数十飞秒量级的脉冲输出，同时拥有更高的输出脉冲质量及更高的峰值功率。此外，本专利技术方法采用了全光纤的放大系统，结构更简单紧凑，成本更低。
附图说明
[0026]从下面结合附图对本专利技术实施例的详细描述中，本专利技术的这些和/或其它方面和
优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：
[0027]图1为本专利技术实施例1前向泵浦方式实施例的系统结构示意图；
[0028]图2为本专利技术实施例1中不同输出功率下的激光光谱图；
[0029]图3为本专利技术实施例1中2.02W输出功率的激光脉冲自相关曲线；
[0030]图4为本专利技术实施例2后向泵浦方式的系统结构示意图；
[0031]其中1
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光纤脉冲振荡器；2
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光纤滤波器2；3
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隔离器3；4
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合束器4；5
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泵浦激光器；6
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掺杂增益光纤、7
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准直器；8
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脉冲压缩器。
具体实施方式
[0032]为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。
[0033]实施例1
[0034]一种前向泵浦式光纤放大器光谱展宽和时域窄化系统，其结构如图1所示，包括通过传能光纤依次连接的光纤脉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光纤放大器光谱展宽和时域窄化系统，其特征在于，包括通过传能光纤依次连接的光纤脉冲振荡器(1)、光纤滤波器(2)、隔离器(3)、合束器(4)和准直器(7)；还包括脉冲压缩器(8)、泵浦激光器(5)和掺杂增益光纤(6)，所述脉冲压缩器(8)设置在准直器(7)后端，用于接收准直器(7)输出端的信号光并进行脉宽压缩；所述泵浦激光器(5)用于向合束器(4)提供泵浦光，所述掺杂增益光纤(6)用于对信号光增益。2.如权利要求1所述的光纤放大器光谱展宽和时域窄化系统，其特征在于，所述泵浦激光器(5)连接在合束器(4)的泵浦端且与所述隔离器(3)出来的信号光同向进入所述合束器(4)中；所述掺杂增益光纤(6)设置在合束器(4)与准直器(7)之间的传能光纤上。3.如权利要求1所述的光纤放大器光谱展宽和时域窄化系统，其特征在于，所述泵浦激光器(5)连接在合束器(4)的泵浦端且与所述隔离器(3)出来的信号光反向进入所述合束器(4)中；所述掺杂增益光纤(6)设置在隔离器(3)与合束器(4)之间的传能光纤上。4.如权利要求2或3所述的光纤放大器光谱展宽和时域窄化系统，其特征在于，所述光纤脉冲振荡器(1)脉冲宽度在500fs至10ps范围内，重复频率为500KHz至30MHz，中心波长为1030nm、1550nm和1950nm中的一个。5.如权利要求2或3所述的光纤放大器光谱展宽和时域窄化系统，其特征在于，所述光纤滤波器(2)中心波长为1030nm、1550nm和1950nm中的一个，光谱带宽为2nm；所述隔离器(3)中心波长为1030nm、1550nm和1950nm中的一个。6.如权利要求2或3所述的光纤放大器光谱展宽和时域窄化系统，其特征在于，所述准直器(7)与掺杂增益光纤(6)连接或者与合束器(4)连接的传能光纤的长度范围15至30cm，所传能光纤为所述准直器(7)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李灿，任博，王涛，郭琨，吴坚，粟荣涛，姜曼，马鹏飞，马阎星，周朴，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：