一种激光脉冲类型的实时切换方法技术

本发明专利技术提供一种激光脉冲类型的实时切换方法，其特征为：该方法所利用的系统包括泵浦光源、波分复用器、增益光纤、输出耦合器、可调谐滤波器、锁模器件、反馈回路，共同组成脉冲激光器；关闭反馈回路时，脉冲激光器可以输出锁模脉冲激光；开启反馈回路后，通过适当调节反馈回路的参数，可以使脉冲激光器的输出切换为调Q激光或调Q锁模激光。该方法能够实时切换单一脉冲激光器输出的脉冲类型，从而赋予其更广泛的应用。泛的应用。泛的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种激光脉冲类型的实时切换方法
(一)

[0001]本专利技术涉及激光
，尤其涉及一种激光脉冲类型的实时切换方法。
(二)
技术介绍

[0002]脉冲激光是指在短时间内输出高能量的激光，能够携带能量与信息，具有脉冲宽度窄、峰值功率高的特点，在医疗、通信、材料加工、精密测量等领域均有着广泛的应用。
[0003]按产生原理分类，脉冲激光包含锁模脉冲激光、调Q脉冲激光、调Q锁模激光等类型。调Q是让Q值随时间以某种规律变化以达到产生脉冲激光的技术，名称中的Q值是表征激光器的激光腔性质的参数，与激光器的阈值成反比，也与谐振腔的损耗成反比。如果利用外部手段或腔内器件施加影响，首先使Q值降低，积累大量能量，并在饱和时突然升高Q值，所积累的能量就可以立刻释放，形成巨脉冲。锁模是锁定纵模之间相位关系的技术，名称中的“模”指激光的纵模。激光中通常存在多个纵模，其频率不同，且纵模之间通常并不相干。若能使各纵模之间频率差精确恒定，且相位关系确定，即可形成强度极高、脉宽极窄的脉冲。一般来说，对于同一激光器，锁模脉冲激光比调Q脉冲激光的脉宽更窄、频率更高。调Q锁模激光在激光功率的时域变化上同时具有锁模激光和调Q激光的特点。
[0004]实现调Q与锁模的主要方式可以分为主动方式与被动方式。主动方式可以利用电光器件通过施加不同电压更改电光晶体的偏振特性，或利用声光器件根据超声波使光衍射增大损耗的特点，对谐振腔施加周期性影响。二者的共同点在于均需要有源器件的加入。被动方式则利用某些具有饱和吸收特性的材料来实现脉冲产生。饱和吸收特性为材料在透过的光越强时，对光的吸收能力就越弱，即吸收系数随光强增大而减小。拥有可饱和吸收特性的材料称为可饱和吸收体，可分为等效可饱和吸收体与自然可饱和吸收体，前者包含非线性偏振旋转器件、非线性光纤环形镜或非线性放大环形镜等，后者包含染料、半导体可饱和吸收镜、石墨烯、碳纳米管、拓扑绝缘体、过渡金属硫族化物、黑磷、金属及其氧化物纳米材料、过渡金属碳/氮/碳氮化物或由上述自然可饱和吸收体材料复合而成的复合材料等。激光腔内形成的噪声脉冲在环形腔内传输或线性腔内反复传输时，将多次经过可饱和吸收体。由于可饱和吸收体的饱和吸收效应，激光腔内既可以在增益共同作用下被动调整损耗形成调Q脉冲，又可以在非线性与色散效应共同作用下形成锁模脉冲，或在多种作用协同作用下形成调Q锁模脉冲。
[0005]通常来说，激光器基本结构与参数不变时，只能稳定输出特定某一种脉冲类型的激光。本专利技术设计了一种基于反馈回路对激光脉冲类型进行实时切换的方法。目前，现有的脉冲激光类型切换的方法存在着系统结构复杂、通用性低和无法实时控制的问题，而本专利技术提供的方法同时具备结构简单、通用性强以及实时控制的优点。
[0006]对于单一脉冲激光器，产生的锁模脉冲激光和调Q脉冲激光的脉冲宽度、重复频率与峰值功率等参数的范围有明显区别，因此本方法所实现的脉冲类型实时切换可以拓宽输出脉冲参数的可调范围，从而赋予激光器更广泛的应用。
[0007]此外，可调谐滤波器可用于调节输出脉冲激光的波长。波长可调对于拓展激光器
的应用具有重要意义，比如在加工与医疗中不同材料或组织对于不同波长的激光具有不同的吸收特性，根据这一特点可通过调节波长进行选择性消融处理。可调谐滤波器有多种实现方法，包括单色仪、利奥滤波器、电介质反射镜、光纤布拉格光栅、可调光学共振器、声光滤波器、液晶调制器等。其中，利奥滤波器(Lyot filter)的传统结构是相互间隔放置的多个偏振片与多个双折射晶体，其中在两侧最外侧的为偏振片。晶体的光轴与偏振片的偏振化方向呈45度角放置，光经过偏振片后成为线偏振光，在晶体中分成偏振方向相互垂直的两束光，两者经过晶体时产生相差，该相差与波长有关，因此装置对光的透过率与波长有关，实现了滤波器的作用。通过对利奥滤波器中部件的旋转可以实现滤波器中心波长的变化。在实际应用中，依次连接的偏振分束器、保偏光纤、偏振控制器可以实现与传统利奥滤波器结构相同的功能，其中调节偏振控制器可以改变中心波长；通过光纤依次连接的第一个偏振控制器、保偏隔离器、第二个偏振控制器也可以实现相同的功能，其中调节两个偏振控制器可以改变中心波长。
(三)
技术实现思路

[0008]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种激光脉冲类型的实时切换方法。
[0009]第一方面，本专利技术实施例提供了一种激光脉冲类型的实时切换方法，其特征在于，该方法所利用的系统包括泵浦光源、波分复用器、增益光纤、输出耦合器、可调谐滤波器、锁模器件、反馈回路，该系统称为脉冲激光器，在该脉冲激光器中，通过调节反馈回路，可以实现脉冲激光器输出的激光脉冲类型的实时切换；其中，激光脉冲类型包括调Q脉冲、锁模脉冲和调Q锁模脉冲；波分复用器、增益光纤、输出耦合器、可调谐滤波器、锁模器件、反馈回路通过光纤依次连接，形成光纤环形结构，该环形结构称为激光腔；泵浦光源为固体激光器、液体激光器或气体激光器，与所述波分复用器相连接，用于为激光腔提供泵浦光；波分复用器用于连接外设泵浦光源以及对所获取泵浦光进行耦合处理；增益光纤用于基于泵浦光产生信号光，其中，根据激光波段的需求，可以采用的增益光纤包括掺铒光纤、掺镱光纤、掺铥光纤、铒镱共掺光纤、铥钬共掺光纤、掺铥氟化物光纤、ZBLAN光纤；输出耦合器用于输出脉冲激光；可调谐滤波器用于调节输出脉冲激光的波长；锁模器件用于基于信号光得到脉冲激光，当反馈回路关闭时，该脉冲激光的类型为锁模脉冲激光；反馈回路用于对脉冲激光器输出的激光脉冲类型进行实时切换；具体而言，当反馈回路关闭时，脉冲激光器产生锁模脉冲；当反馈回路开启后，其通过在激光腔内不同位置持续分配激光能量引起总能量波动，进而使增益介质反转粒子数过度消耗，所有锁模脉冲在过低的增益下衰减至被噪声完全淹没或部分淹没，在锁模器件饱和吸收的作用下激光总能量产生周期性震荡，从而使脉冲激光器输出调Q脉冲激光或调Q锁模脉冲激光，通过对反馈回路参数的调节可以控制该脉冲激光的具体类型。
[0010]结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述反馈回路有两种具体的实现方式：第一种实现方式为光纤结构，包括由光纤连接成环形结构的调控开关、光程控制器、光纤耦合器；其中，调控开关用于控制反馈回路的能量反馈比，进而对脉冲激光器输出的激光脉冲类型进行实时切换；光程控制器通过调节反馈回路长度对反馈位置进行控制；当调控开关关闭时，反馈回路关闭，脉冲激光器产生锁模脉冲激光，而当调控开关开启时，通过调节调控开关以及光程控制器，可以控制脉冲激光器产生调
Q脉冲激光或调Q锁模脉冲激光；光纤耦合器用于为反馈回路提供至少一个输入端口与至少一个输出端口，从而使得反馈回路与锁模器件和波分复用器连接形成激光腔；第二种实现方式为基于透镜的空间光路结构。
[0011]结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述锁模器件包括主动锁模器件、等效可饱和吸收体或自然可饱和吸收体；其中，主动锁模器件为电光调制器件或声光调制器件；等效可饱和吸收体为非线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光脉冲类型的实时切换方法，其特征在于，该方法所利用的系统包括泵浦光源、波分复用器、增益光纤、输出耦合器、可调谐滤波器、锁模器件、反馈回路，该系统称为脉冲激光器，在该脉冲激光器中，通过调节反馈回路，可以实现脉冲激光器输出的激光脉冲类型的实时切换；其中，激光脉冲类型包括调Q脉冲、锁模脉冲和调Q锁模脉冲；所述波分复用器、增益光纤、输出耦合器、可调谐滤波器、锁模器件、反馈回路通过光纤依次连接，形成光纤环形结构，该环形结构称为激光腔；所述泵浦光源为固体激光器、液体激光器或气体激光器，与所述波分复用器相连接，用于为激光腔提供泵浦光；所述波分复用器用于连接外设泵浦光源以及对所获取泵浦光进行耦合处理；所述增益光纤用于基于泵浦光产生信号光，其中，根据激光波段的需求，可以采用的增益光纤包括掺铒光纤、掺镱光纤、掺铥光纤、铒镱共掺光纤、铥钬共掺光纤、掺铥氟化物光纤、ZBLAN光纤；所述输出耦合器用于输出脉冲激光；所述可调谐滤波器用于调节输出脉冲激光的波长；所述锁模器件用于基于信号光得到脉冲激光，当反馈回路关闭时，该脉冲激光的类型为锁模脉冲激光；所述反馈回路用于对脉冲激光器输出的激光脉冲类型进行实时切换；具体而言，当反馈回路关闭时，脉冲激光器产生锁模脉冲；当反馈回路开启后，其通过在激光腔内不同位置持续分配激光能量引起总能量波动，进而使增益介质反转粒子数过度消耗，所有锁模脉冲在过低的增益下衰减至被噪声完全淹没或部分淹没，在锁模器件饱和吸收的作用下激光总能量产生周期性震荡，从而使脉冲激光器输出调Q脉冲激光或调Q锁模脉冲激光，通过对反馈回路参数的调节可以控制该脉冲激光的具体类型。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述反馈回路有两种具体的实现方式：反馈回路...

【专利技术属性】
技术研发人员：付博，徐立军，王刚，张淙彧，孙婧轩，张程宏，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：