一种超快光纤激光器制造技术

本申请提供一种超快光纤激光器，主要构成包括用于输出

【技术实现步骤摘要】
一种超快光纤激光器


[0001]本申请涉及激光
，涉及一种超快光纤激光器，更具体地，特别涉及一种高重频
、GHz
的超快光纤激光器
。

技术介绍

[0002]重复频率
(
重频
)
这一物理量，描述了单位时间内激光器能够输出脉冲的数量
。
对于激光加工而言，更高的重频意味着单位时间内将有更高能量的激光与物质发生相互作用，这将使得激光器拥有了更快烧蚀材料的能力，进而能够有效提升加工过程的效率；同时，通过对激光器的调谐，操作人员也将能够精准调控加工过程的速度及状态，保证加工过程的总体质量
。
[0003]虽然高重频激光器在以柔性电路板
、
精密零件以及微纳米结构等环境为代表的微加工应用中有着极其明朗的应用前景，但高重频激光器自身也存在着未被解决的技术缺陷：当被加工基材的消融阈值，低于激光器输出单个脉冲的能量时，基材的表面会因吸收过多的能量而出现损伤，并将以裂纹
、
毛刺等形式表现出来
。
[0004]在激光加工的漫长发展历程中，有很多学者针对激光器输出脉冲的模式展开了自己的研究，并得到了不少有趣的成果，而“脉冲串”模式
(Burst Mode)
便是其中极具新颖性和实用性的一项
。
从本质上说，
Burst
模式表征了超快激光脉冲簇的时域传输情形
。
在这一模式下，脉冲不再以固定的时间间隔输出，而是被可控光开关装置分成了由多个脉冲组成的脉冲簇，进而实现了脉冲成串输出的预期指标，其具体的输出形式如图1所示
。
相较于以固定时间间隔发射激光脉冲的高重频输出模式，
Burst
模式能够在激光器平均输出功率不变的前提下，降低单位时间内冲击被加工基材脉冲的数量，减弱因热效应而给基材表面带来的损伤，进而保证加工的质量
。
[0005]然而，以上
Burst
模式需要采用
GHz
光源系统进行，而
GHz
光源系统实现难度大
、
成本昂贵，目前常规重频超快光纤激光器基本为
MHz
级别，在加工精度要求更高的领域上的无法保障加工质量，难以在工业界大规模推广
。
[0006]基于此，有必要申请一种超快光纤激光器，采用常规重频
MHz
级别的超快光纤激光器，用于实现可调
GHz
级别脉冲簇的超快激光器光源，以解决目前在加工精度要求更高的领域上的缺陷
。

技术实现思路

[0007]本申请的目的在于提供一种超快光纤激光器，采用常规重频
MHz
级别的超快光纤激光器，用于实现可调
GHz
级别脉冲簇的超快激光器光源，以用于对加工精度要求高的加工领域，如实现系统稳定
、
深度可控
、
可调控空间更高，且内壁光滑的玻璃钻孔等领域
。
[0008]以解决上述
技术介绍
中提出的问题
。
[0009]为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
[0010]本申请提供一种超快光纤激光器，主要构成包括用于输出
MHz
级别重频脉冲的种
子源
(Seed)、
可调
GHz
脉冲簇重频提升模块
、
放大光路模块和控制模块
。
[0011]本申请中的种子源具有
MHz
的脉冲重复频率
f
，输出功率一般为
mW
级别
。
并且具有
SMA
转接头可输出与光脉冲同步的重频电信号，信号传输给控制模块，所述控制模块可采用现场可编程门阵列
(FPGA)
模式
。
[0012]本申请的超快光纤激光器的主要特点在于具有可调
GHz
脉冲簇重频提升模块，所述可调
GHz
脉冲簇重频提升模块主要包括：一个
50
：
50
分光耦合器
(OC)
，一段特定长度的单模无源光纤
(SMF)
，一个可调光延时线
(VODL)
，一个环形器，一个耦合器
/
波分复用器
(WDM)
，一个泵浦源
(Pump)
，一段单模有源光纤，以及两个声光调制器
(AOM)
或电光调制器
(EOM)。
[0013]本申请的超快光纤激光器的工作原理如下：种子源的光脉冲输出端与一个
50:50
的分光耦合器的第一端口进行熔接，之后种子的输出脉冲将被等分成两等份分别从第二端口和第三端口输出，其中第三端口的输出脉冲进入延时环路，经过一定长度的单模无源光纤，可调光延时线，从环形器的第五端口进入环形器后，从再从环形器的第六端口输出，经过由泵浦源，耦合器，单模有源光纤后，又从环形器的第六端口进入环形器，再从环形器的第七端口输出，然后，经过声光
/
电光调制器，再从第八端口进入
50
：
50
的分光耦合器，再一次均分成2等份，分别从第三端口和第四端口输出，继续重复上述过程
。
[0014]本申请的超快光纤激光器还包括一个啁啾布拉格光纤光栅
(CFBG)
，所述啁啾布拉格光纤光栅位于单模有源光纤的后方，构成补偿双程的放大光路模块，用于补偿环路中各种器件如可调光延时线，环形器，第一声光
/
电光调制器所产生的损耗，补偿放大后的脉冲从环形器的第六端口进入环形器，防止后方的脉冲的能量相比前方的脉冲能量不断出现衰减
。
[0015]本申请的超快光纤激光器的主要特点在于具有可调
GHz
脉冲簇重频提升模块，通过可调
GHz
脉冲簇重频提升模块实现超快光纤激光器的可调
GHz
脉冲簇重频提升
。
[0016]本申请超快光纤激光器的延时环路中加入了可调光延时线使该超快光纤激光器的可以精确的控制延时环路的光程量，从而精确控制时延
。
[0017]关于高重频脉冲簇输出的实现原理介绍：
[0018]已知种子源的输出脉冲重频为
f
，周期为
T1
＝
1/f
，其输出的同步重频信号将通过自身的
SMA
转接头传输给到控制模块，控制模块控制第一声光调制器与第二声光调制器产生与种子源有固定时延同步的调制信号，选择出期望的脉冲簇并抑制其他非期望的脉冲簇
。
当输出的脉冲簇则为我们期望的高重频脉冲簇光脉冲，之后将经历多级放大后转化成具有高能量的可用于实际应用加工的脉冲激光
。
[0019]环路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种超快光纤激光器，其特征在于
,
包括用于输出
MHz
级别重频脉冲的种子源
(1)、
可调
GHz
脉冲簇重频提升模块
、
补偿放大光路模块和控制模块
(12)
；所述种子源
(1)
，具有
MHz
的脉冲重复频率
f
，输出功率为
mW
级别，且具有
SMA
转接头可输出与光脉冲同步的重频电信号，信号传输给控制模块
(12)
；所述可调
GHz
脉冲簇重频提升模块包括：一个
50
：
50
分光耦合器
(2)
，一段特定长度的单模无源光纤
(3)
，一个可调光延时线
(4)
，一个环形器
(5)
，一个泵浦源
(6)
，一个波分复用器
(7)
，一段单模有源光纤
(8)
，以及两个声光调制器或电光调制器；所述种子源
(1)
的光脉冲输出端与一个
50:50
的分光耦合器
(2)
的第一端口进行熔接，之后种子源
(1)
的输出脉冲将被等分成两等份分别从分光耦合器
(2)
的第二端口和第四端口输出，其中第四端口的输出脉冲进入延时环路，经过一定长度的单模无源光纤
(3)
，可调光延时线
(4)
，从环形器
(5)
的第五端口进入环形器
(5)
后，从再从环形器
(5)
的第六端口输出，经过泵浦源
(6)
，波分复用器
(7)
，单模有源光纤
(8)
后，又从环形器
(5)
的第六端口进入环形器
(5)
，再从环形器
(5)
的第七端口输出，然后，经过第一声光
/
电光调制器
(10)
，再从第三端口进入
50
：
50
的分光耦合器
(2)
，再一次均分成2等份，分别从第二端口和第四端口输出，从第二端口输出的光脉冲再经过第二声光
/
电光调制器
(11)
后输出，第四端口的输出的脉冲再次进入延时环路，继续重复上述过程
。2.
根据权利要求1所述的超快光纤激光器，其特征在于
,
所述第一声光
/
电光调制器
(10)
和第二声光
/
电光调制器
(11)
均采用声光调制器作为声光调制器组合
。3.
根据权利要求1所述的超快光纤激光器，其特征在于
,
所述种子源
(1)
输出重频为
f
的周期性脉冲，
T1
＝
1/f
，调节可调光延时线
(4)
的位置，进而改变环路中单模无源光纤
(3)
的长度，使延时环路内的脉冲重复周期为
T0
，使得由种子源
(1)
产生的光脉冲与经过延时环路输出的光脉冲叠加将产生的时延为
T6
＝
|T0
‑
T1|
，
T6
也就是脉冲簇的重复周期；通过增减单模无源光纤
(3)
的长度控制一个初始的脉冲簇重频
f
r
，
f
r
＝
1/T6
，公式
T6
＝
|T0
‑
(n*Lall)/c|
算出延时环路的长度，其中
n
为光纤纤芯的平均折射率，
c
为真空光速，
Lall
为单模无源光纤
(3)
的长度
。4.
根据权利要求3所述的超快光纤激光器，其特征在于
,
所述
T6

【专利技术属性】
技术研发人员：李文嘉，黄国溪，张帆，
申请(专利权)人：深圳公大激光有限公司，
类型：新型
国别省市：