光纤激光器的制作方法

【技术领域】

本申请涉及激光技术领域，尤其是涉及一种光纤激光器。

背景技术：

近年来，光纤激光器成为激光领域的研究热点之一，并在很多领域得到了广泛的应用，如激光加工、激光医疗、光通信、国防军事以及科学研究等领域。

目前光纤激光器中，基于光栅反馈形成稳定驻波再f-p腔内进行谐振，通过光纤的饱和吸收进行调制，当前被动调q主要是基于石墨烯、碳纳米管、半导体饱和吸收镜等可饱和吸收调制方案，无法全光纤化，且成本较高。而单纯主动调q虽实现全光纤化但是无法将脉宽压缩到很窄，同时难获得稳定的高能量脉冲。单被动调q，单主动调q两种方案在工业量产中均没有很好的应用空间。对于目前传统的光纤激光器而言，无法实现全光纤化的主被动双重调q。

因此，提供一种可实现全光纤化、脉冲能量稳定、窄脉宽、高峰值功率、适用于工业量产的光纤激光器实为必要。

技术实现要素：

本申请的目的在于提供一种可实现全光纤化、具有稳定高能量脉冲的、窄脉宽高峰值的光纤激光器。

为实现本申请目的，提供以下技术方案：

本申请提供一种光纤激光器，其包括第一谐振腔、第二谐振腔、泵浦源以及合束器，所述第一谐振腔包括第四光栅、第一有源光纤以及第一反馈元件，所述第四光栅的第一端与所述第一反馈元件之间通过所述第一有源光纤相连接，所述第二谐振腔包括第二光栅、第二有源光纤以及第二反馈元件，所述第二光栅的第一端通过所述第二有源光纤连接所述第二反馈元件，且在第一谐振腔中或第二谐振腔中设有q开关，所述合束器包括泵浦端、信号端和输出端，所述泵浦源连接所述合束器泵浦端，所述合束器的信号端或输出端接入所述第二谐振腔并连接所述第二有源光纤，所述第二光栅的第二端或第四光栅的第二端连接所述光纤激光器的输出端口。

一些实施方式中，所述第一谐振腔位于所述第二谐振腔内、所述第一谐振腔与所述第二谐振腔交叠或所述第二谐振腔与所述第一谐振腔依次设置。

所述泵浦源在电激励下产生激光经由合束器进入第二有源光纤，形成自发辐射ase宽带光谱，所述q开关在关闭状态时，第二有源光纤内形成能量积攒，当所述q开关开启时，所述第一反馈元件与所述第二反馈元件的反馈选择下，形成巨脉冲第一激光，所述第一激光波长在第一有源光纤吸收谱线内，所述第一有源光纤与所述内腔反馈单元和所述第四光栅形成激光谐振腔，在第一激光能量激励下，第一有源光纤对第一激光产生受激吸收，形成粒子数反转，通过第一反馈元件与第四光栅反馈形成更窄脉宽第二激光，第二激光通过第一有源光纤形再次成放大，所述第二激光经由激光器的输出端口输出。

本申请可以通过光栅的反馈调节，形成不同光子能量的激光输出，工作方式包含连续、脉冲。本方案可以通过q开关的工作占空比调整外腔储存能量的大小，有助于缩小光纤激光器的脉宽，提升峰值功率，拓展脉冲光纤激光器的应用，且完全可实现全光纤化。

一些实施方式中，所述q开关可以设置在所述第四光栅与所述第一有源光纤之间，或设置在所述第一有源光纤与所述第一反馈元件之间，或设置在所述第四光栅与所述第二有源光纤之间，或所述第二有源光纤与所述第二光栅之间设有所述q开关。

一些实施方式中，所述第一反馈元件为第三光栅，所述第二反馈元件为第一光栅，所述第四光栅的第一端通过所述第一有源光纤连接所述第三光栅的第二端，所述第四光栅的第二端通过所述第二有源光纤连接所述第二光栅的第一端，所述第三光栅的第一端连接所述第一光栅。本申请激光器以第一有源光纤作为可饱和吸收体形成被动调q，而q开关作为主动调制器件形成主动调q。在脉冲形成过程中，q开关起到主动调制作用，第一有源光纤起到被动调制作用，形成主被动双重调q。

该实施例的原理：所述泵浦源在电激励下产生激光经由合束器进入第二有源光纤，形成自发辐射ase宽带光谱，所述q开关在关闭状态时，第二有源光纤内形成能量积攒，当所述q开关开启时，所述第一光栅与所述第二光栅的反馈选择下，形成巨脉冲第一激光，所述第一激光波长在第一有源光纤吸收谱线内，所述第一有源光纤与第三光栅和第四光栅形成激光谐振腔，在第一激光能量激励下，第一有源光纤中yb离子对第一激光产生受激吸收，形成粒子数反转，通过第三光栅与第四光栅反馈形成更窄脉宽第二激光，第二激光通过第一有源光纤形再次成放大，所述第二激光经由所述合束器输出端到达所述输出器件。

另一些实施方式中，所述第一反馈元件为第三光栅，所述第二反馈元件为第一光栅，所述第四光栅的第一端通过所述第一有源光纤连接所述第一光栅的第二端，所述第四光栅的第二端通过所述第二有源光纤连接所述第二光栅的第一端，所述第一光栅的第一端连接所述第三光栅。

另一些实施方式中，所述第一反馈元件、所述第二反馈元件为同一的宽带反射镜，所述第四光栅的第一端通过所述第一有源光纤连接所述宽带反射镜。

另一些实施方式中，所述第一反馈元件、所述第二反馈元件为同一的第一光栅，所述第四光栅的第一端通过所述第一有源光纤连接所述第一光栅。

一些实施方式中，所述合束器置于所述第二谐振腔之外，所述合束器的信号端通过所述第二光栅的第二端接入所述第二谐振腔并连接所述第二有源光纤，或所述合束器的输出端通过所述第二反馈元件的第一端接入所述第二谐振腔并连接所述第二有源光纤。所述合束器对所述第一有源光纤进行反向泵浦，转换效率高，减少腔内损耗，降低第二激光产生的阈值，从原理上使激光谐振条件大大降低。

另一些实施方式中，所述合束器置于所述第二谐振腔之内，且位于所述第一谐振腔之外，所述合束器连接于所述第四光栅的第二端与所述第二有源光纤之间，所述合束器的输出端连接所述第二有源光纤。

具体实施方式中，所述光纤激光器的输出端口连接输出器件，所述输出器件为隔离器或准直器。

具体实施方式中，所述第一有源光纤和所述第二有源光纤为yb稀土离子掺杂光纤。第一有源光纤中yb离子对第一激光产生受激吸收，形成粒子数反转。

一些实施方式中，所述泵浦源有n个，其中n为自然数，一些实施例中，n为1～19的自然数。在另一些实施例中，泵浦源的数量可以为2个。

具体实施方式中，所述泵浦源包括但不限于半导体芯片泵源，所述泵浦源的波长范围是800～1000nm。

具体实施方式中，所述合束器包括但不限于(n+1)x1的合束器，其中n为任意自然数。其中一些实施例中，n为1～19的自然数。

一些实施方式中，所述第一光栅中心波长λ1为200<λ1<1600，反射率r1为0<r1<1；所述第二光栅中心波长λ2为200<λ2<1600，反射率r2为0<r2<1；所述第三光栅中心波长λ3为200<λ3<1600，反射率r3为0<r3<1；所述第四光栅中心波长λ4为200<λ4<1600，反射率r4为0<r4<1。

对比现有技术，本申请具有以下优点：

目前传统的光纤激光器而言，无法实现全光纤化的主被动双重调q。

本申请通过以第一有源光纤作为可饱和吸收体形成被动调q，而q开关作为主动调制器形成主动调q，在脉冲形成过程中，q开关起到主动调制作用，第一有源光纤形成被动调制，实现本申请的主被动双重调q。

本申请可以通过光栅的反馈调节，形成不同光子能量的激光输出，工作方式包含连续、脉冲。本方案可以通过q开关的工作占空比调整外腔储存能量的大小，有助于缩小光纤激光器的脉宽，提升峰值功率，拓展脉冲光纤激光器的应用，且完全可实现全光纤化，本方案中的主被动双重调q基于全光纤化的技术方案来获取窄脉宽，高峰值功率。

并且，本申请中可饱和吸收体为掺杂yb离子光纤，光纤中的yb是一种金属离子，yb稀土离子掺杂光纤作为可饱和吸收体是因为稀土离子yb的特有能级结构。因此，本申请采用稀土离子掺杂光纤作为可饱和吸收体，可省去可饱和吸收镜的使用，可实现全光纤化光路。

【附图说明】

图1为本申请光纤激光器实施例一的示意图；

图2为本申请光纤激光器实施例二的示意图；

图3为本申请光纤激光器实施例三的示意图；

图4为本申请光纤激光器实施例四的示意图；

图5为本申请光纤激光器实施例五的示意图；

图6为本申请光纤激光器实施例六的示意图；

图7为本申请光纤激光器实施例七的示意图；

图8为本申请光纤激光器实施例八的示意图；

图9为本申请光纤激光器实施例九的示意图；

图10为本申请光纤激光器实施例十的示意图；

图11为本申请光纤激光器实施例十一的示意图。

【具体实施方式】

请参阅图1，本申请光纤激光器实施例一，其包括第一谐振腔、第二谐振腔、泵浦源900、合束器800以及输出器件101，所述第一谐振腔位于所述第二谐振腔内，所述第一谐振腔包括第四光栅400、第一有源光纤500以及第一反馈元件，所述第二谐振腔包括第二光栅200、第二有源光纤600以及第二反馈元件，本实施例中，所述第一反馈元件为第三光栅300，所述第二反馈元件为第一光栅100。

实施例一中的所述合束器800置于所述第二谐振腔之外，所述合束器800包括与泵浦源900连接的泵浦端、与输出器件101连接的输出端，以及与第二有源光纤600连接的信号端，所述合束器800的信号端通过所述第二光栅200的第二端接入所述第二谐振腔并连接所述第二有源光纤600。所述泵浦源900连接所述合束器800的泵浦端，所述合束器800的信号端接入所述第二谐振腔并连接所述第二有源光纤600，所述第二光栅200的第一端通过所述第二有源光纤600连接所述第四光栅400的第二端，所述第二光栅200的第二端连接所述光纤激光器的输出端口，所述光纤激光器的输出端口连接输出器件101。所述第四光栅400的第一端通过所述第一有源光纤500连接所述第三光栅300的第二端，所述第四光栅400与所述第三光栅300之间设有q开关700，所述第三光栅300的第一端连接所述第一光栅100。具体的，所述q开关设置在所述第四光栅400与所述第一有源光纤500之间。

本申请激光器以第一有源光纤作为可饱和吸收体形成被动调q，而q开关作为主动调制器件形成主动调q。在脉冲形成过程中，q开关起到主动调制作用，第一有源光纤起到被动调制作用。所述第一有源光纤500及所述第二有源光纤600为yb稀土离子掺杂光纤。第一有源光纤中yb离子对第一激光产生受激吸收，形成粒子数反转。

本实施例中，这里所述的q开关即为主动q开关，具体可以为声光q开关、电光q开关或机械q开关(如转镜式q开关)。

本实施例中所述输出器件为准直器101，在其他实施例中所述输出器件也可以采用隔离器。

在本实施例中，所述泵浦源900数量为2个，所述泵浦源900包括但不限于半导体芯片泵源，波长范围是800～1000nm。所述合束器800包括但不限于(n+1)x1的合束器，其中n为任意自然数。所述第一光栅中心波长λ1为200<λ1<1600，反射率r1为0<r1<1；所述第二光栅中心波长λ2为200<λ2<1600，反射率r2为0<r2<1；所述第三光栅中心波长λ3为200<λ3<1600，反射率r3为0<r3<1；所述第四光栅中心波长λ4为200<λ4<1600，反射率r4为0<r4<1。所述光纤激光器的工作方式包括连续或脉冲。

该实施例的原理：所述泵浦源900在电激励下产生激光经由合束器800进入第二有源光纤600，形成自发辐射ase宽带光谱，所述q开关700在关闭状态时，第二有源光纤600内形成能量积攒，当所述q开关700开启时，所述第一光栅100与所述第二光栅200的反馈选择下，形成巨脉冲第一激光，所述第一激光波长在第一有源光纤500吸收谱线内，所述第一有源光纤500与第三光栅300和第四光栅400形成激光谐振腔，在第一激光能量激励下，第一有源光纤500中yb离子对第一激光产生受激吸收，形成粒子数反转，通过第三光栅300与第四光栅400反馈形成更窄脉宽第二激光，第二激光通过第一有源光纤500形再次成放大，所述第二激光经由所述合束器800输出端到达所述输出器件101。本申请可以通过光栅的反馈调节，形成不同光子能量的激光输出，工作方式包含连续、脉冲。本方案可以通过q开关的工作占空比调整外腔储存能量的大小，有助于缩小光纤激光器的脉宽，提升峰值功率，拓展脉冲光纤激光器的应用，本申请中第一有源光纤500作为可饱和吸收体，所述可饱和吸收体为yb稀土离子掺杂光纤，光纤中的yb是一种金属离子，yb稀土离子掺杂作为可饱和吸收体是因为稀土离子yb的特有能级结构。因此，本申请采用稀土离子掺杂光纤作为可饱和吸收体，可实现全光纤化光路。再者，所述合束器800对所述第一有源光纤500进行反向泵浦，转换效率高，可减少腔内损耗，降低第二激光产生的阈值，从原理上使激光谐振条件大大降低。

请参阅图2，本申请实施例二示意图，实施例二与实施例一不同之处在于，所述光纤激光器的输出端口连接隔离器102。

请参阅图3，本申请实施例三示意图，实施例三与实施例一不同之处在于，所述q开关设置在第四光栅与所述第二有源光纤之间。

请参阅图4，本申请实施例四示意图，实施例四与实施例二不同之处在于，所述第一反馈元件、所述第二反馈元件为同一的宽带反射镜110，所述第一谐振腔包括所述第四光栅400、第一有源光纤500以及所述宽带反射镜110，所述第二谐振腔包括所述第二光栅200、第二有源光纤600以及所述宽带反射镜110。所述第二光栅200通过所述第二有源光纤600连接所述第四光栅400第二端，所述第四光栅400的第一端通过所述第一有源光纤500连接所述宽带反射镜110，所述q开关700连接于所述第四光栅400第一端与所述第一有源光纤500之间。

请参阅图5，本申请实施例五示意图，实施例五与实施例四不同之处在于，所述第一反馈元件、所述第二反馈元件为同一的第一光栅100，所述激光器输出端口连接隔离器。所述第一谐振腔包括所述第四光栅400、第一有源光纤500以及所述第一光栅100，所述第二谐振腔包括所述第二光栅200、第二有源光纤600以及所述第一光栅100。所述第二光栅200通过所述第二有源光纤600连接所述第四光栅400第二端，所述第四光栅400的第一端通过所述第一有源光纤500连接所述第一光栅100，所述q开关700连接于所述第四光栅400第一端与所述第一有源光纤500之间。

请参阅图6，本申请实施例六示意图，实施例六与实施例一不同之处在于，实施例六中的所述合束器800置于所述第二谐振腔之内，且位于所述第一谐振腔之外，所述合束器800连接于所述第四光栅400的第二端与所述第二有源光纤600之间，所述合束器800的输出端连接所述第二有源光纤600。

请参阅图7，本申请实施例七示意图，实施例七与实施例四不同之处在于，实施例七中的所述合束器800置于所述第二谐振腔之内，且位于所述第一谐振腔之外，所述合束器800连接于所述第四光栅400的第二端与所述第二有源光纤600之间，所述合束器800的输出端连接所述第二有源光纤600。

请参阅图8，本申请实施例八示意图，实施例八与实施例一不同之处在于，实施例八中的所述第一谐振腔与第二谐振腔交叠设置。具体的，所述第一谐振腔包括第三光栅300、第一有源光纤500和第四光栅400，第二谐振腔包括第一光栅100、第二有源光纤600和第二光栅200，所述第三光栅300的第二端连接第一光栅100的第一端，所述第一光栅100的第二端连接所述第一有源光纤500后连接第四光栅400的第一端，所述第四光栅400的第二端连接第二有源光纤600后连接所述第二光栅200的第一端，所述第二光栅200的第二端连接合束器800信号端，合束器800的泵浦端连接泵浦源900，合束器800的输出端连接输出器件。在第一有源光纤500与第四光栅400之间设置有q开关700。

请参阅图9，本申请实施例九示意图，实施例九与实施例八不同之处在于，q开关700设置在第一光栅100与第一有源光纤500之间。

请参阅图10，本申请实施例十示意图，实施例十与实施例九不同之处在于，q开关700设置在第四光栅400与第二有源光纤600之间。

请参阅图11，本申请实施例十一示意图，实施例十一与前述实施例不同之处在于，实施例十一中的所述第二谐振腔与所述第一谐振腔依次设置。具体的，所述第一谐振腔包括第三光栅300、第一有源光纤500、第四光栅400，第二谐振腔包括第一光栅100、第二有源光纤600、第二光栅200。泵浦源900连接合束器800的泵浦端，合束器800的输出端连接所述第一光栅100的第一端，所述第一光栅100第二端连接第二有源光纤600后连接第二光栅200的第一端，所述第二光栅200的第二端连接所述第三光栅300的第一端，第三光栅300的第二端连接第一有源光纤500后连接第四光栅400的第一端，所述第四光栅400的第二端连接输出器件。q开关700设置在第二有源光纤600与第二光栅200之间。

事实上，q开关700的设置并不局限于上述实施例，基于本申请的等效变换均属于本申请保护范围之内，在此不作穷举。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，本申请的保护范围并不局限于此，任何基于本申请技术方案上的等效变换均属于本申请保护范围之内。