专利名称：一种高脉冲对比度的纳秒光纤激光器的制作方法
一种高脉冲对比度的纳秒光纤激光器本发明涉及一种高脉冲对比度的纳秒光纤激光器，属于激光技术领域。单脉冲能量在毫焦量级的纳秒激光脉冲被广泛用于电子、服装、芯片制造领域，尤其在敏感金色塑胶剥漆、不锈钢打彩、柔性陶瓷钻孔等场合，对高脉冲对比度纳秒光纤激光的需求尤为迫切。当前工业加工领域常用的纳秒脉冲激光器主要有两大类:声光调Q纳秒脉冲激光器和种子源振荡主放大的MOPA结构脉冲激光器。声光调Q纳秒脉冲激光器技术成熟，市场占有率高，但受限于Q开关的透过率和响应速度，脉冲时域不对称，下降沿有数百纳秒的拖尾，在激光器关断状态下仍有IOOmW左右的漏光，用于敏感材料加工时边缘模糊，图像有重影。现有的Q开关实际上是在体声光晶体上增加光纤耦合，并非严格的全光纤器件，长期工作状态下，耦合光纤与晶体连接处容易老化，声光Q开关的长期稳定性仍需改进。MOPA结构的纳秒脉冲激光器具有脉冲宽度和重复频率可调谐，脉冲形状可控，参数可调范围大等优点，但由于半导体种子源的输出功率小，一般需采用多个放大器级联的结构，成本高，系统相对复杂。在多级放大过程中，容易产生放大的自发辐射噪声，造成直流光背景，劣化脉冲对比度，引起脉冲变形。同时，光纤中一些与长度相关的非线性效应，如受激拉曼散射，也随光纤链路的增加而增强，严重时甚至烧坏光纤。因此，有必要解决如上问题。本发明克服了上述技术的不足，提供了一种高脉冲对比度的纳秒光纤激光器，通过光纤光栅、增益光纤、光纤环形镜顺次连接形成激光谐振腔，通过改变光纤环形镜光纤圈偏振状态，获得输出比灵活可调、脉冲宽度可变的谐振腔，实现高脉冲对比度的纳秒激光输出，其具有结构紧凑，时域拖尾小，长期稳定性好的优点。为实现上述目的，本发明采用了下列技术方案:一种高脉冲对比度的纳秒光纤激光器，包括有泵浦激光器2，与泵浦激光器2相连接的用于驱动泵浦激光器2输出所需泵浦光的脉冲调制电路1，低反射率的光纤光栅4，用于产生激光增益所需的粒子数反转的增益光纤5，以及具有饱和吸收效应用于抑制脉冲后沿拖尾的光纤环形镜6，所述光纤光栅4通过增益光纤5与光纤环形镜6连接形成激光谐振腔，激光谐振腔上还设有用于将泵浦激光器2的泵浦光耦合注入激光谐振腔的合束器3，所述合束器3上设有一合束端、一泵浦光输入端和一信号入射端,所述泵浦激光器2输出端与合束器3泵浦光输入端连接。作为优化实施方案，所述合束器3设置在光纤光栅4远离光纤环形镜6的一端,合束器3的合束端与光纤光栅4连接,合束器3的信号入射端作为纳秒脉冲输出端。作为优化实施方案，所述合束器3设置在光纤光栅4与增益光纤5之间,合束器3的合束端与增益光纤5连接，合束器3的信号入射端与光纤光栅4连接，光纤光栅4另一端作为纳秒脉冲输出端。作为优化实施方案，所述增益光纤5与光纤环形镜6之间还设有用于耦合输出的光纤I禹合器9,所述光纤I禹合器9上设有一输入端、一高I禹合比输出端和一低I禹合比输出端，光纤稱合器9的输入端与光纤环形镜6连接,光纤稱合器9的高稱合比输出端与增益光纤5连接,光纤I禹合器9的低I禹合比输出端作为纳秒脉冲输出端。作为优化，所述光纤环形镜6采用定向光纤耦合器，所述光纤耦合器两输出端口连接在一起形成光纤环形镜6的环路部分。作为优化，在光纤环形镜6的环路部分还设有用于增加腔内非线性效应强度的光纤7和用于改变腔内的偏振状态来改变输出脉冲的脉冲宽度和功率的偏振控制器8。如上所述的泵浦激光器2为半导体激光器。如上所述的合束器3为波分复用器或高功率合束器。如上所述的增益光纤5为掺稀土元素离子的单模或者双包层增益光纤。与现有技术相比，本发明的有益效果是:1、光纤环形镜为全光纤器件，插入损耗小，性能可靠。2、微秒量级泵浦脉冲在增益光纤的增益调制效应，以及光纤环形镜饱和吸收效应的共同作用，获得脉宽更窄、阈值更低、对比度更高的纳秒脉冲。3、光纤圈内传播方向相反的两束光波在光纤环形镜输出端口发生干涉作用,脉冲下降沿更陡峭，时域拖尾小。4、改变光纤耦合器的耦合比，或者改变环形镜的光纤圈偏振状态，光纤环形镜的反射和透射率、光纤环形镜的开关时间等随之改变，能获得输出比灵活可调，脉冲宽度可变的谐振腔。
图1是本发明的实施例1结构原理图。图2是本发明的实施例2结构原理图。图3是本发明的实施例3结构原理图。以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解:实施例1:如图1所示，一种高脉冲对比度的纳秒光纤激光器，包括有脉冲调制电路1，泵浦激光器2,合束器3,光纤光栅4,增益光纤5及光纤环形镜6。所述泵浦激光器2为半导体激光器，中心波长与增益光纤5的吸收谱线对应。所述合束器3为波分复用器或高功率合束器。所述增益光纤5为掺稀土元素离子的单模或者双包层增益光纤。所述光纤环形镜6包含一个定向光纤I禹合器和由该I禹合器两输出端口连接在一起形成的一个光纤圈环路部分，耦合器为分光比任意的拉锥型全光纤器件。
光纤环形镜6中沿光纤圈环路部分以顺时针方向和逆时针方向传播的激光在输出端口相互干涉，改变定向光纤耦合器的分束比，可改变透射光和反射光的功率大小。光纤环形镜6结构紧凑、性能可靠、易与光纤连接，等效于输出比可调的激光器谐振腔反射镜。非线性光纤环形镜等效于饱和吸收体，其响应速度快，应用于激光器能产生高脉冲对比度的激光。在脉冲调制电路I的驱动下，泵浦激光器2产生时域宽度微秒量级，中心波长与增益光纤5的吸收谱线对应的泵浦光，泵浦光经合束器3，透过光纤光栅4，耦合到增益光纤5，增益光纤5自调制产生小脉冲，通过光纤环形镜6的定向光纤耦合器进入光纤圈，进入光纤圈的光波被分成沿相反方向传输、强度有差异的两束光，这两束光在光纤中的光程相同，但由于光纤中自相位调制、交叉相位调制等非线性效应引起的非线性相移不同，两束光在定向光纤耦合器中产生相干干涉，等效于可饱和吸收镜。光波经光纤环形镜6反射后，经过增益光纤5，入射到光纤光栅4。采用反射率较低的光纤光栅4，部分激光从光纤光栅4透射，经过合束器3,从合束器3的信号入射端输出。光纤光栅4和光纤环形镜6等效于两个腔镜，形成激光谐振腔；增益光纤5在脉冲型泵浦光的作用下，其增益调制的效应等效于光开关，形成脉冲输出。采用具有饱和吸收效应的光纤环形镜6作为谐振腔的一个腔镜，能抑制脉冲后沿拖尾的产生，获得高脉冲对比度的纳秒脉冲。实施例2:如图2所示，一种高脉冲对比度的纳秒光纤激光器，包括有脉冲调制电路1，泵浦激光器2,合束器3,光纤光栅4,增益光纤5及光纤环形镜6。所述泵浦激光器2为半导体激光器，中心波长与增益光纤5增益介质吸收谱线对应。所述合束器3为波分复用器或高功率合束器。所述增益光纤5为掺稀土元素离子的单模或者双包层增益光纤。所述光纤环形镜6包含一个定向光纤I禹合器和由该I禹合器两输出端口连接在一起形成的一个光纤圈环路部分，耦合器为分光比任意的拉锥型全光纤器件。在脉冲调制电路I的驱动下，泵浦半激光器2产生时域宽度微秒量级，中心波长与增益光纤5增益介质吸收谱线对应的泵浦光，泵浦光经合束器3，耦合到增益光纤5，增益光纤自发辐射，产生小脉冲，通过光纤环形镜6上定向光纤耦合器进入到光纤圈，进入光纤圈的光波被分成沿相反方向传输、强度有差异的两束光。这两束光在光纤中的光程相同，但由于光纤中自相位调制、交叉相位调制等非线性效应引起的非线性相移不同，两束光在定向光纤耦合器中产生相干干涉，等效于非线性光开关。光波经光纤环形镜6反射后，先后经过增益光纤5、合束器3，入射到光纤光栅4。光纤光栅4和光纤环形镜6等效于两个腔镜，形成激光谐振腔；增益光纤5在脉冲型泵浦光的作用下，其增益调制的效应等效于光开关，形成脉冲输出。采用具有饱和吸收效应的光纤环形镜6作为谐振腔的一个腔镜，能抑制脉冲后沿拖尾的产生，获得高脉冲对比度的纳秒脉冲。实施例3:如图3所示，一种高脉冲对比度的纳秒光纤激光器，包括有脉冲调制电路1，泵浦激光器2,合束器3,光纤光栅4,增益光纤5,光纤环形镜6,光纤7,偏振控制器8,光纤f禹合器9。
所述泵浦激光器2为半导体激光器，中心波长与增益光纤5增益介质吸收谱线对应。所述合束器3为波分复用器或高功率合束器。所述增益光纤5为掺稀土元素离子的单模或者双包层增益光纤。所述光纤环形镜6包含一个定向光纤I禹合器和由该I禹合器两输出端口连接在一起形成的一个光纤圈环路部分，耦合器为分光比任意的拉锥型全光纤器件，光纤7和偏振控制器8设置在光纤圈环路部分，偏振控制器为手动或者电控型器件，改变腔内的偏振状态来改变输出脉冲的脉冲宽度和功率。在脉冲调制电路I的驱动下，泵浦激光器2产生时域宽度微秒量级，中心波长与增益光纤5增益介质吸收谱线对应的泵浦光，泵浦光经合束器3，耦合到增益光纤5，增益光纤5自发辐射，产生小脉冲，经过耦合器9，光纤环形镜6，进入到光纤圈环路部分，进入光纤圈的光波被分成沿相反方向传输、强度有差异的两束光。这两束光在光纤中的光程相同，但由于光纤中自相位调制、交叉相位调制等非线性效应引起的非线性相移不同，两束光在定向光纤耦合器中产生相干干涉，等效于非线性饱和吸收体。光纤圈内的光纤7起增加腔内非线性效应强度的作用，调节偏振控制器8，改变腔内的偏振状态，能调节光纤圈中沿顺时针和逆时针方向传播光的相位差，最终改变输出脉冲的脉冲宽度和功率。光波经光纤环形镜6反射，部分从耦合器9低耦合比的一端输出，另一部分经过耦合器9高耦合比的一端，再先后经过增益光纤5，合束器3的另一分束端，入射到光纤光栅4，被光纤光栅4反射。光纤光栅4和光纤环形镜6等效于两个腔镜，形成激光谐振腔；增益光纤5在脉冲型泵浦光的作用下，其增益调制的效应等效于光开关，形成脉冲输出。采用具有饱和吸收效应的光纤环形镜6作为谐振腔的一个腔镜，能抑制脉冲后沿拖尾的产生，获得高脉冲对比度的纳秒脉冲。如上所述，本发明保护的是一种高脉冲对比度的纳秒光纤激光器，光纤光栅4通过增益光纤5与光纤环形镜6连接形成激光谐振腔，通过改变光纤环形镜6光纤圈偏振状态，获得输出比灵活可调、脉冲宽度可变的谐振腔，实现高脉冲对比度的纳秒激光输出，其具有结构紧凑，时域拖尾小，长期稳定性好的优点。一切与本案结构相同或是本案具体实施方式
等同替换的技术方案都应示为落入本案的保护范围内。
权利要求
1.一种高脉冲对比度的纳秒光纤激光器，其特征在于:包括有泵浦激光器(2)，与泵浦激光器(2)相连接的用于驱动泵浦激光器(2)输出所需泵浦光的脉冲调制电路(1)，低反射率的光纤光栅(4)，用于产生激光增益所需的粒子数反转的增益光纤(5)，以及具有饱和吸收效应用于抑制脉冲后沿拖尾的光纤环形镜(6 )，所述光纤光栅(4 )通过增益光纤(5 )与光纤环形镜(6)连接形成激光谐振腔，激光谐振腔上还设有用于将泵浦激光器(2)的泵浦光率禹合注入激光谐振腔的合束器(3),所述合束器(3)上设有一合束端、一泵浦光输入端和一信号入射端，所述泵浦激光器(2 )输出端与合束器(3 )泵浦光输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种高脉冲对比度的纳秒光纤激光器，其特征在于所述合束器(3)设置在光纤光栅(4)远离光纤环形镜(6)的一端,合束器(3)的合束端与光纤光栅(4)连接，合束器(3)的信号入射端作为纳秒脉冲输出端。
3.根据权利要求1所述的一种高脉冲对比度的纳秒光纤激光器，其特征在于所述合束器(3 )设置在光纤光栅(4 )与增益光纤(5 )之间,合束器(3 )的合束端与增益光纤(5 )连接，合束器(3)的信号入射端与光纤光栅(4)连接,光纤光栅(4)另一端作为纳秒脉冲输出端。
4.根据权利要求1所述的一种高脉冲对比度的纳秒光纤激光器，其特征在于所述增益光纤(5)与光纤环形镜(6)之间还设有用于稱合输出的光纤稱合器(9),所述光纤稱合器(9)上设有一输入端、一高I禹合比输出端和一低I禹合比输出端,光纤I禹合器(9)的输入端与光纤环形镜(6)连接,光纤稱合器(9)的高稱合比输出端与增益光纤(5)连接,光纤稱合器(9)的低耦合比输出端作为纳秒脉冲输出端。
5.根据权利要求1所述的一种高脉冲对比度的纳秒光纤激光器，其特征在于所述光纤环形镜(6)米用定向光纤I禹合器,所述光纤I禹合器两输出端口连接在一起形成光纤环形镜(6)的环路部分。
6.根据权利要求5所述的一种高脉冲对比度的纳秒光纤激光器,其特征在于在光纤环形镜(6)的环路部分还设有用于增加腔内非线性效应强度的光纤(7)和用于改变腔内的偏振状态来改变输出脉冲的脉冲宽度和功率的偏振控制器(8 )。
7.根据权利要求1所述的一种高脉冲对比度的纳秒光纤激光器，其特征在于所述泵浦激光器(2)为半导体激光器。
8.根据权利要求1所述的一种高脉冲对比度的纳秒光纤激光器，其特征在于所述合束器(3)为波分复用器或高功率合束器。
9.根据权利要求1所述的一种高脉冲对比度的纳秒光纤激光器，其特征在于所述增益光纤(5)为掺稀土元素离子的单模或者双包层增益光纤。
全文摘要
本发明公开了一种高脉冲对比度的纳秒光纤激光器，包括泵浦激光器，合束器，增益光纤，光纤环形镜及光纤光栅，光纤环形镜中沿光纤圈以顺时针方向和逆时针方向传播的激光在输出端口相互干涉，改变耦合器的分束比，可改变透射光和反射光的功率大小，采用光纤环形镜与光纤光栅共同构成谐振腔，结构紧凑，稳定性好，开关速度快，脉冲对比度高，用于敏感材料的打标、雕刻等场合时无漏光，加工边缘清晰，效果更好。
文档编号H01S3/067GK103166094SQ20131005494
公开日2013年6月19日 申请日期2013年2月20日 优先权日2013年2月20日
发明者梁崇智, 曾和平, 杨康文 申请人:广东汉唐量子光电科技有限公司