脉冲种子源及具有该脉冲种子源的激光系统的制作方法

本发明涉及激光技术，更具体地，涉及一种脉冲种子源及具有该脉冲种子源的激光系统。

背景技术：

超快激光因具有极短的脉冲，极高的峰值功率，在其对物质互相作用时实现了真正意义上的激光冷加工，因此，超快激光技术也成为时下各国研究的热门，代表着当今激光技术的发展方向。其中，超快皮秒、飞秒种子源是超快激光器的关键部件，种子源的性能直接决定了激光器的可靠性和稳定性。

目前产业化的皮秒种子源，主要有三种获得皮秒级脉冲的方法：1、直接调制快速响应的半导体激光器；2、通过一些非线性晶体，使用非线性偏振旋转锁模效应实现皮秒脉冲输出；3、通过可饱和吸收材料作为光开关获得皮秒脉冲。

使用直接调制快速响应半导体激光器的方法获得的皮秒脉冲，脉冲宽度极限值一般在百皮秒，功率在几十到几百微瓦之间，无法作为超快激光器的种子源。目前工业市场上所用的超快激光器皮秒种子源，主要过一些非线性晶体，使用非线性偏振旋转锁模效应实现脉冲宽度在几十飞秒至几十皮秒脉冲输出，这种技术因为涉及到晶体材料，一般为全固态结构。而固体种子源由于其空间结构的特殊性，造成结构复杂，体积大，成本高，稳定性差，维护成本高昂等缺陷。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明提供了一种脉冲种子源及具有该脉冲种子源的激光系统，以解决现有技术中脉冲种子源结构复杂、稳定性差、维护成本高的技术问题。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，提供一种脉冲种子源，包括泵浦源、分光器、第一合束器、谐振腔组件和输出机构；所述泵浦源的输出端与所述分光器的输入端连接，所述分光器的第一输出端口与所述第一合束器的输入端口连接，所述第一合束器的第一输出端口与所述谐振腔组件的输入端口连接；所述分光器的第二输出端口和所述第一合束器的第二输出端口均与所述输出机构的输入端口连接；

所述谐振腔组件包括反射光栅、第一增益光纤和可饱和吸收体集成机构；所述反射光栅的一端口与所述第一合束器的第一输出端口连接，所述反射光栅的另一端口与所述第一增益光纤的一端口连接，所述第一增益光纤的另一端口与所述可饱和吸收体集成机构连接。

进一步地，所述可饱和吸收体集成机构包括可饱和吸收体；所述可饱和吸收体黏贴于所述可饱和吸收体集成机构的跳线端口，且所述可饱和吸收体的端面与投射到所述可饱和吸收体上的光路垂直。

进一步地，所述输出机构包括第二合束器和输出终端；所述分光器的第二输出端口和所述第一合束器的第二输出端口均所述第二合束器的输入端口连接；

所述第二合束器与所述输出终端之间设置第一隔离器，所述第一隔离器的输入端口与所述第二合束器的输出端口连接，所述第一隔离器的输出端口与所述输出终端连接。

进一步地，还包括第二增益光纤；所述第二增益光纤的一端口与所述第二合束器的输出端口连接，所述第二增益光纤的另一端口与所述第一隔离器的输入端口连接。

进一步地，还包括第二隔离器；所述第二隔离器的输入端口与所述第一合束器的第二输出端口连接，所述第二隔离器的输出端口与所述输出机构的输入端口连接。

进一步地，还包括第二增益光纤；所述第二增益光纤的一端口与所述第一合束器的第二输出端口连接，所述第二增益光纤的另一端口与所述输出机构的输入端口连接。

进一步地，还包括第二隔离器；所述第二隔离器的输入端口与所述第一合束器的第二输出端口连接，所述二隔离器的输出端口与所述第二增益光纤的一端口连接，所述第二增益光纤的另一端口与所述输出机构的输入端口连接。

根据本发明的另一个方面，还提供一种激光系统，包括上述脉冲种子源。

(三)有益效果

本申请提出的一种脉冲种子源及具有该脉冲种子源的激光系统，其有益效果主要如下：

通过将泵浦源发出的光信号分为两路，其中一路直接输出至第二合束器泵浦腿，另一路经谐振腔组件处理后再输出第二合束器信号腿，经放大后作为激光信号输出；并且，谐振腔组件中可饱和吸收体集成机构的可饱和吸收体黏贴在跳线端口，且使可饱和吸收体垂直设置于光路中，能够简化结构、提高脉冲种子源的稳定性；此外，通过两级增益光纤放大处理，经过两个隔离器隔离回光，能够进一步增强信号强度和稳定运行。采用本发明的脉冲种子源，能够用于提供功率稳定、脉冲宽度小于10ps的种子源激光。

附图说明

图1为根据本发明实施例的一种脉冲种子源的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的一种脉冲种子源的结构示意图；

图中，1-可饱和吸收体集成机构，2-第一增益光纤，3-反射光栅，4-第一合束器，5-第二隔离器，6-分光器，7-泵浦源，8-第二合束器，9-第一隔离器，10-输出终端，11-第二增益光纤。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”“第二”是为了清楚说明产品部件进行的编号，不代表任何实质性区别。术语“前”“后”均以常规对产品结构认知为准。“上一个”“后一个”是基于排列顺序而描述。“上”“下”均以附图所示方向为准。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。

参见图1所示，本实施例提供一种脉冲种子源，包括泵浦源7、分光器6、第一合束器4、谐振腔组件和输出机构；泵浦源7的输出端与分光器6的输入端连接，分光器6的第一输出端口与第一合束器4的输入端口连接，第一合束器4的第一输出端口与谐振腔组件的输入端口连接；分光器6的第二输出端口和第一合束器4的第二输出端口均与输出机构的输入端口连接；

谐振腔组件包括反射光栅3、第一增益光纤2和可饱和吸收体集成机构1；反射光栅3的一端口与第一合束器4的第一输出端口连接，反射光栅3的另一端口与第一增益光纤2的一端口连接，第一增益光纤2的另一端口与可饱和吸收体集成机构1连接。

其中，泵浦源7可采用半导体泵浦激光器。泵浦源7的生成的光源进入到分光器6，由分光器6分成两路光信号：第一路光信号和第二路光信号。分束器的分光比可根据实际调整，例如其分光比可为3:7。第一路光信号经由第一合束器4的第一输出端口进入到谐振腔组件，经由谐振腔组件信号放大处理和频率调整后，再经第一合束器4的第二输出端口进入到输出机构。其中，第一合束器4可采用波分复用器或(2+1)*1保偏合束器。分束器可采用保偏分束器。

其中，谐振腔组件包括反射光栅3、第一增益光纤2和可饱和吸收体集成机构1。第一路光信号进入到第一合束器4，并经第一合束器4传播至反射光栅3，再经反射光栅3反射后传播至第一增益光纤2。第一路光信号经第一增益光纤2放大后，投射到可饱和吸收体集成机构1。投射到可饱和吸收体集成机构1的光信号经全反射后，再依次经第一增益光纤2、反射光栅3传播至第一合束器4，并由第一合束器4的第二输出端口输出至输出机构。同时，第二光信号由分光器6的第二输出端口也进入到输出机构，两路光信号经由输出机构作为激光源输出。

可以理解的是，泵浦源7、分光器6、第一合束器4、谐振腔组件和输出机构之间均通过光纤熔接即可。

发射光栅、第一增益光纤2和可饱和吸收体集成机构1形成回型腔，第一光信号在回型腔内传播过程中，能够放大第一光信号的强度；并且，通过调整上述回型腔的腔长，能够更准确调整输出激光的频率。上述结构简单，构件少，易于维护。

在一个具体的实施例中，可饱和吸收体集成机构1包括可饱和吸收体；可饱和吸收体黏贴于可饱和吸收体集成机构1的跳线端口，且可饱和吸收体的端面与投射到可饱和吸收体上的光路垂直。在上述实施例的基础上，本实施例具体说明可饱和吸收体集成机构1的结构。

可饱和吸收体集成机构1可采用半导体可饱和吸收镜等器件。可饱和吸收体集成机构1的可饱和吸收体可采用sesam或石墨烯等半导体。将可饱和吸收体黏贴于跳线端口，能够避免空间光路的设计，其稳定性更高，也更易维护，且维护成本低。并且，采用可饱和吸收体黏贴于跳线端口的结构，也更便于脉冲种子源的全光纤熔接，能够进一步简化结构。同时，将可饱和吸收体垂直设置于光路中，利于第一光信号的全反射，提高锁模的脉冲功率。

在一个具体的实施例中，输出机构包括第二合束器8和输出终端10；分光器6的第二输出端口和第一合束器4的第二输出端口均第二合束器8的输入端口连接；

第二合束器8与输出终端10之间设置第一隔离器9，第一隔离器9的输入端口与第二合束器8的输出端口连接，第一隔离器9的输出端口与输出终端10连接。

在上述各实施例的基础上，本实施例具体说明输出机构的结构。在第二合束器8与输出终端10之间设置第一隔离器9，能够防止或减弱回光对脉冲种子源或激光系统的不利影响。其中，第二合束器8可具有两个输入端口，第一合束器4的第二输出端口与第二合束器8的一输入端口连接，分束器的第二输出端口与第二合束器8的另一输入端口连接。两路光信号进入第二合束器8合束后输出。

其中，第一合束器4、第二合束器8、第一隔离器9之间各自对应连接时，也可采用光纤熔接的方式连接。其中，第二合束器8也可为波分复用器或(2+1)*1保偏合束器。输出终端10可采用裸纤、跳线输出、准直输出等。

在一个具体的实施例中，还包括第二增益光纤11；第二增益光纤11的一端口与第二合束器8的输出端口连接，第二增益光纤11的另一端口与第一隔离器9的输入端口连接。在上述各实施例的基础上，本实施例具体说明第二增益光纤11的设置。

第二增益光纤11可设置在第二合束器8与第一隔离器9之间。可对光信号进行一步放大处理。第二增益光纤11与第一增益光纤2配合，可对光信号进行两级放大处理，便于增强输出激光的信号强度，提高输出功率。

在一个具体的实施例中，还包括第二隔离器5；第二隔离器5的输入端口与第一合束器的第二输出端口连接，第二隔离器5的输出端口与输出机构的输入端口连接。在上述各实施例的基础上，本实施例具体说明第二隔离器5的设置状态。在第一合束器4与输出机构之间设置第二隔离器5，其与第一隔离器9形成两级隔离，能够进一步对回光进行隔离，降低回光对脉冲种子源或激光系统的不利影响。其中，第二隔离器5的输出端口与输出机构的输入端口连接，可以使第二隔离器5与第二合束器8的一输入端口连接。

在一个具体的实施例中，参见图2所示，还包括第二增益光纤11；第二增益光纤11的一端口与第一合束器4的第二输出端口连接，第二增益光纤11的另一端口与输出机构的输入端口连接。在上述各实施例的基础上，本实施例具体说明第二增益光纤11的另一种设置形式。

第二增益光纤11设置于第一合束器4与输出机构之间，当输出机构包括第二合束器8时，第二增益光纤11的一端口与第一合束器4的第二输出端口连接，第二增益光纤11的另一端口与第二合束器8的一输入端口连接。

在一个具体的实施例中，还包括第二隔离器5；第二隔离器5的输入端口与第一合束器4的第二输出端口连接，第二隔离器的输出端口与第二增益光纤11的一端口连接，第二增益光纤11的另一端口与输出机构的输入端口连接。在上述各实施例的基础上，本实施例具体说明第二隔离器5另一种设置状态。当第二增益光纤11设置于第一合束器4和第二合束器8之间时，第二隔离器5的输出端口与第二增益光纤11的一端口连接，第二增益光纤11的另一端口与输出机构的输入端口连接。

具体地，第一增益光纤2和第二增益光纤11均可采用高掺镱单包层保偏光纤或高掺镱双包层保偏光纤。可以理解的是，上述各器件，例如第一隔离器9、第二隔离器5的规格参数可根据实际需要选取，例如第一隔离器9、第二隔离器5的最大通过功率等。

在一个具体的实施例中，还提供一种激光系统，该激光系统包括上述脉冲种子源。

本发明的脉冲种子源及具有该脉冲种子源的激光系统，通过将泵浦源发出的光信号分为两路，其中一路直接输出至第二合束器的一输入端口，也即第二合束器的泵浦腿，另一路经谐振腔组件处理后再输出至第二合束器的另一输入端口，也即第二合束器信号腿，经放大后作为激光信号输出；并且，谐振腔组件中可饱和吸收体集成机构的可饱和吸收体黏贴在跳线端口，且使可饱和吸收体垂直设置于光路中，能够简化结构、提高脉冲种子源的稳定性；此外，通过两级增益光纤放大处理，经过两个隔离器隔离回光，能够进一步增强信号强度和稳定运行。采用本发明的脉冲种子源，能够用于提供功率稳定、脉冲宽度小于10ps的种子源激光。

最后，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。