一种光纤紫外飞秒激光器的制作方法

1.本发明涉及激光器领域，尤其涉及一种光纤紫外飞秒激光器。


背景技术：

2.通过红外飞秒三倍频获得的光纤紫外飞秒激光对飞秒脉冲非常敏感，脉冲的宽度和底座的大小会极大的影响倍频效率。窄的脉宽和较小的底座的红外飞秒激光可以产生更高的倍频效率。光纤激光器的增益介质以及传输介质为光纤，光纤虽然放大效率高、散热性能好，但对于飞秒激光器来说，其模场小、高非线性、高高阶色散导致严重的光谱窄化效应，限制了输出脉冲的宽度和质量，使得光纤飞秒激光器难以获得高的倍频效率。


技术实现要素：

3.本发明旨在解决现有光纤飞秒激光器难以获得高的倍频效率的技术问题。
4.本发明提供一种光纤紫外飞秒激光器，包括：光纤飞秒种子源以及依次设置在所述光纤飞秒种子源激光光路方向上的一级光纤放大器、展宽模块、双折射平片滤波器、二级光纤放大器、三级光纤放大器、压缩模块和三倍频模块；所述展宽模块用于将所述一级光纤放大器输出的激光展宽为纳秒激光；所述双折射平片滤波器用于在所述纳秒激光的中心波长处调制出凹陷；所述压缩模块用于将所述三级光纤放大器输出的激光转化为飞秒激光；所述三倍频模块用于输出紫外飞秒激光。
5.进一步地，所述双折射平片滤波器包括依次设置的双折射晶体、第一半波片、线偏振片和第二半波片；通过调整所述双折射晶体的旋转角度调制出所述凹陷。
6.进一步地，所述双折射晶体的0度角位置镀设增透膜或布鲁斯特角位置不镀设增透膜。
7.进一步地，所述双折射晶体为α-bbo晶体或石英晶体。
8.进一步地，所述光纤紫外飞秒激光器还包括第一探测器、控制器、驱动机构和第二探测器；
9.所述驱动机构用于驱动所述双折射晶体绕其几何中心轴转动，从而调整所述双折射晶体的旋转角度；
10.所述第一探测器用于将所述三倍频模块输出的部分紫外飞秒激光转化为第一电信号；
11.所述第二探测器用于将所述二级光纤放大器输出的部分激光转化为第二电信号；
12.所述控制器用于根据所述第一电信号控制所述驱动机构驱动所述双折射晶体转动，使得所述第一电信号的变化幅度小于第一阈值，并用于根据所述第二电信号调整所述二级光纤放大器的泵浦电流，使得所述第二电信号的变化幅度小于第二阈值。
13.进一步地，所述光纤飞秒种子源为基于半导体可饱和吸收镜的被动锁模光纤激光器。
14.进一步地，所述一级光纤放大器、所述二级光纤放大器和所述三级光纤放大器的
增益介质均为掺镱保偏光纤。
15.进一步地，所述展宽模块为保偏啁啾布拉格衍射光栅。
16.进一步地，所述压缩模块包括依次设置的第一衍射光栅、第二衍射光栅和折返镜。
17.进一步地，所述倍频模块包括依次设置的二倍频晶体、三倍频晶体、谐波分离器和分光片。
18.本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明实施例中的光纤紫外飞秒激光器通过引入双折射平片滤波器，能够在中心波长附近调制出凹陷，使得光谱窄化效应得到缓解，光纤中的非线性联合高阶色散产生的高阶相位减小，飞秒激光脉冲的宽度和底座减小，提高了主脉冲占整个脉冲的比例，获得了高质量高能量的飞秒激光脉冲，从而提高了三倍频效率，增加了紫外飞秒激光的输出功率。
19.进一步地，通过设置第一探测器、控制器、驱动机构和第二探测器，对所述紫外飞秒激光的输出功率进行反馈控制，保证了所述紫外飞秒激光脉宽形状的稳定性，缩短了光纤紫外飞秒激光器功率稳定的时间，使其能更好的满足工业应用的需求。
附图说明
20.图1为本发明某一实施例中光纤紫外飞秒激光器的结构示意图；
21.图2为图1光纤紫外飞秒激光器中双折射晶体40的侧视图；
22.图3为本发明某一实施例中光纤飞秒紫外激光器输出的紫外飞秒激光的脉宽图(左)，及未引入双折射平片滤波器时输出的紫外飞秒激光的脉宽图(右)；
23.图4为本发明某一实施例中光纤飞秒紫外激光器未引入双折射平片滤波器时输出的紫外飞秒激光的脉宽图；
24.其中，1、光纤飞秒种子源；2、一级光纤放大器；3、展宽模块；4、双折射平片滤波器；40、双折射晶体；401、入射面；402、出射面；41、第一半波片；42、线偏振片；43、第二半波片；5、二级光纤放大器；6、三级光纤放大器；7、压缩模块；70、第一衍射光栅；71、第二衍射光栅；72、折返镜；8、三倍频模块；80、二倍频晶体；81、三倍频晶体；82、谐波分离器；83、分光片；9、第一探测器；10、控制器；11、第二探测器。
具体实施方式
25.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
26.请参考图1和图2，本实施例提供的一种光纤紫外飞秒激光器，包括：光纤飞秒种子源1以及依次设置在光纤飞秒种子源1激光光路方向上的一级光纤放大器2、展宽模块3、双折射平片滤波器4、二级光纤放大器5、三级光纤放大器6、压缩模块7和三倍频模块8；展宽模块3用于将一级光纤放大器2输出的激光展宽为纳秒激光；双折射平片滤波器4用于在所述纳秒激光的中心波长处调制出凹陷；压缩模块7用于将三级光纤放大器6输出的激光转化为飞秒激光；三倍频模块8用于输出紫外飞秒激光。
27.具体地，在本实施例中，光纤飞秒种子源1为基于半导体可饱和吸收镜的被动锁模光纤激光器，中心波长1030nm，重复频率为1mhz，线宽为10nm；一级光纤放大器2为10/125的惨镱保偏光纤，长度为1.5m，将光纤飞秒种子源1输出的激光的功率放大至100mw；展宽模块
3为啁啾光纤布拉格光栅(cfbg)，将一级光纤放大器2输出的激光展宽至1ns；展宽后的激光经双折射平片滤波器4，在1030nm光谱附近被调制出一个凹陷；双折射平片滤波器4包括依次设置的双折射晶体40、第一半波片41、线偏振片42和第二半波片42；其中，双折射晶体40为单轴晶体，可以是α-bbo晶体或石英晶体；经展宽模块3展宽后的激光脉冲被设置为水平偏振态(p光)，双折射晶体40为薄的圆柱体状，两端的圆面分别为入射面401和出射面402，并分别镀设有1030nm增透膜，入射面401与出射面402之间的间距为双折射晶体40的厚度，双折射晶体40的轴向在圆面内；绕双折射晶体40的几何中心轴，旋转双折射晶体40，双折射晶体40的异常光(e光)和寻常光(o光)会产生不同的相位差；第一半波片41用于进一步精细调节o光和e光的相位差，不同相位的光在相同偏振态(线偏振片42的偏振方向)的相干叠加可以产生凹陷型光谱，该凹陷的宽度、深度及中心由双折射晶体40的轴向、厚度和折射率差决定；绕双折射晶体40的几何中心轴旋转双折射晶体40可以实现光谱的调制；需要说明的是，旋转双折射晶体40不会改变光路，也不会影响一级光纤放大器2和二级光纤放大器5之间的传输效率；线偏振片42为偏振分光棱镜，输出为p光；第二半波片42用于调整双折射平片滤波器4输出的激光的偏振态使其与二级光纤放大器5的偏振态相同；二级光纤放大器5为30/200的惨镱保偏光纤，且为光子晶体光纤，长度1.6m，将双折射平片滤波器4输出的激光的功率放大至3w；二级光纤放大器5输出的激光的功率经三级光纤放大器6放大至125w，三级光纤放大器6为40/200的惨镱保偏光纤，且为光子晶体光纤，长度2m；125w的1030nm红外光进入压缩模块7，输出功率为100w的飞秒激光，压缩效率为80％；其中，压缩模块7包括依次设置的第一衍射光栅70、第二衍射光栅71和折返镜72组成，第一衍射光栅70和第二衍射光栅71均为1740线，且衍射效率大于95％。
28.参考图3，引入双折射平片滤波器4，在中心波长附近调制出合适凹陷，光谱窄化效应得到缓解，光纤中的非线性联合高阶色散产生的高阶相位减小，飞秒脉宽变窄，底座变小，脉冲质量提升明显，产生更高的倍频效率。100w的飞秒激光进入三倍频模块8，输出功率为40w紫外飞秒激光，三倍频效率为40％，倍频效率大幅提升；其中，三倍频模块8包括依次设置的二倍频晶体80、三倍频晶体81、谐波分离器82和分光片83；二倍频晶体80和三倍频晶体81均为相位匹配的bbo晶体，用于产生高效率的三倍频效应，谐波分离器82用于提取出紫外飞秒激光。
29.参考图4，为未引入双折射平片滤波器4的光纤紫外飞秒激光器在运行时，温度和应力的变化容易导致模场以及非线性发生变化，改变高阶相位，导致光谱和脉宽发生变化，紫外飞秒功率波动明显。调试展宽模块3的温度以及压缩器中光栅对之间的距离改变色散不能补偿脉宽的变化，也不能使紫外飞秒功率稳定。
30.为了解决紫外飞秒激光功率不稳定的问题，本实施例中的光纤紫外飞秒激光器还包括第一探测器9、控制器10、驱动机构(图中未示出)和第二探测器11；所述驱动机构用于驱动双折射晶体40绕其几何中心轴转动，从而调整双折射晶体40的旋转角度；第一探测器9用于将三倍频模块8输出的部分紫外飞秒激光转化为第一电信号；第二探测器11用于将二级光纤放大器5输出的部分激光转化为第二电信号；控制器10用于根据所述第一电信号控制所述驱动机构驱动双折射晶体40转动，使得所述第一电信号的变化幅度小于第一阈值，并用于根据所述第二电信号调整二级光纤放大器5的泵浦电流，使得所述第二电信号的变化幅度小于第二阈值。
31.示例性地，在本实施例中，所述第一阈值和所述第二阈值均为0.5％。
32.通过分光片83将一部分紫外飞秒激光入射进第一探测器9，并转换为所述第一电信号；其中，所述第一电信号的大小与所述紫外飞秒激光的功率成正比；控制器10根据所述第一电信号控制所述驱动机构驱动双折射晶体40转动，以调整双折射晶体40的旋转角度，从而调制光谱，补偿温度和应力导致的光谱和脉宽变化，保证所述第一电信号变化幅度小于0.5％，实现反馈控制；另外，由于光谱的调制会导致双折射平片滤波器4的透过率变化，需要对二级光纤放大器5进行补偿。具体为，二级光纤放大器5输出的部分激光通过分束器进入第二探测器11，并转换为第二电信号，所述第二电信号的大小与二级放大器输出激光的功率成正比，控制器10根据所述第二电信号调整二级光纤放大器5的泵浦电流，使得第二电信号变化幅度小于0.5％，保证二级放大输出功率稳定，从而保证光纤飞秒紫外激光功率的稳定。
33.需要说明的是，所述驱动机构为现有技术，用于驱动双折射晶体40绕其轴向转动，以调节其旋转角度。
34.示例性地，在本实施例中，所述驱动机构为电动旋转台。
35.以上未涉及之处，适用于现有技术。
36.在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本技术请求保护的范围。
37.在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
38.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。