一种全光纤结构多波段可切换脉冲激光系统的制作方法

1.本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种全光纤结构多波段可切换脉冲激光系统。


背景技术：

2.自1960年第一台红宝石激光器问世以来，激光技术发展至今已经走过60多年。这六十年间，激光衍生出不同波段、不同工作机制、不同功率、不同载体，各类激光技术层出不穷、百花齐放，激光学科也早已发展成为一门科学与应用并重的学科。
3.在人们实际生活中，激光技术常常会面临不同的应用场景。例如，在定向能、工业加工领域，通常需要1μm波段的高能激光；在激光医疗领域，通常是1.5μm或2μm的激光在发挥作用；在生物成像方面，1.7μm的激光又大放异彩。
4.依据目前现有技术，1μm、1.5μm、2μm等不同波段的脉冲激光无法在同一套激光光路中实现自由切换输出。因此，在需求多波段脉冲激光的应用场景中，需要多套激光系统来获取不同波段的脉冲激光，导致整体应用成本较高、使用不便且携带困难。


技术实现要素：

5.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种全光纤结构多波段可切换脉冲激光系统，可以根据应用需求实现不同波段的脉冲激光输出。
6.本发明的技术方案是：一种全光纤结构多波段可切换脉冲激光系统，包括：泵浦源、波分复用器、掺稀土离子光纤、偏振相关隔离器、光纤连接器、偏振控制器、分光耦合器、出光端口；泵浦源通过波分复用器的第一输入端将泵浦光注入波分复用器，为整个系统提供能量；波分复用器将不同波段的激光进行耦合；掺稀土离子光纤与波分复用器的输出端连接，作为激光系统中的增益介质，并通过偏振相关隔离器与对应的掺稀土离子光纤相连接，确保激光在激光系统中单向传输；光纤连接器连接偏振相关隔离器的输出端和偏振控制器的输入端，通过光纤连接器根据实际需要接通相应波段光路；偏振控制器通过调整外设的部件来调整整个系统中的激光偏振态；分光耦合器将偏振控制器输出端与波分复用器的第二输入端相连，使整个系统形成回路，同时将部分激光通过输出端口导出腔外，进行测试或应用。
7.所述的泵浦源采用半导体激光泵浦或全光纤激光泵浦。
8.所述的掺稀土离子光纤采用所有可以应用于激光产生的掺稀土离子光纤。
9.所述掺稀土离子光纤包括掺镱yb、掺铒er、掺铥tm、掺钬ho或掺镨pr。
10.所述的偏振相关隔离器的工作波段应与相熔接的掺稀土离子光纤工作波段相匹配。
11.所述的光纤连接器采用能够将多路光在一根光纤中根据需要实现自由输出切换的器件，包括多端口法兰结构或主动式连接器或光开关。
12.所述多端口法兰中间端口为贯通端口，正面为前端激光输入端口，背面为后端激
光输出端口。
13.在前端激光输入端口周围分布有多个光纤跳线头放置端口，根据需要设置端口数量。
14.所述的偏振控制器采用能控制光路中激光偏振态的装置，包括三环型偏振控制器或圆柱型偏振控制器。
15.所述的分光耦合器为1
×
(1+n)结构型分光耦合器，包括一个输入端和(1+n)个输出端口，输出端口中的第一输出端与波分复用器的第二输入端进行熔接；其余n个输出端根据需要设置。
16.本发明的有益效果是：现有技术通常采用环形激光振荡腔结构，对某种增益介质进行泵浦，利用非线性偏振旋转效应来实现某个波段的脉冲激光输出。本发明采用了特殊光纤连接器，在同一套激光系统中集成多种增益介质，可以实现多波段脉冲激光在同一套激光系统中自由切换，与现有技术手段相比，可以有效降低使用成本和系统复杂程度。
17.同时，该发明中的特殊设计的多端口法兰，可以根据需要来进行端口布局设计，其特征在于，中间端口为贯通端口，正面为前端激光输入端口，背面为后端激光输出端口。此外，在正面激光输入端口周围分布有多个光纤跳线头放置端口，可以根据需要设置端口数量。大大提高了整套系统的灵活性，使得激光系统具备一定拓展潜力。
18.此外，该发明中偏振控制器(10)采用能控制光路中激光偏振态的装置，包括三环型偏振控制器或圆柱型偏振控制器。其中三环型偏振控制器可以调节三个环形结构来调节偏振态，圆柱形偏振器可以通过调节光纤压力和扭力来实现偏振态调节，与现有技术相比，调节偏振态的方法更加便捷有效。
附图说明
19.图1是本发明实施例中全光纤结构多波段可切换脉冲激光系统；
20.图2是本发明实施例中特殊设计的法兰结构正面示意图；
21.图3是本发明实施例中特殊设计的法兰结构背面示意图；
22.图4是本发明实施例中主动式光纤连接器示意图；
23.图5是本发明实施例中光开关示意图。
具体实施方式
24.下面将参照附图1-5更详细地描述本发明的示例性实施例。
25.本发明系统工作原理是基于掺杂不同稀土离子的光纤发光波段不同，结合特殊设计的光路与连接器，利用非线性偏振旋转的原理，在激光系统中可以实现不同波段的脉冲激光产生，并且可以根据实际使用需求进行波段切换。
26.本发明实施例的全光纤结构多波段可切换脉冲激光系统，包括：
27.泵浦源1，波分复用器2，掺稀土离子光纤3，掺稀土离子光纤4，掺稀土离子光纤5，偏振相关隔离器6，偏振相关隔离器7，偏振相关隔离器8，连接器9，偏振控制器10，分光耦合器11，出光端口12。
28.泵浦源1通过波分复用器的第一输入端将泵浦光注入波分复用器2，为整个系统提供能量；波分复用器2用于将不同波段的激光进行耦合；掺稀土离子光纤3、4、5为激光系统
中的增益介质；使用偏振相关隔离器6、7、8与对应的掺稀土离子光纤相连接，确保激光在激光系统中单向传输；光纤连接器9连接偏振相关隔离器的输出端和偏振控制器10的输入端；通过光纤连接器9可以根据实际需要接通相应波段光路；偏振控制器10通过调整外设的部件来调整整个系统中的激光偏振态；分光耦合器11将偏振控制器10输出端与波分复用器2的第二输入端相连，使整个系统形成回路，同时可以将部分激光通过输出端口12导出腔外，进行测试或应用。
29.本发明全光纤结构多波段可切换脉冲激光系统中的泵浦源1为半导体激光泵浦或全光纤激光泵浦或其他能提供能量的泵浦源。
30.本发明全光纤结构多波段可切换脉冲激光系统中的波分复用器2至少包括第一输入端、第二输入端以及根据实际需求设置的若干个输出端，输出端与掺稀土离子光纤直接熔接。
31.本发明全光纤结构多波段可切换脉冲激光系统中的掺稀土离子光纤3、4、5可以为掺镱(yb)、掺铒(er)、掺铥(tm)、掺钬(ho)和掺镨(pr)等所有可以应用于激光产生的掺稀土离子光纤，在实际使用中根据所需波段选择相应的增益光纤与波分复用器2的输出端进行熔接。
32.本发明全光纤结构多波段可切换脉冲激光系统中的偏振相关隔离器6、7、8的工作波段应与相熔接的掺稀土离子光纤工作波段相匹配。
33.本发明全光纤结构多波段可切换脉冲激光系统中的光纤连接器9可以为特殊设计的法兰结构，也可以为主动式光纤连接器件或光开关等其他能够将多路光在一根光纤中根据需要实现自由输出切换的器件。
34.本发明全光纤结构多波段可切换脉冲激光系统中的偏振控制器10为能控制光路中激光偏振态的装置，可以为三环型偏振控制器或圆柱型偏振控制器，通过调整偏振控制器外设部件的位置和压力来调节激光腔中激光的偏振态。
35.本发明全光纤结构多波段可切换脉冲激光系统中的分光耦合器11为1
×
(1+n)结构型分光耦合器，包括一个输入端和(1+n)个输出端口，输出端口中的第一输出端需要与波分复用器的第二输入端进行熔接。其余n个输出端可以根据需要设置，可以将激光系统中的脉冲激光导出腔外进行测试或应用。
36.在上述实施例的基础上，进一步提出各变型实施例，在此需要说明的是，为了使描述简要，在各变型实施例中仅描述与上述实施例的不同之处。
37.实施例1
38.如附图1中的所示，其中掺稀土离子光纤3、4、5可以为掺镱(yb)、掺铒(er)、掺铥(tm)稀土离子光纤。通过特殊设计的光纤法兰结构，如附图2、3所示，可以实现1μm、1.5μm、2μm的脉冲激光输出。具体步骤为：分别将掺镱(yb)、掺铒(er)、掺铥(tm)光纤熔接入对应的掺稀土离子光纤3、4、5的位置，并在其后熔接对应工作波段的偏振相关隔离器6、7、8。将偏振相关隔离器6、7、8的输出端分别与光纤跳线相连并插入附图2中的特殊设计的法兰盘91上的912、913、914。再使用一根跳线插入如附图3所示的特殊设计的法兰结构背面的915端口，起到导出激光的作用。再实际应用中，根据实际需求：需要1μm波段的脉冲激光，则将插在912端口的跳线拔出并插入911端口，使泵浦源1，波分复用器2，掺镱(yb)光纤3，偏振相关隔离器6，特殊设计的法兰结构91，偏振控制器10，分光耦合器11形成环形结构，再通过调节
偏振控制器，则可以在输出端12获得1μm波段的脉冲激光；需要1.5μm波段的脉冲激光，则将插在913端口的跳线拔出并插入911端口，使泵浦源1，波分复用器2，掺铒(er)光纤4，偏振相关隔离器7，特殊设计的法兰结构91，偏振控制器10，分光耦合器11形成环形结构，再通过调节偏振控制器，则可以在输出端12获得1.5μm波段的脉冲激光；需要2μm波段的脉冲激光，则将插在913端口的跳线拔出并插入911端口，使泵浦源1，波分复用器2，掺铥(tm)光纤5，偏振相关隔离器8，特殊设计的法兰结构91，偏振控制器10，分光耦合器11形成环形结构，再通过调节偏振控制器，则可以在输出端12获得2μm波段的脉冲激光。特殊设计的法兰盘91中，917、918、919为螺母固定孔。
39.实施例2：
40.如附图4所示，主动控制的光纤连接器92可以将输入端921、922、923与偏振相关隔离器6，偏振相关隔离器7，偏振相关隔离器8的输出端熔接。再通过传输线925使用主动控制器926可以来人为主动从输入端921、922、923中选择从输出端924输出的激光，从而使系统形成回路，产生激光振荡。再通过调整偏振控制器10，可以再输出端12得到相应波段的脉冲激光。
41.实施例3：
42.如附图5所示，光开关93可以将输入端931、932、933与偏振相关隔离器6，偏振相关隔离器7，偏振相关隔离器8的输出端熔接。可以通过控制光开关93输入端931、932、933的通断从而选择从输出端924输出的激光，使系统形成环形激光回路，在环形腔中产生激光振荡。再通过调整偏振控制器10，可以在输出端12得到相应波段的脉冲激光。
43.采用本发明实施例，可以通过使用较为紧凑的结构实现多波段脉冲激光的输出切换，大大提高了在不同场景下应用不同波段脉冲激光的便利性。
44.本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。