CN202059040U - 一种线形腔被动调q光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
一种线形腔被动调Q光纤激光器，属于激光技术领域。本实用新型主要包括光纤光栅(1)泵浦源(2)、波分复用器(3)、增益光纤(4)、第一玻璃套管(5)、第一自聚焦透镜(6)、可饱和吸收体(7)、反射镜(8)、第二自聚焦透镜(9)、第二玻璃套管(10)。本实用新型采用可饱和吸收体对光纤激光器进行被动调Q，能得到较稳定、脉冲宽度较窄的纳秒脉冲。本实用新型把玻璃套管、自聚焦透镜和可饱和吸收体粘接到一起，构成一个小型的调Q元器件，实现了光纤激光器的全光纤化，减小了其他外界因素的干扰。与主动调Q方法相比，本实用新型进行被动调Q，有体积小、成本低、全光纤化、结构简单等优点，具有广泛的实用性和应用前景。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种线形腔被动调Q光纤激光器，属于激光技术领域。
背景技术
纳秒脉冲光纤激光器具有接近衍射极限的光束质量、高转换效率、高稳定性、小体积等优点，在工业加工、医疗、通信以及非线性光学等领域得到了广泛的应用。
在工业加工方面，现在普遍应用的加工工具是灯泵固体激光器，它的转换效率低，运转费用高、热稳定性差，光束质量不容易控制，对震动敏感，光学元件的任何微小扰动都可能导致系统性能不稳定，因此需要高水平的精密维护，维护费用极高。而高效激光器其光纤化的谐振腔对于震动不敏感，并且不需要腔镜的调节准直，有利于生产条件下保持系统的长期稳定；激光利用光纤传导输出，不仅具有高的光束质量，而且其输出臂更加灵活，不需移动激光器就能够到达需加工材料处；利用半导体激光器泵浦不需要更换泵浦灯，可以减少维护费用；特别是其平均输出功率已经能够适用工业领域的应用。因此，高功率的光纤激光器在激光雕刻、微加工、焊接、切割、激光打标等应用领域逐渐取代传统的加工工具，得到越来越多的应用。
在激光医疗方面，光纤激光器的功率可达到瓦量级，在激光美容、除斑、输通血管、缝合、气化、烧灼等应用非常广泛。
在光通讯方面，伴随着社会进步和经济全球化，信息量以级数增长，光通讯正不断向全光网络发展。高功率光纤激光器输出功率可以达到瓦量级，在光纤通讯领域起到了相当重要的作用。1064nm波长的光纤激光器可以作为掺Er光纤放大器(EDFA)的泵源。拉曼光纤放大器可以工作于光通信窗口的任意波长，利用高功率的光纤激光器作为拉曼光纤放大器的泵源，对光信号进行放大，可以有效满足光通信传输的需求。
在非线性光学频率转换研究领域，泵源的光束质量以及非线性晶体的性能参数是影响非线性转换效率的主要因素。传统的固体激光器在高功率工作时，由于热透镜效应，输出的激光光束质量不易控制，使得非线性转换效率低下。高功率光纤激光器不需要对热现象进行特别处理，良好的散热特性和光纤本身特性使得在高功率工作情况下，能够获得较好光束质量的激光，可以作为非线性光学研究领域的优质泵源。
目前研究纳秒脉冲光纤激光器主要采用声光调制和半导体调制种子源两种方法。与被动调Q方法相比，上述两种方法有着系统的腔形结构很复杂，成本高，体积大，不易于实现全光纤化等不足。
实用新型内容
为解决脉冲宽度和重复频率不可调、脉冲串的时间抖动和振幅抖动较大、没有实现全光纤化、系统稳定性差等目前存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种新的技术途径，实现脉冲宽度和重复频率可调谐、脉冲串的时间抖动和振幅抖动很小、系统稳定的被动调Q纳秒脉冲光纤激光器，具有系统腔形简单、成本低、体积小、重量轻、散热好、全光纤化等优点。
为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
本实用新型包括光纤光栅、泵浦源、波分复用器、增益光纤、玻璃套管、自聚焦透镜、可饱和吸收体、反射镜。所述的线形腔被动调Q光纤激光器采用以下三种结构。
所述的第一种线形腔结构为：泵浦源的尾纤与波分复用器的输入端熔接，为波分复用器提供泵浦光，作为输入泵浦光；波分复用器的信号端与光纤光栅的一端连接，此光纤光栅的功能是调Q激光脉冲中心波长的选择，实现调Q激光器的稳定工作；光纤光栅的另一端输出调Q激光脉冲；波分复用器的输出端与增益光纤的一端连接，用于将泵浦源的泵浦激光输入增益光纤中产生激光增益，此增益光纤作为激光器的增益介质；增益光纤的另一端与第一玻璃套管一端内的光纤连接，第一玻璃套管的另一端面与第一自聚焦透镜的一端粘接，使激光经过第一玻璃套管进入第一自聚焦透镜，第一自聚焦透镜对激光进行准直和聚焦；第一自聚焦透镜的另一端粘接可饱和吸收体的一端，可饱和吸收体对激光进行调Q作用；可饱和吸收体的另一端粘接第二自聚焦透镜的一端，第二自聚焦透镜对激光进行又一次准直和聚焦；第二自聚焦透镜另一端与第二玻璃套管的一端粘接，使激光从第二玻璃套管输出；第二玻璃套管的另一端粘接反射镜，使激光反馈，反射镜与光纤光栅形成谐振腔两端的腔镜，以保证调Q纳秒脉冲光纤激光器的稳定工作。
所述的第二种线形腔结构为：泵浦源的尾纤与波分复用器的输入端熔接，为波分复用器提供泵浦光，作为输入泵浦光；波分复用器的信号端与光纤光栅的一端连接，此光纤光栅的功能是调Q激光脉冲中心波长的选择，实现调Q激光器的稳定工作；光纤光栅的另一端输出调Q激光脉冲；波分复用器的输出端与增益光纤的一端连接，用于将泵浦源的泵浦激光输入增益光纤中产生激光增益，此增益光纤作为激光器的增益介质；增益光纤的另一端与第一玻璃套管一端内的光纤连接，第一玻璃套管的另一端面与第一自聚焦透镜的一端粘接，使激光经过第一玻璃套管进入第一自聚焦透镜，第一自聚焦透镜对激光进行准直和聚焦；第一自聚焦透镜的另一端粘接可饱和吸收体的一端，可饱和吸收体对激光进行调Q作用；可饱和吸收体的另一端粘接第二自聚焦透镜的一端，对激光进行又一次准直和聚焦；第二自聚焦透镜另一端粘接反射镜，使激光反馈，反射镜与光纤光栅形成谐振腔两端的腔镜，以保证调Q纳秒脉冲光纤激光器的稳定工作。
所述的第三种线形腔结构为：泵浦源的尾纤与波分复用器的输入端熔接，为波分复用器提供泵浦光，作为输入泵浦光；波分复用器的信号端与光纤光栅的一端连接，此光纤光栅的功能是调Q激光脉冲中心波长的选择，实现调Q激光器的稳定工作；光纤光栅的另一端输出调Q激光脉冲；波分复用器的输出端与增益光纤的一端连接，用于将泵浦源的泵浦激光输入增益光纤中产生激光增益，此增益光纤作为激光器的增益介质；增益光纤的另一端与第一玻璃套管一端内的光纤连接，第一玻璃套管的另一端面与第一自聚焦透镜的一端粘接，使激光经过第一玻璃套管进入第一自聚焦透镜，第一自聚焦透镜对激光进行准直和聚焦；第一自聚焦透镜的另一端粘接可饱和吸收体的一端，可饱和吸收体对激光进行调Q作用；可饱和吸收体的另一端粘接反射镜，使激光反馈，反射镜与光纤光栅形成谐振腔两端的腔镜，以保证调Q纳秒脉冲光纤激光器的稳定工作。
所述的泵浦源为半导体激光器、固体激光器、气体激光器、光纤激光器或拉曼激光器；所述的增益光纤为掺杂光纤或光子晶体光纤；所述的光纤光栅和反射镜，反射率大于50％。
所述的第一自聚焦透镜和第二自聚焦透镜，应用波长λ的范围为：100nm≤λ≤10000nm，截距Z的范围为：0P≤Z≤1P，端面镀膜选用单面镀膜、双面镀膜和不镀膜三种之一，端面角度0°≤θ≤10°任选。
所述的可饱和吸收体，选用Cr:YAG可饱和吸收体，可饱和吸收体厚度d的范围为：0mm≤d≤5mm，透过率T0的范围为：10％≤T0≤99％。
与现有技术相比，本实用新型具有以下几方面明显的优点：
1、本实用新型把玻璃套管、自聚焦透镜、可饱和吸收体粘接到一起，构成一个小的调Q元器件，实现了光纤调Q的一体化。该小型调Q元器件端面内的光纤可直接熔入光纤激光器中，实现了光纤激光器的全光纤化，并减少了外界因素对被动调Q的影响。
2、在线形腔被动调Q光纤激光器中，采用光纤光栅与另一端的反射镜形成谐振腔，从而有效的减少了被动调Q光纤激光器普遍存在的抖动问题，得到稳定的、高重频、窄脉宽纳秒激光脉冲输出，整个激光腔体更为稳定、更为实用化、并实现了脉冲宽度和重复频率的可调谐。
3、本实用新型采用可饱和吸收体对光纤激光器进行被动调Q，具有体积小，重量轻、成本低、散热好等优点。在激光加工、激光医疗、军事等领域有广泛的应用前景。
附图说明
图1为实施例1提供的线形腔被动调Q光纤激光器第一种结构示意图；
图2为实施例2提供的线形腔被动调Q光纤激光器第二种结构示意图；
图3为实施例3提供的线形腔被动调Q光纤激光器第三种结构示意图；
图中：1、光纤光栅，2、泵浦源，3、波分复用器，4、增益光纤，5、第一玻璃套管，6、第一自聚焦透镜，7、Cr:YAG可饱和吸收体，8、反射镜，9、第二自聚焦透镜，10、第二玻璃套管。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述，但不仅限于以下几种实施例：
实施例1
第一种线形腔被动调Q光纤激光器如图1所示。图1中，1为光纤光栅，光纤光栅的中心波长为1064nm，反射率80％；2为泵浦源，选用最大承受功率10W，中心波长976nm的半导体激光二极管；3为波分复用器，型号为(2+1)的泵浦光波分复用器；4为增益光纤，选用3m长的双包层掺镱光纤；5和10分别为第一玻璃套管和第二玻璃套管，光纤插入玻璃套管内，使激光通过玻璃套管；6和9分别为第一自聚焦透镜和第二自聚焦透镜，该自聚焦透镜的截距Z＝0.5P，选用双面镀膜，两个端面都为8°角，作用是对进入玻璃套管内的激光进行准直和聚焦；7为Cr:YAG可饱和吸收体，它的直径
厚度1＝1.32mm，透过率T0＝47％，作用是对光纤激光器进行调Q；8为反射镜，选用反射率为99％的反射镜，与光纤光栅构成谐振腔的腔镜，以保证激光器的稳定运转。
其中，半导体激光二极管976nm波长的泵浦激光，通过(2+1)波分复用器耦合进3m长的增益光纤产生激光增益。产生的激光通过第一玻璃套管一端内的光纤耦合进第一自聚焦透镜，第一自聚焦透镜进行准直和聚焦，Cr:YAG可饱和吸收体作为调Q晶体，置于第一自聚焦透镜和第二自聚焦透镜之间，对光纤激光器进行调Q，得到纳秒脉冲激光。激光最后经由第二自聚焦透镜被准直和聚焦，并被反射率为99％的反射镜反射回来。(2+1)波分复用器的信号端与反射率为80％的光纤光栅一端连接，使80％的激光保留在腔内，光纤光栅与反射镜构成谐振腔，产生激光振荡，光纤光栅的另一端为输出端，输出纳秒脉冲激光。该线形腔的总腔长约为7m。该实施例1在泵浦功率3.581W的条件下，得到输出功率50.43mW，重复频率30KHz，脉冲宽度180ns的脉冲串，目前现有技术脉冲串的时间抖动都大于10％，而上述实施例1脉冲串的时间抖动和振幅抖动小于10％，从而较好地提高了系统的稳定性。
实施例2
第二种线形腔被动调Q光纤激光器如图2所示。图2中，1为光纤光栅，光纤光栅的中心波长为1064nm，反射率80％；2为泵浦源，选用最大承受功率10W，中心波长976nm的半导体激光二极管；3为波分复用器，型号为(2+1)的泵浦光波分复用器；4为增益光纤，选用3m长的双包层掺镱光纤；5为第一玻璃套管，光纤插入第一玻璃套管内，使激光通过第一玻璃套管；6和9分别为第一自聚焦透镜和第二自聚焦透镜，该自聚焦透镜的截距Z＝0.5P，选用双面镀膜，两个端面都为8°角，作用是对进入玻璃套管内的激光进行准直和聚焦；7为Cr:YAG可饱和吸收体，它的直径
厚度1＝0.8mm，透过率T0＝58.6％，作用是对光纤激光器进行调Q；8为反射镜，选用反射率为99％的反射镜，与光纤光栅构成谐振腔的腔镜，以保证激光器的稳定运转。
其中，半导体激光二极管976nm波长的泵浦激光，通过(2+1)波分复用器耦合进3m长的增益光纤产生激光增益。产生的激光通过第一玻璃套管内的光纤耦合进第一自聚焦透镜，第一自聚焦透镜对激光进行准直和聚焦，Cr:YAG可饱和吸收体作为调Q晶体，置于第一自聚焦透镜和第二自聚焦透镜之间，对光纤激光器进行调Q，得到纳秒脉冲激光。激光最后经由第二自聚焦透镜被准直和聚焦，并被反射率为99％的反射镜反射回来。(2+1)波分复用器的信号端与反射率为80％的光纤光栅一端连接，使80％的激光保留在腔内，光纤光栅与反射镜构成谐振腔，产生激光振荡，光纤光栅的另一端输出纳秒脉冲激光。该线形腔的总腔长约为7m。该实施例2在泵浦功率3.581W的条件下，得到输出功率60.81mW，重复频率30.3KHz，脉冲宽度156ns的脉冲串，目前现有技术脉冲串的时间抖动都大于10％，而上述实施例2脉冲串的时间抖动和振幅抖动小于10％，从而较好地提高了系统的稳定性。
实施例3
第三种线形腔被动调Q光纤激光器如图3所示。图3中，1为光纤光栅，光纤光栅的中心波长为1064nm，反射率80％；2为泵浦源，选用最大承受功率10W，中心波长976nm的半导体激光二极管；3为波分复用器，型号为(2+1)的泵浦光波分复用器；4为增益光纤，选用3m长的掺镱光纤；5为第一玻璃套管，光纤插入第一玻璃套管内，使激光通过玻璃套管；6为第一自聚焦透镜，该自聚焦透镜的截距Z＝0.5P，选用双面镀膜，两个端面都为8°角，作用是对进入玻璃套管内的激光进行准直和聚焦；7为Cr:YAG可饱和吸收体，它的直径
厚度1＝1.3mm，透过率T0＝56.93％，作用是对光纤激光器进行调Q；8为反射镜，选用反射率为99％的反射镜，与光纤光栅构成谐振腔的腔镜，以保证激光器的稳定运转。
其中，半导体激光二极管976nm波长的泵浦激光，通过(2+1)波分复用器耦合进3m长的增益光纤产生激光增益。产生的激光通过第一玻璃套管内的光纤耦合进第一自聚焦透镜，第一自聚焦透镜对激光进行准直和聚焦，Cr：YAG可饱和吸收体作为调Q晶体，对光纤激光器进行调Q，得到纳秒脉冲激光。激光最后被反射率为99％的反射镜反射回来。(2+1)波分复用器的信号端与反射率为80％的光纤光栅一端连接，使80％的激光保留在腔内，光纤光栅与反射镜构成谐振腔，产生激光振荡，光纤光栅的另一端为输出端，输出纳秒脉冲激光。该线形腔的总腔长约为7m。该实施例3在泵浦功率3.581W的条件下，得到输出功率67.39mW，重复频率31.3KHz，脉冲宽度161ns的脉冲串，目前现有技术脉冲串的时间抖动都大于10％，而上述实施例3脉冲串的时间抖动和振幅抖动小于10％，从而较好地提高了系统的稳定性。
Claims (4)
1.一种线形腔被动调Q光纤激光器，其特征在于：包括光纤光栅(1)、泵浦源(2)、波分复用器(3)、增益光纤(4)、第一玻璃套管(5)、第一自聚焦透镜(6)、可饱和吸收体(7)、反射镜(8)，所述的线形腔被动调Q光纤激光器可采用三种腔形结构；
所述的第一种线形腔结构还包括第二自聚焦透镜(9)和第二玻璃套管(10)，其具体结构为：一个泵浦源(2)的尾纤与波分复用器(3)的输入端熔接，波分复用器(3)的信号端与光纤光栅(1)的一端熔接，光纤光栅(1)的另一端输出激光，波分复用器(3)的输出端与增益光纤(4)的一端熔接，增益光纤(4)的另一端与第一玻璃套管(5)一端内的光纤熔接，第一玻璃套管(5)的另一端粘接第一自聚焦透镜(6)的一端，第一自聚焦透镜(6)的另一端粘接可饱和吸收体(7)的一端，可饱和吸收体(7)的另一端粘接第二自聚焦透镜(9)的一端，第二自聚焦透镜(9)的另一端粘接第二玻璃套管(10)的一端，第二玻璃套管(10)的另一端粘接反射镜(8)，从而构成线形腔；
所述的第二种线形腔结构还包括第二自聚焦透镜(9)，其具体结构为：一个泵浦源(2)的尾纤与波分复用器(3)的输入端熔接，波分复用器(3)的信号端与光纤光栅(1)的一端熔接，光纤光栅(1)的另一端输出激光，波分复用器(3)的输出端与增益光纤(4)的一端熔接，增益光纤(4)的另一端与第一玻璃套管(5)一端内的光纤熔接，第一玻璃套管(5)的另一端粘接第一自聚焦透镜(6)的一端，第一自聚焦透镜(6)的另一端粘接可饱和吸收体(7)的一端，可饱和吸收体(7)的另一端粘接第二自聚焦透镜(9)的一端，第二自聚焦透镜(9)的另一端粘接反射镜(8)，从而构成线形腔；
所述的第三种线形腔结构为：一个泵浦源(2)的尾纤与波分复用器(3)的输入端熔接，波分复用器(3)的信号端与光纤光栅(1)的一端熔接，光纤光栅(1)的另一端输出激光，波分复用器(3)的输出端与增益光纤(4)的一端熔接，增益光纤(4)的另一端与第一玻璃套管(5)一端内的光纤熔接，第一玻璃套管(5)的另一端粘接第一自聚焦透镜(6)的一端，第一自聚焦透镜(6)的另一端粘接可饱和吸收体(7)的一端，可饱和吸收体(7)的另一端粘接反射镜(8)，从而构成线形腔。
2.根据权利要求1所述的一种线形腔被动调Q光纤激光器，其特征在于：所述的泵浦源(2)为半导体激光器、固体激光器、气体激光器、光纤激光器或拉曼激光器；所述的增益光纤(4)是掺杂光纤或光子晶体光纤；所述的光纤光栅(1)和反射镜(8)，反射率大于50％。
3.根据权利要求1所述的一种线形腔被动调Q光纤激光器，其特征在于：所述的第一自聚焦透镜(6)和第二自聚焦透镜(9)，应用波长λ的范围为：100nm≤λ≤10000nm，截距Z的范围为：0P≤Z≤1P，端面镀膜选用单面镀膜、双面镀膜和不镀膜三种之一，端面角度0°≤θ≤10°任选。
4.根据权利要求1所述的一种线形腔被动调Q光纤激光器，其特征在于：所述的可饱和吸收体(7)，选用Cr：YAG可饱和吸收体，可饱和吸收体厚度d的范围为：0mm≤d≤5mm，透过率T0的范围为：10％≤T0≤99％。
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