一种光纤光栅调q的脉冲光纤激光器的制造方法
【专利摘要】一种光纤光栅调Q的脉冲光纤激光器，包括：固定波长光纤光栅（101）、可调谐光纤光栅（102）、有源掺杂双包层光纤（103）、泵浦半导体激光器（104）、光纤泵浦光合束器（105）、泵浦驱动电路（106）、压电陶瓷或磁致伸缩驱动电路（107）、主控制电路（108）和接口电路（109）；其特征在于：所述的可调谐光纤光栅（102）上连接有外部驱动电路（107），在外部驱动电路（107）的作用下，可调谐光纤光栅（102）发生压缩或拉伸以改变其反射中心波长，与另一个固定波长光纤光栅（101）的波长重叠和失配；使得脉冲光纤激光器发出周期性的脉冲激光输出。本实用新型，实现了光学元件的全一维光纤化，减小了耦合损耗，提高了系统稳定性。
【专利说明】一种光纤光栅调Q的脉冲光纤激光器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种脉冲光纤激光器，特别涉及光纤光栅调Q的脉冲光纤激光器。
【背景技术】
[0002]在材料表面打标、雕刻、科学实验等领域中，脉冲激光器得到广泛的应用。其中调Q激光器由于器具结构简单、性能稳定、成本较低的优势，在脉冲激光器中得到大量的采用。但是美中不足的是，现有的调Q脉冲光纤激光器中的调Q元件，通常采用声光晶体材料，体积大，两端需要增加光学准直才能将光信号送入和送出光纤。如何用全光纤材料的调制器成为脉冲光纤激光器的一个难点。只有采用了全光纤的调制器作为脉冲激光器的调Q元件，才能实现脉冲光纤激光器的光路全光纤化，达到光学一维集成的效果，这将有效地提高光路的整体效率和系统稳定性。
【发明内容】
[0003]针对现有技术的不足，本发明提出一种光纤光栅调Q的脉冲光纤激光器，该激光器采用可调谐的光纤光栅作为调Q元件，实现脉冲光纤激光器的光路全光纤化，提高光路的简洁性和稳定性。
[0004]本发明采用的技术方案是:一种光纤光栅调Q的脉冲光纤激光器，包括:固定波长光纤光栅、可调谐光纤光栅、有源掺杂双包层光纤、泵浦半导体激光器、光纤泵浦光合束器、泵浦驱动电路、压电陶瓷或磁致伸缩驱动电路、主控制电路和接口电路；固定波长光纤光栅和可调谐光纤光栅形成光纤激光器的两个反射镜，可调谐光纤光栅封装在压电陶瓷或磁致伸缩材料上，其特征在于:所述的可调谐光纤光栅上连接有外部驱动电路，在外部驱动电路的作用下，可调谐光纤光栅发生压缩或拉伸以改变其反射中心波长，与另一个固定波长光纤光栅的波长重叠和失配；使得脉冲光纤激光器发出周期性的脉冲激光输出。
[0005]所述的可调谐光纤光栅相对压缩或拉伸量为光纤光栅总长的0.5?5%,相应地引起反射中心波长的变化量为0.5?5%。
[0006]所述的可调谐光纤光栅采用等周期光纤光栅在压电陶瓷、或者磁致伸缩材料上进行封装而形成。
[0007]所述的可调谐光纤光栅的中心波长与固定波长光纤光栅的中心波长重叠，激光腔的损耗最小，发生激射；可调谐光纤光栅的中心波长与固定波长光纤光栅的中心波长失配，激光腔的损耗增大，激射停止。
[0008]本发明的有益效果:通过封装在压电陶瓷或磁致伸缩材料上的光纤光栅，在外部驱动电路的作用下调谐其中心波长，致使这个可调谐光纤光栅的中心波长周期性地与另一个固定波长光纤光栅的波长重叠和失配，从而达到周期性脉冲的激光输出。本激光器结构实现了光学元件的全一维光纤化，减小了耦合损耗，提高了系统稳定性。
【专利附图】
【附图说明】[0009]图1是本发明的整体结构示意图。
[0010]图2是光纤光栅压应力(或拉应力释放状态)和拉应力作用下的变形情况。
[0011]图3是可调谐波长的光纤光栅与固定波长的光纤光栅的反射光谱曲线。
[0012]图4是磁致伸缩材料封装后的可调谐波长的光纤光栅。
[0013]图中:101固定波长光纤光栅、102可调谐光纤光栅、103有源掺杂光纤、104泵浦半导体激光器、105光纤合束器、106泵浦激光器驱动电路、107压电陶瓷或磁致伸缩材料的驱动电路、108主控制电路、109接口电路、102-a压应力状态下的光纤光栅、102_b张应力状态下的光纤光栅、301固定波长光纤光栅的反射光谱、302可调谐光纤光栅的反射光谱、303张应力状态下的反射光谱、102-1带有光纤光栅的光纤、102-2磁致伸缩材料管、102-3电流线圈、102-4光纤光栅。【具体实施方式】
[0014]由图1知，一种光纤光栅调Q的脉冲光纤激光器，由固定波长光纤光栅101、可调谐光纤光栅102、有源掺杂双包层光纤103、泵浦半导体激光器104、光纤泵浦光合束器105、光纤隔离器和准直器、泵浦驱动电路106、压电陶瓷或磁致伸缩驱动器107、主控制电路108和接口电路109组成，固定波长光纤光栅101和可调谐光纤光栅102形成光纤激光器的两个反射镜，可调谐光纤光栅102封装在压电陶瓷或磁致伸缩材料上，所述的可调谐光纤光栅102上连接有压电陶瓷或磁致伸缩驱动器107，压电陶瓷或磁致伸缩驱动器107压缩102-a或拉伸102-b可调谐光纤光栅102可改变可调谐光纤光栅102的反射中心波长，使光纤光栅102与另一个固定波长光纤光栅101的波长重叠和失配；使得脉冲光纤激光器发出周期性的脉冲激光输出。所述的可调谐光纤光栅102采用等周期光纤光栅在压电陶瓷、或者磁致伸缩材料上进行封装而形成。可调谐光纤光栅102的中心波长与固定波长光纤光栅101的中心波长重叠，激光腔的损耗最小，发生激射；可调谐光纤光栅102的中心波长与固定波长光纤光栅101的中心波长失配，激光腔的损耗增大，激射停止。
[0015]本实施例中，使用长度6?10米的10/130微米双包层Yb+掺杂双包层有源光纤103作为主光纤环，用一只中心波长1064纳米、中心反射率95%、带宽I?2纳米的固定波长光纤光栅101作为左侧反射镜。用另一只中心波长1064纳米，中心反射率30%、带宽I?2纳米的可调谐光纤光栅102作为右侧反射镜。固定波长光纤光栅101用普通方式封装，可调谐光纤光栅102封装固定在磁致伸缩材料管102-2中，磁致伸缩材料管外的电流线圈102-3由压电陶瓷或磁致伸缩材料的驱动电路107进行激励，使可调谐光纤光栅102发生周期性地伸缩。用多个波长915纳米的泵浦半导体激光器104熔接到光纤泵浦光合束器105上，光纤泵浦光合束器105再与固定波长光纤光栅101和有源掺杂光纤103熔接。
[0016]泵浦驱动电路106是恒电流源，它对半导体泵浦激光器提供所需电流，从而对其进行驱动。压电陶瓷或磁致伸缩材料的驱动电路107是脉冲电压发生器，它向压电陶瓷提供一定波形的脉冲电压，从而对其进行驱动，使其发生周期性的伸缩。主控制电路108是由微处理器组成的，它对整个系统的工作进行统一协调。保护电路是由检测和保护电路组成的，它实时地监控各个关键点的光反射强度，当超过临界点的时候，反馈给保护电路对系统实施保护。接口电路109是通信接口电路，它负责光纤激光器系统与上位机的通信，传输数据和指令。
[0017]由图2知，是光纤光栅压应力(或拉应力释放状态)和拉应力作用下的变形情况。当可调谐光纤光栅102在压电陶瓷或磁致伸缩驱动器107的作用下，发生拉伸102-b的时候，光纤光栅中相邻条纹的间距就变大了。这就导致光纤光栅的中心反射波长变长。反之，在压电陶瓷或磁致伸缩驱动器107的作用下，发生压缩102-a的时候，光纤光栅中相邻条纹的间距就变小了。这就导致光纤光栅的中心反射波长变小。这样周期性地拉伸和压缩光纤光栅，就能够使其中心波长发生周期性的调谐作用。可调谐光纤光栅102相对压缩或拉伸量为光纤光栅总长的0.5?5%,相应地引起反射中心波长的变化量为0.5?5%。如对于中心波长为I微米的激光输出，拉伸压缩引起的最大波长变化量为5?50纳米。
[0018]由图3所示。是可调谐波长的光纤光栅与固定波长的光纤光栅的反射光谱曲线。发生拉伸的时候，光纤光栅中相邻条纹的间距就变大了。这就导致光纤光栅的中心反射波长变长，实现了张应力状态下的反射光谱303，反之，发生压缩的时候，光纤光栅中相邻条纹的间距就变小了，这就导致光纤光栅的中心反射波长变小，可调谐光纤光栅的反射光谱302如图所示，这样周期性地拉伸和压缩光纤光栅，就能够使其中心波长发生周期性的调谐作用，与固定波长光纤光栅的反射光谱301产生重叠或失配。
[0019]本发明中，有左侧的固定波长光纤光栅101和右侧的可调谐光纤光栅102联合组成了激光器的谐振腔。右侧的光纤光栅因为经历周期性的波长变化，当其波长与左侧的光纤光栅波长重合的时候，激光器发生谐振，输出激光。输出激光脉冲的峰值大小、脉宽会受泵浦功率大小以及波长调谐速度和频率的影响。
[0020]由图4知，是磁致伸缩材料封装后的可调谐波长的光纤光栅。由带有光纤光栅的光纤102-1、磁致伸缩材料管102-2、电流线圈102-3和102-4光纤光栅组成。将带有光纤光栅的光纤102-1封装在磁致伸缩材料管102-2的内孔中，在周围的电流线圈102-3中通上电流，使得磁致伸缩材料上有轴向的磁场。在磁场的作用下，磁致伸缩材料会发生拉伸或收缩，这就引起光纤光栅的拉伸或收缩，从而改变了光纤光栅的中心反射波长。
[0021]本发明的核心是采用压电陶瓷或磁致伸缩材料进行光纤光栅的波长调节，使得光纤激光器发出周期性的脉冲激光输出。光纤光栅的封装形式可以根据本发明的精神做出不同形式的实施方案。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种光纤光栅调Q的脉冲光纤激光器，包括:固定波长光纤光栅(101)、可调谐光纤光栅(102)、有源掺杂双包层光纤(103)、泵浦半导体激光器(104)、光纤泵浦光合束器(105)、泵浦驱动电路(106)、压电陶瓷或磁致伸缩驱动电路(107)、主控制电路(108)和接口电路(109);固定波长光纤光栅(101)和可调谐光纤光栅(102)形成光纤激光器的两个反射镜，可调谐光纤光栅(102)封装在压电陶瓷或磁致伸缩材料上，其特征在于:所述的可调谐光纤光栅(102)上连接有外部驱动电路(107)，在外部驱动电路(107)的作用下，可调谐光纤光栅(102)发生压缩或拉伸以改变其反射中心波长，与另一个固定波长光纤光栅(101)的波长重叠和失配；使得脉冲光纤激光器发出周期性的脉冲激光输出。
2.根据权利要求1所述的一种光纤光栅调Q的脉冲光纤激光器，其特征在于:所述的可调谐光纤光栅(102)相对压缩或拉伸量为光纤光栅总长的0.5?5%,相应地引起其反射中心波长的变化量为0.5?5%。
3.根据权利要求1所述的一种光纤光栅调Q的脉冲光纤激光器，其特征在于:所述的可调谐光纤光栅(102)采用等周期光纤光栅在压电陶瓷、或者磁致伸缩材料上进行封装而成。
4.根据权利要求1所述的一种光纤光栅调Q的脉冲光纤激光器，其特征在于:所述的可调谐光纤光栅(102)的中心波长与固定波长光纤光栅(101)的中心波长重叠，激光腔的损耗最小，发生激射；可调谐光纤光栅(102)的中心波长与固定波长光纤光栅(101)的中心波长失配，激光腔的损耗增大，激射停止。
【文档编号】H01S3/067GK203387041SQ201320246806
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年5月8日 优先权日:2013年5月8日
【发明者】周胜, 李丰, 谈根林 申请人:江苏天元激光科技有限公司