双波长互补结构激光脉冲产生装置及激光脉冲产生系统的制作方法

本申请涉及激光脉冲技术领域，具体是一种双波长互补结构激光脉冲产生装置及激光脉冲产生系统。

背景技术：

材料的精细加工需要快速控制激光脉冲的时间结构，会在激光输出端使用声光或者电光开关来实现调制。但这些器件的耐受功率一般在几十瓦，无法用在高平均功率的激光系统中。通常的做法是去开关激光振荡源或者前级放大器输出功率较小的地方，但对激光的调制必然引起主放大器的输入功率和时间结构发生改变，放大器就不能工作在以前的优化状态，而且通常精细加工场合都需要根据不同加工对象来调制开关激光，没有固定的调制模式或者特定的开关时间，主放大器根本就无法适应这种调整。

技术实现要素：

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本实用新型提供一种时间互补结构的双波长激光脉冲产生装置和激光脉冲产生系统。

第一方面，提供一种双波长互补结构激光脉冲产生装置，所述装置包括：

沿入射的宽光谱激光前进的方向依次设置有起偏器、电光晶体、检偏器、第一光学滤波器、第一光纤准直器和光纤耦合器，所述宽光谱激光由激光振荡源产生；

还包括控制支路，所述控制支路包括时序发生器和高压放大器，所述高压放大器与所述电光晶体连接，所述高压放大器放大所述时序发生器产生的时序信号；

所述检偏器与所述光纤耦合器之间还包括侧向光路，所述侧向光路包括第二光学滤波器和第二光纤准直器。

第二方面，提供一种双波长互补结构激光脉冲产生装置，所述装置包括：

沿入射的宽光谱激光前进的方向依次设置有起偏器、声光晶体、检偏器、第一光学滤波器、第一光纤准直器和光纤耦合器，所述宽光谱激光由激光振荡源产生；

还包括控制支路，所述控制支路包括时序发生器和射频放大器，所述射频放大器与所述声光晶体连接，所述射频放大器放大所述时序发生器产生的时序信号；

所述检偏器与所述光纤耦合器之间还包括侧向光路，所述侧向光路包括第二光学滤波器和第二光纤准直器。

第三方面，提供一种激光脉冲产生系统，所述系统包括本实用新型的各实施例所提供的双波长互补结构激光脉冲产生装置，所述系统还包括：主放大器和波长分离器。

根据本申请实施例提供的技术方案，通过光纤耦合器把两个光路的激光脉冲耦合到光纤光路里，复合成与入射的宽光谱激光具有相同的时间结构。且两路激光的激光波长互不相同，便于进行后续的激光放大，并在放大后依靠不同波长使用光学滤波方法分离，获得所需的激光脉冲。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出了根据本申请实施例的双波长互补结构激光脉冲产生装置的示例性结构框图；

图2示出了根据本申请实施例的双波长互补结构激光脉冲产生装置的另一示例性结构框图；

图3示出了根据本申请实施例的双波长互补结构激光脉冲产生装置的又一示例性结构框图；

图4示出了根据本申请实施例的激光脉冲时间结构变化的示例性示意图；

图5示出了根据本申请实施例的双波长互补结构激光脉冲产生装置的再一示例性结构框图；

图6示出了根据本申请实施例的激光脉冲产生系统的示例性结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

请参考图1，示出了根据本申请一实施例的双波长互补结构激光脉冲产生装置结构示意图。一种双波长互补结构激光脉冲产生装置包括：

沿入射的宽光谱激光前进的方向依次设置有起偏器14、电光晶体15、检偏器16、第一光学滤波器17、第一光纤准直器18和光纤耦合器21，所述宽光谱激光由激光振荡源10产生；

还包括控制支路(图中未标出)，所述控制支路包括时序发生器11 和高压放大器12，所述高压放大器12与所述电光晶体15连接，所述高压放大器12放大所述时序发生器11产生的时序信号；

所述检偏器16与所述光纤耦合器21之间还包括侧向光路(图中未标出)，所述侧向光路包括第二光学滤波器19和第二光纤准直器20。

本实用新型的双波长互补结构激光脉冲产生装置利用电光晶体的光学调制方法改变激光的偏振状态，并通过检偏器产生两路时间互补脉冲结构，

两路激光脉冲经过滤波器选取两种不同的波长，这些波长都在光放大器的平坦增益区，这两种波长具有了时间互补结构。

把两种波长耦合到光纤耦合器中，两种波长激光因为时间上互补，输出的脉冲结构与激光振荡源出射的脉冲结构相似。这样主放大器的输入功率和时间结构参数没有改变，使得激光脉冲产生系统的主放大器仍能稳定工作。这种结构可应用于宽光谱增益范围的激光放大器，如掺镱光纤放大器。

具体地，激光振荡源10为飞秒激光振荡源，用来产生宽光谱的激光脉冲：

控制支路，用来控制电光晶体产生激光脉冲结构，包括：

时序发生器11，来产生需要的脉冲结构，

高压放大器12，用来放大时序发生器产生的时序信号，从而驱动电光晶体。

起偏器14，对垂直方向偏振激光进行强化，增大偏振消光比；

电光晶体15，接受高压放大器时序控制的开关驱动，使得入射垂直偏振激光有高压时转成水平垂直方向，

检偏器16，分离通过电光晶体的激光脉冲，在垂直偏振时候激光通过侧向逃逸窗口，水平偏振时候前向通过。

起偏器14、电光晶体15和检偏器16形成光学调制支路，接受控制支路的控制，使激光偏振方向从垂直变成水平。

第一光学滤波器17和第一光纤准直器18形成前向光路，将前向激光脉冲转换成只包含一种波长的激光脉冲，并耦合进光纤；

侧向光路包含第二光学滤波器19和第二光纤准直器20，将前向激光脉冲转换成只包含另一种波长的激光脉冲，并耦合进光纤。

接着，请参考图2，示出了根据本申请实施例的双波长互补结构激光脉冲产生装置的另一示例性结构框图；

图2与图1的区别仅在于，激光振荡源10与起偏器14之间有半波片13。半波片13可用来调整振荡源出射的激光的偏振方向，如垂直方向。

接着，请参考图3和图4，其中图3示出了根据本申请实施例的双波长互补结构激光脉冲产生装置的又一示例性结构框图，图4示出了根据本申请实施例的激光脉冲时间结构变化的示例性示意图。

图3与图2的区别仅在于所述时序发生器与所述激光振荡源连接，以实现同步触发。提高了时序的有效控制。

下面结合图4具体描述脉冲产生装置，本实施例的脉冲产生装置包括飞秒激光振荡源10，时序发生器11，高压放大器12，半波片13，起偏器14，电光晶体15，检偏器16，第一光学滤波器17，第一光纤准直器18，第二光学滤波器19，第二光纤准直器20，光纤耦合器21。其中第一光学滤波器17为1030nm光学滤波器，第二光学滤波器19 为1040nm光学滤波器。飞秒激光振荡源10，用来产生宽光谱的激光脉冲，一般支持几十纳米的光谱范围，尤其覆盖1030-1040nm的增益区域。能产生图4中所示的激光脉冲301，其上是根据需要，时序发生器产生的控制波形101。

控制支路中，时序发生器11根据需要产生的时间结构，经过高压放大器12放大到几千伏，达到半波电压用来驱动电光晶体15。

光学调制支路中，半波片13，用来调整振荡源激光偏振方向为垂直方向；起偏器14，对垂直方向偏振激光进行强化，增大偏振消光比。

电光晶体15，接受高压放大器12时序的开关驱动，使得入射垂直偏振激光有高压时产生半波旋转变成水平垂直方向，

检偏器16，分离通过电光晶体的激光脉冲，在没有控制电压时候，激光保持垂直偏振，通过检偏器16的侧向逃逸窗口，经第二光学滤波器19的滤波后产生图4所示脉冲结构302，302其上方波为时序控制的波形101。此处标注该波形是为了表达控制时序跟被调制光脉冲302 之间的时间关系，并不表示侧向光路中的第二光学滤波器19受控于时序发生器11所产生的控制波形101。激光脉冲302的特点在于，在时序控制波形102的低电平区间有激光脉冲，而在高电平区域无激光脉冲。

当电光晶体15受到半波高压时，激光变成水平偏振，前向通过检偏器16和第一光学滤波器17后，获得激光脉冲结构如图4的303所示激光，其上方波为对应的时序控制波形101。此处标注该波形是为了表达控制时序跟被调制光脉冲303之间的时间关系，并不表示前向光路中的第一光学滤波器17受控于时序发生器11所产生的控制波形101。激光脉冲303的特点在于，在时序控制波形103的高电平区间有激光脉冲，而在低电平区域无激光脉冲。需要理解的是，可通过调节起偏器14、电光晶体15进而检偏器16，能够在前向光路上获得脉冲结构302，在侧向光路上获得脉冲结构303。

前向光路包含一个1030nm光学滤波器17和第一光纤准直器18，使得前向激光脉冲变成只含有1030nm波长，然后耦合进光纤。侧向光路包含一个1040nm光学滤波器19和第二光纤准直器20，将前向激光脉冲变成只含有1040nm波长，然后耦合进光纤。需要说明的是，第一光学滤波器17和第二光纤滤波器19所滤波的波长互不相同，以便在后续的处理中进行分离，获得所需的激光脉冲。

光纤耦合器21将上述两个光路的激光脉冲耦合到一个光纤光路里，该耦合器可使用保偏光纤用慢轴耦合，当然两个光路也可同时使用快轴耦合，目的是保证两个波长的激光经过耦合器输出偏振方向一致，适当控制并调整两个耦合光路的长度尽量相等，耦合输出脉冲结构如图4中的304所示。激光脉冲304的特点在于在时序控制波形的不同区间含有两种激光波长，便于在放大后依靠不同波长使用光学滤波方法可进行分离。可见，本实用新型用相近的另一波长填充激光关断部分，这样主放大器的输入功率和时间结构参数没有改变，使得激光的主放大器仍能稳定工作。这种结构尤其非常适合宽光谱增益范围的激光放大器，如掺镱光纤放大器。

请参考图5，示出了根据本申请实施例的双波长互补结构激光脉冲产生装置的再一示例性结构框图。本实用新型还提供一种双波长互补结构激光脉冲产生装置包括：

沿入射的宽光谱激光前进的方向依次设置有起偏器24、声光晶体25、检偏器26、第一光学滤波器27、第一光纤准直器28和光纤耦合器31，所述宽光谱激光由激光振荡源20产生；

还包括控制支路，所述控制支路包括时序发生器21和射频放大器22，所述射频放大器21与所述声光晶体25连接，所述射频放大器22放大所述时序发生器21产生的时序信号；

所述检偏器26与所述光纤耦合器31之间还包括侧向光路，所述侧向光路包括第二光学滤波器29和第二光纤准直器30。

图5与图1的双波长互补结构激光脉冲产生装置区别在于，采用了射频放大器控制声光晶体的方式。

同理，图5中的起偏器24与激光振荡源20之间还可以包括半波片，用于调节激光的偏振方向。时序发生器21与激光振荡源20连接，实现同步触发。

请参考图6，示出了根据本申请实施例的激光脉冲产生系统的示例性结构框图。本实用新型还包括一种激光脉冲产生系统，所述系统包括本实用新型的各实施例提供的双波长互补结构激光脉冲产生装置51，所述系统还包括：主放大器52和波长分离器53。波长分离器53为可分离不同波长激光的光学滤波装置。该双波长互补结构激光脉冲产生装置51输出的激光脉冲进入主放大器52后，两种波长都在放大器的平坦增益区域，因此都获得放大，再进入波长分离器23，根据不同波长使用光学滤波的方法分离，并保留需要的脉冲结构。其中，主放大器51可采用光纤放大器。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于) 具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。