专利名称：一种全光纤超短激光脉冲放大器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光纤高功率 激光放大器，特别是涉及一种采用短长度高镱掺杂浓度硅酸盐玻璃光纤的全光纤、超短激光脉冲、高平均功率(输出脉冲峰值激光功率大于10 kff)的光纤放大器,属于激光技术与光信息技术领域。
背景技术：
大能量(高平均功率)、具有皮秒飞秒脉冲宽度、脉冲峰值激光功率大于10 kW的全光纤超短脉冲激光光源由于其高效率、便携性、高可靠性和高稳定性在材料与仪器、器件的精密打标，激光精密微机械加工和生命科学与生物技术及测量等工业和科研领域有着十分广泛的应用。传统的超短脉冲激光光源通常采用固体激光增益介质如掺钛蓝宝石等，由于其比较低的效率、昂贵的造价、比较差的长期稳定性和可靠性，需要专业技术人员复杂的维护等因素限制，在工业等领域的大规模应用受到一定限制。而大能量、高平均功率、具有皮秒飞秒脉冲宽度的全光纤超短脉冲激光光源由于其高效率、便携式、高可靠性和高稳定为超短脉冲激光光源在工业等领域的大规模应用提供了一种可能性。现有的皮秒飞秒脉冲宽度的全光纤超短脉冲激光光源通常采用小能量(低功率)超短脉冲种子激光光源加脉冲光纤功率放大器放大的技术路线，由于超短脉冲高功率光纤放大器固有的非线性效应(如拉曼效应，自相位调制等)和放大光纤峰值破坏功率极限的限制，通常需要采用一些复杂的技术来降低放大的激光脉冲在光纤放大过程中的峰值功率。根据非线性光纤光学理论，光纤中非线性效应的强度与光纤的模场横截面成反比关系，而与光纤介质的长度成正比关系(参见G. P. Agrawal , Nonlinear Fiber Optics, Second Edition, 1995)。为了减小或降低非线性效应对超短激光脉冲光纤放大过程的影响，通常采用降低光脉冲放大过程中的光脉冲峰值功率(如时域展宽种子激光脉冲的啁啾脉冲放大即CPA技术)或在保持放大激光脉冲光束质量的前提下尽可能增大增益放大光纤的模场直径以减小增益光纤中的功率密度(如采用大模场掺杂稀土光纤，大模场掺杂稀土光子晶体光纤，棒状掺杂稀土光子晶体光纤等增益介质)，但由于掺杂浓度的限制，放大增益光纤介质需要比较长以获得足够的增益和输出功率，另外这些特种光纤的造价也比较昂贵。
发明内容本实用新型的发明目的是提供一种全光纤超短激光脉冲放大器，以克服高功率激光光纤放大过程中的非线性效应和光纤的破坏功率限制，同时得到足够的激光增益和脉冲峰值激光功率大于10 kff的输出。为达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案是一种全光纤超短激光脉冲放大器，包括超短脉冲种子信号源、光纤隔离器和至少一级光纤功率放大器，超短脉冲种子信号源的激光输出端与光纤隔离器的输入端光纤通过光纤熔接连接，光纤隔离器的输出端光纤与第一级光纤功率放大器的输入端光纤通过熔接连接，所述光纤功率放大器由泵浦激光模块和激光功率增益光纤连接构成，所述泵浦激光模块包括激光泵浦光源、泵浦/信号激光合束器，所述激光增益光纤为短长度高镱掺杂浓度的硅酸盐玻璃光纤，激光增益光纤长度小于等于0. 95米。上述技术方案中，种子激光可以是利用锁模技术产生超短激光脉冲的光纤激光器或固体激光器，也可以是利用电流脉冲直接调制相应波长半导体激光器产生的超短脉冲激光。种子激光器产生超短脉冲的种子激光脉冲作为后续高功率光纤放大器的种子激光，光纤隔离器用于阻挡后续高功率光纤放大器产生的背向反射光(如反射的信号光和背向放大自发辐射光)，以保护前级种子激光器，泵浦/信号激光光纤合束器将泵浦激光和种子激光信号耦合进同一根放大光纤，短长度高镱掺杂浓度硅酸盐玻璃光纤吸收泵浦激光在信号激光波长处产生激光增益。激光增益光纤采用镱(Yb3+)的掺杂浓度为大于2%到30% (按重量t匕)的硅酸盐玻璃光纤，可以是单模、大模场单模的保偏或非保偏的单包层、双包层、多包层光纤结构，产生的峰值激光功率大于10 kW。进一步的技术方案，设有两级所述光纤功率放大器，两级光纤功率放大器之间设有第二光纤隔离器。每一级光纤功率放大器分别由一泵浦激光模块和一激光功率增益光纤连接构成。上述技术方案中，所述超短脉冲种子信号源的激光脉冲宽度在皮秒到飞秒量级。一般采用在特定波长处如I. 03微米，I. 06微米等的激光脉冲。上述技术方案中，所述激光增益光纤长度为0. 05米 0. 95米。在上述技术方案中，高功率全光纤超短脉冲放大器可以根据种子激光功率的不同米用不同长度的高镱掺杂浓度娃酸盐玻璃光纤作为激光放大介质，根据不同输出功率(单脉冲能量)的要求采用多级光纤放大器结构，但总体构思均属于上述技术方案。具体可以采用的高功率全光纤超短脉冲放大器结构列举如下一个波长为I. 03微米或I. 06微米的超短脉冲种子激光器与一个光纤隔离器的输入端光纤通过光纤熔接连接，种子激光输出的激光脉冲作为高功率光纤放大器的输入种子激光脉冲，光纤隔离器用于阻挡后续高功率光纤放大器产生的背向反射光(如反射的信号光和背向放大自发辐射光)，以保护前级种子激光器；一个光纤耦合的半导体激光泵浦光源与泵浦/信号激光合束器的泵浦激光输入端光纤通过熔接连接，作为输入泵浦光，为高功率光纤放大器提供泵浦激光；光纤隔离器的输出端光纤与泵浦/信号激光合束器的信号激光输入端光纤通过熔接连接，作为高功率光纤放大器输入信号激光；一段短长度(长度小于0.95米，可以从0.05米到0.95米)高镱(Yb3+)掺杂浓度硅酸盐玻璃光纤的一端与泵浦/信号激光合束器的泵浦信号激光输出端光纤通过熔接连接，掺镱(Yb3+)稀土增益玻璃光纤吸收泵浦激光后产生信号激光波长的激光增益；短长度高镱(Yb3+)掺杂浓度硅酸盐玻璃光纤的另一端输出放大后的激光，或作为下一级高功率光纤放大器的输入种子激光。由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点I.本实用新型采用全光纤短长度高镱(Yb3+)掺杂浓度硅酸盐玻璃光纤作为放大介质，无需采用复杂的时域展宽种子激光脉冲的啁啾脉冲放大即CPA技术，使得整个高功率全光纤超短脉冲放大器的系统结构大为简化，可靠性和稳定性大大提高；[0018]2.高功率全光纤超短脉冲放大器系统造价更为低廉。由于系统在保持放大激光脉冲光束质量的前提下尽可能地使用短长度高镱(Yb3+)掺杂浓度硅酸盐玻璃光纤作为放大介质，没有采用通常的大模场掺杂稀土光纤，大模场掺杂稀土光子晶体光纤，棒状掺杂稀土光子晶体光纤等昂贵的增益介质，使得本专利高功率全光纤超短脉冲放大器系统造价更为低廉。
图I是本实用新型实施例一的全光纤超短激光脉冲放大器结构示意图。图2是本实用新型实施例二的全光纤超短激光脉冲放大器结构示意图。其中1、超短脉冲种子激光器；2、全光纤隔离器；3、全光纤隔离器的反馈激光阻挡器；4、全光纤隔离器的前向激光监视器；5、泵浦/信号合束器；601，602、泵浦激光器；7、激光增益光纤；8、第二级全光纤隔离器；9、第二级全光纤隔离器的反馈激光阻挡器；10、第二级全光纤隔离器的前向激光监视器；11、第二泵浦/信号合束器；121，122、第二级泵·浦激光器；13、第二级激光增益光纤。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述实施例一如图I所示，一个波长为I. 03微米或I. 06微米的超短脉冲种子激光器I输出的超短脉冲激光与一个全光纤隔离器2的输入端光纤通过光纤熔接连接，所述全光纤隔离器具有反馈激光阻挡器3和前向激光监视器4 ;种子激光I输出的激光脉冲作为高功率光纤放大器的输入种子激光脉冲，全光纤隔离器2用于阻挡后续高功率光纤放大器产生的背向反射光(如反射的信号光和背向放大自发福射光)，以保护前级超短脉冲种子激光器I ;光纤耦合的半导体泵浦激光器601，602与泵浦/信号激光合束器5的泵浦激光输入端光纤通过熔接连接，作为输入泵浦光，为高功率光纤放大器提供泵浦激光；全光纤隔离器2的输出端光纤与泵浦/信号合束器5的信号激光输入端光纤通过熔接连接，作为高功率光纤放大器输入信号激光；一段短长度(光纤长度小于0. 95米，可以从0. 05米到0. 95米)高镱(Yb3+)掺杂浓度硅酸盐玻璃光纤(激光增益光纤7)的一端与泵浦/信号合束器5的泵浦信号激光输出端光纤通过熔接连接，短长度高镱(Yb3+)掺杂浓度硅酸盐玻璃光纤吸收泵浦激光后产生信号激光波长的激光增益；短长度高镱(Yb3+)掺杂浓度硅酸盐玻璃光纤的另一端输出放大后的激光。实施例二 如图2所示，一种全光纤超短激光脉冲放大器，包括超短脉冲种子信号源、光纤隔离器和两级光纤功率放大器。其中，超短脉冲种子信号源、光纤隔离器和第一级光纤功率放大器501的结构与实施例一相同。短长度高镱掺杂浓度娃酸盐玻璃光纤的输出端作为第二级光纤功率放大器111的输入种子激光，两级光纤功率放大器之间设有第二级全光纤隔离器8。第二级全光纤隔离器8的输出端光纤与第二级泵浦/信号合束器11的信号激光输入端光纤通过熔接连接，作为第二级高功率光纤放大器输入信号激光；[0029]光纤耦合的第二级泵浦激光器121，122与第二级泵浦/信号合束器11的泵浦激光输入端光纤通过熔接连接，作为输入泵浦光；一段短长度(光纤长度小于0. 95米，可以从0. 05米到0. 95米)高镱掺杂浓度硅酸盐玻璃光纤(第二级激光增益光纤13)的一端与第二级泵浦/信号合束器11的泵浦信号激光输出端光纤通过熔接连接，短长度高镱掺杂浓度硅酸盐玻璃光纤13吸收泵浦激光后产生信号激光波长的激光增益；短长度高镱掺杂浓度硅 酸盐玻璃光纤13的另一端输出放大后的激光脉冲，或作为下一级高功率光纤放大器的输入种子激光，产生的峰值激光功率大于10 kW。
权利要求1.一种全光纤超短激光脉冲放大器，包括超短脉冲种子信号源、光纤隔离器和至少一级光纤功率放大器，超短脉冲种子信号源的激光输出端与光纤隔离器的输入端光纤通过光纤熔接连接，光纤隔离器的输出端光纤与第一级光纤功率放大器的输入端光纤通过熔接连接，其特征在于所述光纤功率放大器由泵浦激光模块和激光功率增益光纤连接构成，所述泵浦激光模块包括激光泵浦光源、泵浦/信号激光合束器，所述激光增益光纤为短长度高镱掺杂浓度的硅酸盐玻璃光纤，激光增益光纤长度小于等于0. 95米。
2.根据权利要求I所述的全光纤超短激光脉冲放大器，其特征在于设有两级所述光纤功率放大器，两级光纤功率放大器之间设有第二光纤隔离器。
3.根据权利要求I所述的全光纤超短激光脉冲放大器，其特征在于所述超短脉冲种子信号源的激光脉冲宽度在皮秒到飞秒量级。
4.根据权利要求I所述的全光纤超短激光脉冲放大器，其特征在于所述激光增益光纤长度为0. 05米 0. 95米。
专利摘要本实用新型公开了一种全光纤超短激光脉冲放大器，包括超短脉冲种子信号源、光纤隔离器和至少一级光纤功率放大器，超短脉冲种子信号源的激光输出端与光纤隔离器的输入端光纤通过光纤熔接连接，光纤隔离器的输出端光纤与第一级光纤功率放大器的输入端光纤通过熔接连接，其特征在于所述光纤功率放大器由泵浦激光模块和激光功率增益光纤连接构成，所述泵浦激光模块包括激光泵浦光源、泵浦/信号激光合束器，所述激光增益光纤为短长度高镱掺杂浓度的硅酸盐玻璃光纤，激光增益光纤长度小于等于0.95米。本实用新型具有系统设计简单，造价低廉，可靠性高等优点，是一种具有实用价值的全光纤、超短脉冲、高功率激光放大器设计结构形式。
文档编号H01S3/063GK202512332SQ20122009027
公开日2012年10月31日 申请日期2012年3月12日 优先权日2012年3月12日
发明者蒋仕彬 申请人:苏州图森激光有限公司