一种mopa光纤激光器的制造方法
【专利摘要】本实用新型实施例提供一种MOPA光纤激光器，包括：种子激光器、至少两个放大器以及设于所述放大器之间的至少一个分频脉冲调制器；所述分频脉冲调制器用于对输入的光脉冲进行分频，获得设定的重复频率的光脉冲；同时还设有对脉冲形状进行调节的脉宽调制器。基于本新型，解决了现有光纤激光器放大微弱信号时ASE增长、OSNR较低的问题，同时还可以控制最后输出的激光脉冲波形，实现很高的峰值功率。
【专利说明】—种MOPA光纤激光器
【技术领域】
[0001]本实用新型属于激光器【技术领域】，尤其涉及一种可输出高光束质量、高峰值功率的激光的MOPA (Master Oscillator Power-Amplif ier,主控振荡器的功率放大器)光纤激光器。
【背景技术】
[0002]MOPA光纤激光器，即主振荡功率放大光纤激光器，就是将具有高光束质量的种子信号光，通常使用半导体种子激光器，通过一定的方式耦合进光纤进行放大，从而实现高光束质量的高功率输出。其突出特点是:主振荡器主要作用是产生高质量的种子光，单模半导体和单模光纤的结合，较易实现所需的时域、频域特性并保持良好的光束质量；功率放大部分主要作用则是对种子光进行放大，在保证了输出光的高光束质量的同时又实现了高功率、高能量输出，即它结合了低功率种子源的良好脉冲特性和光纤放大器(通常使用双包层光纤)的高功率放大特性的优点。
[0003]随着市场加工的发展，对MOPA激光器的峰值功率和脉冲参数要求越来越高，激光加工趋向而于短脉宽、高峰值功率的精细冷加工方向发展。
[0004]在一定的平均功率下，获得高峰值功率要求使用低重复频率的短脉宽脉冲。直接半导体调制的种子光源，由于器件的限制，其峰值功率为确定的，约为W级。随着脉宽的减小，重复频率的降低，种子平均功率输出也随之大幅度降低。而且光纤放大器中的微弱信号的放大，特别是为实现高峰值功率的输出使用了大模场(LMA)光纤，使得ASE(放大的自发福射，Amplified spontaneous emiss1n)和自激成为主要的限制因素。这一点却又大大限制了更高峰值功率的获得，使得绝大多数单模输出的MOPA激光器峰值功率限制在10-20KW以下。
[0005]另外，光纤激光器中的微弱信号的高功率放大，将导致脉宽的变化与形状的畸变。而且通常的短脉冲MOPA激光器，输出脉宽一般是4-10纳秒，但较长的种子脉宽具有更好的光谱特性，脉冲形状也更好一些，10纳秒以下脉冲往往OSNR(Optical Signal NoiseRat1，光信噪比)较低，脉冲形状为三角波。为保证种子质量，通常推荐使用10纳秒以上的种子源。而现在的精细冷加工，要求输出脉宽在I纳秒或更短，这是传统的种子信号源很难实现的。脉冲在放大过程中发生畸变，且对于不同宽度的脉冲，其畸变的程度不同，随着脉宽的增加，脉冲形状变化更大，更趋于前端放大，通常的MOPA激光器对此没有办法，更加无法实现根据需求自行调节脉冲形状，以满足特殊的激光加工需求。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种MOPA光纤激光器，以解决光纤激光器放大微弱信号时ASE增长、OSNR较低，无法获得更大峰值功率的激光输出的问题。
[0007]为实现上述目的，本实用新型实施例提供一种MOPA光纤激光器，种子激光器、至少两个放大器以及设于所述放大器之间的至少一个分频脉冲调制器；
[0008]所述分频脉冲调制器用于对输入的光脉冲进行分频，获得设定的较低重复频率的光脉冲，使得更高峰值功率成为可能。
[0009]优选的，所述MOPA光纤激光器还包括设于所述放大器之间的至少一个脉宽调制器，用于压缩输入的光脉冲的脉宽。
[0010]优选的，所述脉宽调制器用于通过调节快门开始时间压缩输入的光脉冲的脉宽。
[0011]优选的，所述脉宽调制器，还用于调节输入的光脉冲的脉冲形状。
[0012]优选的，所述脉宽调制器用于通过上升沿、下降沿的变化调节输入的光脉冲的脉冲形状。
[0013]优选的，所述脉宽调制器中的驱动脉冲形状为方波、三角波、正弦波或带有台阶的抛物线脉冲，以此控制放大后的最终脉形状。
[0014]优选的，所述分频脉冲调制器和所述脉宽调制器集成设置于声光调制器中。
[0015]优选的，所述分频脉冲调制器和所述脉宽调制器集成设置于马赫-曾德尔调制器中，可以获得更高的时间分辨和控制精度。
[0016]优选的，所述种子激光器生成的所述种子光脉冲的脉宽为l_4ns且调制频率高达为1-2MHZ或更高，所述分频脉冲调制器设定的重复频率则低达10KHZ。
[0017]优选的，所述MOPA光纤激光器用于输出峰值功率为200-400KW的激光
[0018]有益效果:
[0019]通过在MOPA光纤激光器中设置分频脉冲调制器，可以对种子激光器生成的短脉宽、高重复频率的种子光信号进行分频，得到较低的指定重复频率的干净光脉冲，使得在后续的放大过程中无需顾虑ASR以及OSNR较低的问题，相比现有技术可以获得较高的峰值功率。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为本实用新型提供的MOPA光纤激光器结构图；
[0022]图2为本实用新型实施例中分频时序图；
[0023]图3为本实用新型实施例中的Ins光脉冲信号调制图；
[0024]图4为图3中的局部放大图。
【具体实施方式】
[0025]为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0026]本新型实施例1提供了一种MOPA光纤激光器，该光纤激光器包括种子激光器和多个放大器以及设于放大器级间的分频脉冲调制器。其中。种子激光器用于生成脉冲种子信号，并输入一放大器中进行放大，放大后的光脉冲输入至分频脉冲调制器，利用分频脉冲调制器设置的重复频率对光脉冲的重复频率进行调制后输出至下一放大器中进行放大。
[0027]基于该结构，本新型中可以首先利用种子激光器生成种子信号，如l_4ns，这样的种子信号基于现有的半导体种子激光器即可生成。对该种子信号采用较高的重复频率进行调制，以获得较大的种子功率。如用1-2MHZ的重复频率进行调制，获得2-5mW的种子功率。然后输入至放大器中进行放大。相比现有的低重复频率种子激光器直接输出的10-40yW微弱信号，2_5mW的种子功率的种子信号可以大大降低ASE的竞争以及OSNR迅速降低的问题。对于种子功率2-5mW，普通的光纤放大器很容易获得500mW-lW的功率。之后将放大后的1-2MHZ的光脉冲通过与之同步的分频脉冲调制器，利用分频脉冲调制器设置的10KHZ的重复频率对其重复频率进行调制，获得2_5mW的10KHZ干净信号，可以保证下一放大器的高保真的高增益放大而无需考虑ASE和OSNR的问题。
[0028]对固定的平均功率而言，峰值功率与重复频率和脉冲宽度有关。由于分频获得了低重复频率的短脉宽光脉冲，因而上述结构可以提高输出的峰值功率。如IMHz的4ns脉冲放大到20W，峰值功率仅为5KW。若使用分频脉冲调制器，在放大器的级间分频，获得4ns、50KHz的20W输出，其峰值功率可达到100KW。分频的时序如图2所述，其中第一行为种子脉冲信号，第二行为分频脉冲调制器开启信号。
[0029]上述分频脉冲调制器具体可以采用声光调制器或马赫-曾德尔调制器。
[0030]如图1所示，为本新型MOPA光纤激光器的一种具体结构，包括:种子激光器11、第一放大器12、第二放大器14以及设于第一放大器12与第二放大器14之间的声光调制器13。如上所述，声光调制器13用于对光脉冲进行分频，以获得较低重复频率的光脉冲。
[0031]如前所述，脉宽越短，峰值功率越高。为此，本新型中还可以在放大器级间设置脉宽调制器，以压缩种子信号的脉宽。具体的，该脉宽调制器可以与分频脉冲调制器集成在一起，如利用上述的声光调制器可以同时实现分频和压缩脉宽的功能。具体的，可以通过计算或测量，来调节脉宽调制器(或声光调制器)的快门开启时间获得更短的光脉冲。如以4ns的信号来说，如果想要获得Ins的光脉冲，则需要在4ns的信号到达的最后Ins秒开启快门。如图3、4即示出了在4ns的种子脉冲信号到达的最后Ins秒开启快门。
[0032]基于低重复频率以及更短脉冲的获得，本新型可以获得200-400KW的超高峰值功率，远高于现有的激光器输出的峰值功率。
[0033]另外，在MOPA光纤放大器中还存在脉冲畸变的问题。脉冲在放大过程中发生畸变，且对于不同宽度的脉冲，其畸变的程度不同；随着脉宽或放大倍数的增加，脉冲形状变化更大，更趋于前端放大。如SPI公司的20W激光器六种脉冲形状，其实均来自于方波种子，在光纤放大器中遭受了不同程度的畸变。
[0034]许多激光加工的应用要求控制脉冲光的形状，理论模拟表明，对于20dB的光纤放大系统，不同的输入脉冲形状，放大后具有不同的变化，其中，方波为传统的MOPA光纤放大器方案，线性脉冲(三角波)与正弦波有助于降低放大过程中的非线性，而带有台阶的抛物线脉冲则可以补偿光纤放大中的畸变，获得近乎完美的方波输出。本新型中可通过控制脉宽调制器的上升沿、下降沿或驱动脉冲形状，就可实现任意脉冲形状的输出。
[0035]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种MOPA光纤激光器，其特征在于，所述MOPA光纤激光器包括:种子激光器、至少两个放大器以及设于所述放大器之间的至少一个分频脉冲调制器； 所述分频脉冲调制器用于对输入的光脉冲进行分频，获得设定的重复频率的光脉冲。
2.如权利要求1所述的MOPA光纤激光器，其特征在于，所述MOPA光纤激光器还包括设于所述放大器之间的至少一个脉宽调制器，用于压缩输入的光脉冲的脉宽。
3.如权利要求2所述的MOPA光纤激光器，其特征在于，所述脉宽调制器用于通过调节快门开始时间压缩输入的光脉冲的脉宽。
4.如权利要求3所述的MOPA光纤激光器，其特征在于，所述脉宽调制器，还用于调节输入的光脉冲的脉冲形状。
5.如权利要求4所述的MOPA光纤激光器，其特征在于，所述脉宽调制器用于通过上升沿、下降沿的变化调节输入的光脉冲的脉冲形状。
6.如权利要求4所述的MOPA光纤激光器，其特征在于，所述脉宽调制器中的驱动脉冲形状为方波、三角波、正弦波或带有台阶的抛物线脉冲。
7.如权利要求2至6中的任一项所述的MOPA光纤激光器，其特征在于，所述分频脉冲调制器和所述脉宽调制器集成设置于声光调制器中。
8.如权利要求2至6中的任一项所述的MOPA光纤激光器，其特征在于，所述分频脉冲调制器和所述脉宽调制器集成设置于马赫-曾德尔调制器中。
9.如权利要求1所述的MOPA光纤激光器，其特征在于，所述种子激光器生成的所述种子光脉冲的脉宽为l_4ns且调制频率不小于1-2ΜΗΖ，所述分频脉冲调制器设定的重复频率为 10-50KHz。
10.如权利要求4所述的MOPA光纤激光器，其特征在于，所述MOPA光纤激光器用于输出峰值功率大于100KW的激光。
【文档编号】H01S3/067GK204156284SQ201420472687
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年8月20日 优先权日:2014年8月20日
【发明者】夏江帆, 杜毅嵩, 赵青春 申请人:广东高聚激光有限公司, 苏州华必大激光有限公司, 南京华尔达激光有限公司