一种环形腔光纤激光系统的制作方法

本实用新型涉及激光器领域，特别是涉及一种环形腔光纤激光系统。

背景技术：

皮秒或飞秒激光脉冲精细加工、晶圆切割打标、太阳能电池加工、曲面显示屏等透明材料、眼科手术、心脏支架等生物材料加工、航天发动机制造、3D打印等高端智能制造领域得到越来越多的应用。

光纤锁模激光器是结构简单、成本低是常用的产生皮秒或者飞秒超短激光脉冲的技术。目前最常用的光纤激光器锁模技术主要有非线性偏振旋转锁模和基于半导体可饱和吸收镜(SESAM)的锁模技术。

非线性偏振旋转锁模光纤激光器利用光纤中非线性效应只需两个偏振控制器和一个偏振隔离器即可实现锁模，结构简单，成本低。但是，非线性偏振旋转锁模非常依赖于光纤中的非线性效应，当激光脉冲在光纤谐振腔内传输一周所累加的偏振态变化一定时，通过调节两个偏振控制器使脉冲中心部分通过偏振隔离器，从而实现锁模运转。而光纤中激光脉冲的偏振态很容易受到外界环境的扰动的影响。比如，当外界温度发生变化或者光纤受到扰动时，激光脉冲在光纤谐振腔内传输一周所引起的偏振态变化量也会相应的发生变化，这时如果不对偏振控制器做相应的调节，光纤激光器就会失锁。由于光纤非线性偏振旋转锁模激光器这个缺陷，使得其难以应用于工业加工领域，主要作为实验室的种子源使用。

技术实现要素：

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种环形腔光纤激光系统，能够实时地控制光纤内的双折射效应，进而实时地控制光纤中传输激光的偏振态。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的另一个技术方案是：提供一种环形腔光纤激光系统，包括光纤、激光器、光纤偏振控制装置、至少一个耦合器和隔离器，激光器产生的激光通过耦合器输入所述光纤，光纤偏振控制装置调节光纤中的激光脉冲的峰值强度与初始值的偏差在预定范围内，光纤经过光纤偏振控制装置后，与隔离器连接，以使得激光在腔内单向传输。

本实用新型的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型的环形腔光纤激光系统包括光纤、激光器、光纤偏振控制装置、至少一个耦合器和隔离器，激光器产生的激光通过耦合器输入所述光纤，光纤偏振控制装置调节光纤中的激光脉冲的峰值强度与初始值的偏差在预定范围内，光纤经过光纤偏振控制装置后，与隔离器连接，以使得激光在腔内单向传输，可对腔内的激光脉冲进行实时的检测与调整，使得激光脉冲的峰值强度与初始值的偏差始终在预定范围，进而实现了对光纤内双折射效应的实时控制，继而实时地控制了光纤中传输激光的偏振态，并实现了锁模的自稳定，且节约了人工成本。

附图说明

图1是本实用新型光纤偏振控制装置一实施方式的结构示意图；

图2是本实用新型环形腔光纤激光系统一实施方式的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1，图1是本实用新型光纤偏振控制装置一实施方式的结构示意图。如图1所示，本实用新型中的光纤偏振控制装置由两部分组成，分别是光纤偏振控制装置和光电探测器11，其中，光纤偏振控制装置包括压力组件和控制电路12，压力产生组件包括第一固定块13和压电材料晶体14。光纤15设置于平台16上，平台16通过第二固定块17进行固定，以使得光纤15的位置固定。

其中，光纤偏振控制装置与光电探测器11耦接。具体地，光电探测器11通过无线/有线的方式传输信息至控制电路12。可选地，光电探测器11电连接控制电路12。可选地，光电探测器11与控制电路12的无线连接方式包括但不限于蓝牙、WIFI、NFC、ZigBee、红外等。

其中，光纤15通过一个光纤耦合器(图中未示出)将一部分激光脉冲③耦合输入光电探测器11中，另一部分激光脉冲④通过光纤偏振控制装置。由光电探测器11探测光纤15内的激光脉冲的峰值强度与初始值的偏差是否在预定范围内，若不在预定范围内，则控制光纤偏振控制装置对光纤15产生压力，使光纤15内的激光脉冲的峰值强度与初始值的偏差在预定范围内。

其中，压电材料晶体14与控制电路12进行电连接，当控制电路12对压电材料晶体14施加电压时，压电材料晶体14可以进行变形，进而可以对光纤15施加压力，所施加的压力方向如图1所示的压力①所示。具体地，由于某些晶体在沿着一定方向受到外力作用时，晶体内部会产生极化现象，使带电质点发生相对位移，从而在晶体表面上产生大小相等符号相反的电荷；当外力去掉后，又恢复到不带电状态。晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比，这种现象叫压电效应。反之，如对晶体施加电场，晶体将在一定方向上产生机械变形；当外加电场撤去后，该变形也随之消失，这种现象称为逆压电效应。其中，压电材料晶体14可以是石英晶体、镓酸锂、锗酸锂、锆钛酸铅压电陶瓷、闪锌矿、方硼石、电气石、红锌矿、砷化镓、钛酸钡及其衍生结构晶体、磷酸一钾、罗息盐、食糖等。

本实施方式中，光纤偏振控制装置包括光纤偏振控制装置和光电探测器，光纤偏振控制装置与光电探测器耦接；其中，光电探测器探测光纤内的激光脉冲的峰值强度与初始值的偏差是否在预定范围内，若不在预定范围内，则控制光纤偏振控制装置对光纤产生压力，使光纤内的激光脉冲的峰值强度与初始值的偏差在预定范围内，进而实现了对光纤内双折射效应的实时控制，继而实时地控制了光纤中传输激光的偏振态，并实现了锁模的自稳定，且节约了人工成本。

请参阅图2，图2是本实用新型环形腔光纤激光系统一实施方式的结构示意图。图2中的环形腔光纤激光系统包括激光器201、第一耦合器202、第一光纤203、第二光纤204、第二耦合器205、第三耦合器206、光电探测器207、控制电路208、第一固定块209、压电材料晶体210、平台211、第二固定块212、手动光纤偏振控制器213、隔离器214。

其中，光电探测器207、控制电路208、第一固定块209、压电材料晶体210、平台211及第二固定块212组成光纤偏振控制装置，光纤偏振控制装置的结构如上一实施方式所述。其中，一组压力产生组件包括一个第一固定块209和一个压电材料晶体210。可选地，如图2所示，在本实施方式的环形腔光纤激光系统中，共有四组压力产生组件，每一组压力产生组件的压电材料晶体均独立地与控制电路208电连接。

其中，激光器201作为本实施方式中的泵浦源，将泵浦光通过第一耦合器202耦合进第一光纤203，第一光纤203连接第二光纤204，第二光纤204连接第二耦合器205，第二耦合器205把激光腔内的激光脉冲分为两部分，一部分用于耦合输出及耦合输入光电探测器207，一部分继续在激光腔内运转，继续在激光腔内运转的这部分激光脉冲在第一光纤203内传输，第一光纤203经过光纤偏振控制装置后，连接隔离器214，然后再连接第一耦合器202，即构成了环形腔光纤激光系统。

其中，第一光纤203是该环形腔光纤激光系统的激光介质；第二光纤204是该环形腔光纤激光系统的增益介质，用于对该环形腔光纤激光系统的运转提供能级结构；隔离器214既用于产生线偏振光，又保证激光在腔内单向传输。

其中，第二耦合器205连接第三耦合器206，第三耦合器206用于将输出的激光脉冲分出一部分供给光电探测器207，使得光电探测器207可以探测第一光纤203内的激光脉冲的峰值强度与初始值的偏差是否在预定范围内，若不在预定范围内，则控制光纤偏振控制装置对第一光纤203产生压力，使第一光纤203内的激光脉冲的峰值强度与初始值的偏差在预定范围内。

可选地，环形腔光纤激光系统还可以包括至少一个手动光纤偏振控制器，可以连接在环形腔光纤激光系统的任意位置。具体地，如图2所示的手动光纤偏振控制器213和手动光纤偏振控制器215，手动光纤偏振控制器213连接光纤偏振控制装置和隔离器214，手动光纤偏振控制器215连接隔离器214和第一耦合器202。

可选地，环形腔光纤激光系统还可以包括一个滤波器和一段无源光纤，滤波器用于滤除非振荡波长，限制激光腔内振荡波长的带宽，增加锁模的稳定性，无源光纤用于调节激光器腔长，并提供色散补偿。如图2所示，滤波器216连接隔离器214和第一耦合器202，无源光纤217连接隔离器214和第一耦合器202。

可选地，激光器201可以是半导体激光器、固体激光器或光纤激光器。

可选地，第一光纤203和无源光纤217为光子晶体光纤、单模无源光纤、高非线性光纤和塑料光纤。第二光纤204为稀土掺杂光纤，所掺杂的稀土离职可以是镱(Yb)、铒(Er)、铥(Tm)等。

具体地，第一耦合器202为波分复用器，用于将泵浦光耦合进激光谐振腔内。第二耦合器205和第三耦合器206均为分束器。

可选地，环形腔光纤激光系统还包括散热系统，散热系统可以由设置于环形腔光纤激光系统密封壳体上的风扇组成，环形腔光纤激光系统密封壳体上的风扇至少为一个，也可以是2个和4个。

在其中一个具体的应用场景中，环形腔光纤激光系统的运转方式如下：

先对环形腔光纤激光系统进行出厂前的调节：先启动激光器201对环形腔光纤激光系统施加泵浦，使环形腔光纤激光系统运行在稳定的状态。然后手动地手动光纤偏振控制器213和215，使得环形腔光纤激光系统被调节到稳定的锁模状态，并利用光电探测器207对此时的环形腔光纤激光系统输出的激光脉冲的周期和峰值功率进行探测，记录此时的探测结果并存储为初始值。接着将整个环形腔光纤激光系统进行工业标准密封，并利用温度控制技术对环形腔光纤激光系统壳体进行控制。此时，不启动光纤偏振控制装置。

对环形腔光纤激光系统进行出厂前调节之后，要再启动时，需要先利用光电探测器207对激光脉冲进行探测，若探测到与初始值周期相同的激光脉冲，说明环形腔光纤激光系统运行在锁模状态。再将探测的脉冲的峰值功率与初始值比较，若探测的脉冲的峰值功率与初始值的偏差幅度在阈值比如5％以内，则维持整个系统不变；若探测的脉冲的峰值功率与初始值的偏差幅度大于5％，则启动光纤偏振控制装置，使得控制电路208对压电材料晶体210施加电压，进而使得压电材料晶体210对第一光纤203施加压力，直至光电探测器207实时检测到激光脉冲的峰值功率强度与初始值偏差在5％以内，不再调节，并保持住此时的光纤偏振控制装置的状态。其中，光纤偏振控制装置有四组压力产生组件。调节光纤偏振控制装置的具体过程为：控制电路208对每个压力产生组件的压电材料晶体210上施加的电压均是从零一直调节到最大值，然后从左向右依次对各个压力产生组件的压电材料晶体施加电压，并在调节的过程中实时地监控光电探测器207检测到的激光脉冲输出特性的变化，直至检测到稳定的周期性激光脉冲激光输出为止。

若由于外界的扰动，使得环形腔光纤激光系统在稳定的锁模状态下出现了功率下降或者失锁，此时只要重复上述调节光纤偏振控制装置的步骤即可，同时利用光电探测器207探测激光脉冲的输出功率，并与初始值进行比较，使实时输出的激光脉冲峰值功率强度与初始值的偏差始终保持在5％以内。当然，阈值可以根据实际情况设置。

本实施方式中环形腔光纤激光系统包括光纤、激光器、光纤偏振控制装置、至少一个耦合器和隔离器，激光器产生的激光通过耦合器输入所述光纤，光纤偏振控制装置调节光纤中的激光脉冲的峰值强度与初始值的偏差在预定范围内，光纤经过光纤偏振控制装置后，与隔离器连接，以使得激光在腔内单向传输，可对腔内的激光脉冲进行实时的检测与调整，使得激光脉冲的峰值强度与初始值的偏差始终在预定范围，进而实现了对光纤内双折射效应的实时控制，继而实时地控制了光纤中传输激光的偏振态，并实现了锁模的自稳定，且节约了人工成本。

以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。