光纤脉冲激光器的制作方法

本发明涉及激光器技术领域，特别是涉及一种光纤脉冲激光器。

背景技术

激光是近代科学技术中的重大发明之一，其中，光纤激光器由于其具有绝对理想的光束质量、超高的转换效率、完全免维护、高稳定性以及体积小等优点，对传统的激光行业产生巨大而积极的影响，成为近年来增长特别快的一类激光发生器。mopa光纤脉冲激光器由于能输出功率较大的脉冲激光，而备受欢迎。传统mopa光纤脉冲激光器利用1064nm波长的半导体激光器作为种子源，通过直接电调制产生一定频率输出的一个个小脉冲波形，调制后的脉冲光平均输出功率只有mw级别，这种级别的激光一般不能直接放大，需要先进行预放大到100mw左右的平均功率，然后再进行一级二级或者更多级的放大，最终达到较大的输出功率。然而由于1064nm半导体激光器的特殊性，且价格较昂贵，导致光纤脉冲激光器成本较高，难以推广应用。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种通过808nm半导体激光器产生1064nm脉冲波形的光纤脉冲激光器。

一种光纤脉冲激光器，包括：激光发生模块、连接所述激光发生模块的第一级放大模块、及连接所述第一级放大模块的第二级放大模块；所述激光发生模块包括808nm泵浦激光器、与所述808nm泵浦激光器对应的激光晶体、与所述激光晶体对应的被动调q晶体、与所述被动调q晶体对应的空间耦合器、及连接所述空间耦合器的尾纤；所述激光晶体靠近所述808nm泵浦激光器的一端作为激光晶体的输入端，镀808nm增透以及1064nm高反膜；所述被动调q晶体远离所述808nm泵浦激光器的一端作为所述被动调q晶体的输出端，镀1064nm部分反射透射膜；所述808nm泵浦激光器作为泵浦源；所述激光晶体作为激光工作物质提供粒子数反转，在吸收808nm泵浦激光后，实现粒子数反转；所述激光晶体的输入端的镀膜及所述被动调q晶体的输出端的镀膜构成谐振腔；所述被动调q晶体处于所述谐振腔内，实现激光的脉冲运转；所述被动调q晶体的输出端输出1064nm脉冲光，所述空间耦合器将1064nm脉冲光耦合进所述尾纤；所述尾纤连接所述第一级放大模块。

上述光纤脉冲激光器，通过激光晶体的输入端的镀膜及被动调q晶体的输出端的镀膜构成谐振腔；被动调q晶体放置在谐振腔内，实现激光的脉冲运转，空间耦合器将1064nm脉冲光耦合进尾纤，从而利用价格较低的808nm泵浦激光器实现1064nm脉冲光的光纤输出，有效控制了光纤脉冲激光器的成本。

在其中一个实施例中，所述激光晶体为nd:yvo4，所述被动调q晶体为cr:yag；所述激光晶体与所述被动调q晶体之间间隔设置。

在其中一个实施例中，所述激光晶体与所述被动调q晶体之间形成一键合整体。

在其中一个实施例中，所述激光晶体为nd:yag，所述被动调q晶体为cr:yag。

在其中一个实施例中，所述808nm泵浦激光器的功率为1-2w，所述激光晶体与所述被动调q晶体键合后的长度为3-10mm。

在其中一个实施例中，所述第一级放大模块包括第一增益光纤、第一合束器、及若干第二泵浦源；所述第一增益光纤的一端连接所述尾纤，所述第一增益光纤的另一端连接所述第一合束器的合束端；所述第一合束器的泵浦输入端连接所述第二泵浦源的输出端；所述第一合束器的信号端连接所述第二级放大模块。

在其中一个实施例中，还包括中间隔离器，所述第一级放大模块通过所述中间隔离器连接所述第二级放大模块。

在其中一个实施例中，所述第二级放大模块包括第二合束器、第二增益光纤、及若干第三泵浦源；所述第二合束器的合束端连接所述第一级放大模块，所述第三泵浦源的输出端连接所述第二合束器的泵浦输入端；所述第二增益光纤的一端连接所述第二合束器的信号端。

在其中一个实施例中，还包括连接所述第二增益光纤的另一端的输出隔离器，所述第二级放大模块通过所述输出隔离器向外输出进一步放大的1064nm脉冲光。

在其中一个实施例中，还包括连接所述808nm泵浦激光器的驱动模块，所述驱动模块向所述808nm泵浦激光器输入驱动电流，所述驱动模块的驱动电流的最低值在所述谐振腔的阈值电流附近。

附图说明

图1为本发明的一较佳实施例的光纤脉冲激光器的结构图；

图2为驱动模块与808nm泵浦激光器之间的连接关系图；

图3为光纤脉冲激光器的光脉冲输出与808nm泵浦激光器的输入电流之间的关系图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

请参阅图1至图3，为本发明一较佳实施方式的光纤脉冲激光器100，用于产生激光输出。该光纤脉冲激光器100包括激光发生模块20、连接激光发生模块20的第一级放大模块30、及连接第一级放大模块30的第二级放大模块40；激光发生模块20包括808nm泵浦激光器21、与808nm泵浦激光器21对应的激光晶体22、与激光晶体22对应的被动调q晶体23、与被动调q晶体23对应的空间耦合器24、及连接空间耦合器24的尾纤25；激光晶体22靠近808nm泵浦激光器21的一端作为激光晶体22的输入端，镀808nm增透以及1064nm高反膜；被动调q晶体23远离808nm泵浦激光器21的一端作为被动调q晶体23的输出端，镀1064nm部分反射透射膜；808nm泵浦激光器21作为泵浦源；激光晶体22作为激光工作物质提供粒子数反转，在吸收808nm泵浦激光后，实现粒子数反转；激光晶体22的输入端的镀膜及被动调q晶体23的输出端的镀膜构成谐振腔；被动调q晶体23处于谐振腔内，实现激光的脉冲运转；被动调q晶体23的输出端输出1064nm脉冲光，空间耦合器24将1064nm脉冲光耦合进尾纤25；尾纤25连接第一级放大模块30。

通过激光晶体22的输入端的镀膜及被动调q晶体23的输出端的镀膜构成谐振腔；被动调q晶体23放置在谐振腔内，实现激光的脉冲运转，空间耦合器24将1064nm脉冲光耦合进尾纤25，从而利用价格较低的808nm泵浦激光器21实现1064nm脉冲光的光纤输出，有效控制了光纤脉冲激光器100的成本。

在其中一个实施方式中，为实现粒子数反转及激光的脉冲运转，激光晶体22为nd:yvo4，被动调q晶体23为cr:yag；激光晶体22与被动调q晶体23之间间隔设置。

请参阅图1，在其中一个实施方式中，为保证激光晶体22与被动调q晶体23之间的平行度，减少激光晶体22与被动调q晶体23之间的调节对位，激光晶体22与被动调q晶体23之间形成一键合整体；具体地，激光晶体22靠近被动调q晶体23的一端为第一接触端，被动调q晶体23靠近激光晶体22的一端为第二接触端，激光晶体22与被动调q晶体23通过第一接触端、第二接触端键合在一起。

在本实施方式中，为实现激光晶体22与被动调q晶体23之间的整体键合，激光晶体22为nd:yag，被动调q晶体23为cr:yag。

在其中一个实施方式中，为得到平均功率100mw且光脉冲宽度在1-10ns级别的1064nm脉冲光，808nm泵浦激光器21的功率为1-2w，激光晶体22与被动调q晶体23键合后的长度为3-10mm；由于谐振腔的腔长较短，从而能获得光脉冲宽度较小的1064nm脉冲光。

在其中一个实施方式中，为对激光发生模块20输出的1064nm脉冲光进行初步放大，第一级放大模块30包括第一增益光纤31、第一合束器32、及若干第二泵浦源33；第一增益光纤31的一端连接尾纤25，第一增益光纤31的另一端连接第一合束器32的合束端；第一合束器32的泵浦输入端连接第二泵浦源33的输出端；第一合束器32的信号端连接第二级放大模块40；在进行1064nm脉冲光的初步放大时，激光发生模块20将1064nm脉冲光输入至第一增益光纤31；第一合束器32的信号端用于输出放大后的脉冲激光，第二泵浦源33通过第一合束器32将泵浦光输入到第一增益光纤31中，以激励第一增益光纤31，从而将1064nm脉冲光进行放大；具体地，第二泵浦源33发出915nm或974nm激光；进一步地，为方便尾纤25与第一增益光纤31之间的对接，第一级放大模块30还包括第一模式匹配器34，尾纤25通过第一模式匹配器34与第一增益光纤31连接。

在其中一个实施方式中，为实现第一级放大模块30与第二级放大模块40之间的连接，同时避免第二级放大模块40将第一级放大模块30放大后的脉冲光反射回第一级放大模块30，光纤脉冲激光器100还包括中间隔离器50，第一级放大模块30通过中间隔离器50连接第二级放大模块40；具体地，第一合束器32的信号端通过中间隔离器50连接第二级放大模块40的输入端。

在其中一个实施方式中，为对激光发生模块20输出的1064nm脉冲光进一步放大，第二级放大模块40包括第二合束器41、第二增益光纤42、及若干第三泵浦源43；第二合束器41的合束端连接第一级放大模块30，第三泵浦源43的输出端连接第二合束器41的泵浦输入端；第二增益光纤42的一端连接第二合束器41的信号端；具体地，第二合束器41的合束端通过中间隔离器50连接第一合束器32的信号端；在进行1064nm脉冲光的进一步放大时，第一级放大模块30将初步放大的1064nm脉冲光通过第二合束器41输入至第二增益光纤42，第三泵浦源43通过第二合束器41将泵浦光输入到第二增益光纤42中，以激励第二增益光纤42，从而将1064nm脉冲光进一步放大；具体地，第三泵浦源43发出915nm或974nm激光；进一步地，为方便第一级放大模块30与第一增益光纤31之间的对接，第二级放大模块40还包括第二模式匹配器44，第一级放大模块30通过第二模式匹配器44与第二合束器41的合束端连接。

在其中一个实施方式中，为避免第二级放大模块40输出的1064nm脉冲光反射回第二级放大模块40内部，光纤脉冲激光器100还包括连接第二增益光纤42的另一端的输出隔离器60，第二级放大模块40通过输出隔离器60向外输出进一步放大的1064nm脉冲光。

请参阅图2及图3，在其中一个实施方式中，为避免被动调q激光输出的频率存在的波动及不可控，光纤脉冲激光器100还包括连接808nm泵浦激光器21的驱动模块70，驱动模块70向808nm泵浦激光器21输入驱动电流，驱动模块70的驱动电流的最低值在谐振腔的阈值电流附近；通过在阈值电流的基础上调节驱动电流，使808nm泵浦激光器21的通过电流能快速达到泵浦水平，以实现1064nm脉冲光的快速响应和输出，在被动调q的大频率范围内，可以调制任意频率；由于对驱动电流的调节仅用于调整泵浦激器的频率和电脉宽，故仅需满足us级别的相应需求，有效减少光纤脉冲激光器100的电路性能要求；具体地，在本实施方式中，驱动模块70包括恒流电流源71、调制电流源72、及连接调制电流源72的调节单元73；恒流电流源71与调制电流源72并联后与808nm泵浦激光器21连接；恒流电流源71向808nm泵浦激光器21输入的恒定电流i0在谐振腔的阈值电流附近，调节单元73调节调制电流源72的输出频率，从而减少808nm泵浦激光器21的输入电流的上升或下降响应需求，对激光晶体22进行快速泵浦，实现1064nm脉冲光的快速响应和输出。

光纤脉冲激光器100运行时，808nm泵浦激光器21发出泵浦光，激光晶体22吸收808nm泵浦激光后，实现粒子数反转激光晶体22的输入端的镀膜及被动调q晶体23的输出端的镀膜构成谐振腔；被动调q晶体23放置在谐振腔内，实现激光的脉冲运转，产生将1064nm脉冲光；空间耦合器24与被动调q晶体23的输出端对应设置，通过调节空间耦合器24位置，令将1064nm脉冲光耦合进尾纤25，获得1064nm脉冲光的光纤输出；在具体应用中，通过选取功率在1-2w的808nm泵浦激光器21及总长在3-10mm的键合整体，从而能输出100mw以上光纤输出的脉冲激光，且光脉冲宽度在1-10ns级别；具体地，808nm泵浦激光器21、激光晶体22、被动调q晶体23、空间耦合器24、及尾纤25安装在壳体中；由于被动调q产生的激光频率由被动调q晶体23的掺杂浓度决定，被动调q晶体23的掺杂浓度过高，造成输出激光频率过低，不利于得到更多频率的激光输出，被动调q晶体23的掺杂浓度过低，会造成输出激光频率过高，过高电调制电流时则会存在电流上升下降时间超过调制周期的失调情况，因此，在其中一种实施方式中，用作被动调q晶体23的cr:yag的掺杂浓度为0.3～1at％，其1064nm初始透过率为5％～95％@1.06μm，从而获得最佳的激光频率输出效果。

本实施例中，通过激光晶体的输入端的镀膜及被动调q晶体的输出端的镀膜构成谐振腔；被动调q晶体放置在谐振腔内，实现激光的脉冲运转，空间耦合器将1064nm脉冲光耦合进尾纤，从而利用价格较低的808nm泵浦激光器实现1064nm脉冲光的光纤输出，有效控制了光纤脉冲激光器的成本。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。