基于受激布里渊散射的连续和脉冲可切换的装置、方法与流程

本发明属于光纤激光器技术领域，特别涉及一种基于受激布里渊散射的连续和脉冲可切换的装置、方法。

背景技术：

全光纤激光器由于其系统简单、扩展性强、激光效率高等优势在激光加工、材料处理等领域有着广泛的应用。在一些特定领域需要连续激光和脉冲激光能相互转换。如在工业上，针对不同的加工用途有不同激光状态的需求，例如在表面清理、激光涂敷、激光重熔等一般使用连续激光即可，但是在激光切割激光打孔等方面又需要脉冲激光的高峰值功率窄脉宽等特性。

在现有的光纤激光器技术中，通常是采用两台激光器，一台连续激光器和一台脉冲激光器，使用两台激光器来共同完成目标。例如：当需要连续激光时，通过连续激光器来提供连续激光；当需要脉冲激光时，通过脉冲激光器来提供脉冲激光。这样通过切换两台激光器的工作状态，来分别提供连续激光或者脉冲激光。但是，在两台激光器来共同完成目标的过程中，也使得系统的复杂度增加，成本较高。

综上所述，在现有的光纤激光器技术中，存在着连续激光和脉冲激光相互切换过程中，系统的复杂度和成本较高的技术问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是在现有的光纤激光器技术中，存在着连续激光和脉冲激光相互切换过程中，系统的复杂度和成本较高的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于受激布里渊散射的连续和脉冲可切换的装置，所述装置包括：激光器系统，所述激光器系统包括:半导体激光器泵浦源；波分复用器，所述波分复用器和所述半导体激光器泵浦源连接；增益光纤，所述增益光纤和所述波分复用器连接，使得所述半导体激光器泵浦源通过所述波分复用器将泵浦激光传输到所述增益光纤；光纤布拉格光栅，所述光纤布拉格光栅和所述增益光纤连接，以提供激光反馈；光纤耦合器，所述光纤耦合器和所述波分复用器连接；法布里珀罗干涉仪，所述法布里珀罗干涉仪和所述光纤耦合器连接，以通过所述波分复用器、所述增益光纤、所述光纤布拉格光栅、所述光纤耦合器和所述法布里珀罗干涉仪形成一个腔，当反转粒子数在所述腔内积累到受激布里渊散射的阀值时，腔内的反转粒子下降并在腔内形成调q巨脉冲，通过所述法布里珀罗干涉仪的干涉作用使该激光器发射出稳定的调q脉冲序列；光隔离器，所述光隔离器和所述光纤耦合器连接；激光状态控制器，所述激光状态控制器和所述光隔离器连接；其中，所述激光状态控制器输出的激光依次通过所述光隔离器、光纤耦合器进入所述腔内，以打破多级受激布里渊散射激光之间的增益平衡，使得所述激光器输出连续激光状态。

进一步地，所述波分复用器的型号是980nm/1550nm三端口波分复用器。

进一步地，所述增益光纤的长度是10m，所述增益光纤是掺饵光纤。

进一步地，所述光纤布拉格光栅的中心波长是1550.86nm，峰值反射率是99.86％，3db宽带是1.67nm。

进一步地，所述法布里珀罗干涉仪包括：两根光纤跳线的端面，两根所述光纤跳线的端面之间的间距数值范围是0.005mm至5mm。

依据本发明的又一个方面，本发明还提供一种基于受激布里渊散射的连续和脉冲可切换的方法，应用于权利要求1-5任一项所述的装置，所述方法包括：关闭激光状态控制器，将泵浦激光通过波分复用器传输至增益光纤，并通过光纤布拉格光栅提供激光反馈，当反转粒子数在腔内积累到受激布里渊散射的阀值时，激光器的激光输出处是调q脉冲激光状态；开启所述激光状态控制器，所述激光状态控制器的激光通过光隔离器、光纤耦合器进入所述腔内，以打破多级受激布里渊散射激光之间的增益平衡，所述激光器的激光输出处是连续激光状态。

进一步地，所述激光状态控制器的输出波长是1550nm。

进一步地，所述激光状态控制器的输出最高功率是175mw。

进一步地，所述光隔离器的中心波长是1550nm，带宽是±20nm。

进一步地，所述光纤耦合器的中心波长是1550nm，耦合比例是5:95。

有益效果：

本发明提供一种基于受激布里渊散射的连续和脉冲可切换的装置，通过激光器系统中波分复用器和半导体激光器泵浦源相互连接，增益光纤和波分复用器连接，光纤布拉格光栅和增益光纤连接。同时，光纤耦合器和法布里珀罗干涉仪连接，光纤耦合器和波分复用器连接，光隔离器和光纤耦合器连接，激光状态控制器和光隔离器连接，以通过波分复用器、增益光纤、光纤布拉格光栅、光纤耦合器和法布里珀罗干涉仪形成一个腔，当反转粒子数在腔内积累到受激布里渊散射的阀值时，腔内的反转粒子数雪崩式下降并在腔内形成调q巨脉冲，通过法布里珀罗干涉仪的干涉作用使该激光器发射出稳定的调q脉冲序列。这样当关闭激光状态控制器时，输出调q脉冲状态的激光；当开启激光状态控制器时，输出连续状态的激光。并且激光状态控制器输出的激光依次通过光隔离器、光纤耦合器进入腔内，以打破多级受激布里渊散射激光之间的增益平衡，使得激光器输出连续激光状态。继而能够在一台激光器中实现连续激光和脉冲激光的相互切换，降低了系统的复杂度，减少成本。从而达到能够降低系统的复杂度，减少成本的技术效果。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。

图1为本发明实施例提供的一种基于受激布里渊散射的连续和脉冲可切换的装置的整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种基于受激布里渊散射的连续和脉冲可切换的装置输出的连续激光的时域图；

图3为本发明实施例提供的一种基于受激布里渊散射的连续和脉冲可切换的装置输出的调q脉冲激光的时域图；

图4为本发明实施例提供的一种基于受激布里渊散射的连续和脉冲可切换的方法的流程图。

具体实施方式

本发明公开了一种基于受激布里渊散射的连续和脉冲可切换的装置，通过激光器系统中波分复用器20和半导体激光器泵浦源10相互连接，增益光纤30和波分复用器20连接，光纤布拉格光栅40和增益光纤30连接。同时，光纤耦合器50和法布里珀罗干涉仪60连接，光纤耦合器50和波分复用器20连接，光隔离器70和光纤耦合器50连接，激光状态控制器80和光隔离器70连接，以通过波分复用器20、增益光纤30、光纤布拉格光栅40、光纤耦合器50和法布里珀罗干涉仪60形成一个腔，当反转粒子数在腔内积累到受激布里渊散射的阀值时，腔内的反转粒子数雪崩式下降并在腔内形成调q巨脉冲，通过法布里珀罗干涉仪60的干涉作用使该激光器发射出稳定的调q脉冲序列。这样当关闭激光状态控制器80时，输出调q脉冲状态的激光；当开启激光状态控制器80时，输出连续状态的激光。并且激光状态控制器80输出的激光依次通过光隔离器70、光纤耦合器50进入腔内，以打破多级受激布里渊散射激光之间的增益平衡，使得激光器输出连续激光状态。继而能够在一台激光器中实现连续激光和脉冲激光的相互切换，降低了系统的复杂度，减少成本。从而达到能够降低系统的复杂度，减少成本的技术效果。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围；其中本实施中所涉及的“和/或”关键词，表示和、或两种情况，换句话说，本发明实施例所提及的a和/或b，表示了a和b、a或b两种情况，描述了a与b所存在的三种状态，如a和/或b，表示：只包括a不包括b；只包括b不包括a；包括a与b。

同时，本发明实施例中，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本发明实施例中所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明目的，并不是旨在限制本发明。

实施例一

请参见图1,图1是本发明实施例提供的一种基于受激布里渊散射的连续和脉冲可切换的装置的整体结构示意图，所述基于受激布里渊散射的连续和脉冲可切换的装置包括：激光器系统、光纤耦合器50、法布里珀罗干涉仪60、光隔离器70和激光状态控制器80。现分别对激光器系统、光纤耦合器50、法布里珀罗干涉仪60、光隔离器70和激光状态控制器80进行以下详细说明：

对于激光器系统而言：

激光器系统包括半导体激光器泵浦源10、波分复用器20、增益光纤30和光纤布拉格光栅40。波分复用器20和所述半导体激光器泵浦源10连接；增益光纤30和所述波分复用器20连接，使得所述半导体激光器泵浦源10通过所述波分复用器20将泵浦激光传输到所述增益光纤30；光纤布拉格光栅40和所述增益光纤30连接，以提供激光反馈。其中，所述波分复用器20的型号是980nm/1550nm三端口波分复用器。所述增益光纤30的长度是10m，所述增益光纤30是掺饵光纤。所述光纤布拉格光栅40的中心波长是1550.86nm，峰值反射率是99.86％，3db宽带是1.67nm。

请继续参见图1，受激布里渊散射主要是由于入射光功率很高，由光波产生的电磁伸缩效应在物质内激起超声波，入射光受超声波散射而产生的。布里渊散射起源于激光电场与分子或固体中的声波场的相互作用，也就是光子与声子的相互作用，又称声子散射。强入射激光场在介质中感应出强声波场，并被它散射的一种非线性光效应。与自发布里渊散射不同，受激布里渊散射的产生过程是：在激光的电场作用下，通过电致伸缩效应，使介质发生周期性密度和介电常数的变化，感生声波场，而导致入射光与声波场间发生相干散射过程。强泵浦激光场射入介质时，光波场的电致伸缩效应开始起作用，使介质内某些状态的声频振动(声子)得到极大增强，增强了的声波场又反过来增强对入射激光的散射作用，声波场、激光波场、激光的散射光波场在介质中同时存在，互相耦合。当入射激光的强度达到阈值后，使介质内声波场与散射光波场的增强作用补偿各自的损耗作用，产生感应声波场与布里渊散射光波场的受激放大或振荡效应，散射光具有发散角小、线宽窄等受激发射的特性，故称为受激布里渊散射。泵浦源10是激光工作物质进行激励，将激活粒子从基态抽运到高能级，以实现粒子数反转。根据工作物质和激光器运转条件的不同。可以采取不同的激励方式和激励装置。常见的有光学激励(光泵浦)、气体放电激励、化学激励、核能激励。光纤布拉格光栅40是在光敏玻璃的技术上，通过紫外光的热加工作用，引起具有一些特殊成分的光敏玻璃的折射率的永久性改变，从而在光敏玻璃内部形成按一定规律的内部折射率分布。正是利用此全息照相技术，制作成体布拉格光栅。半导体激光器激光状态控制信号源是输出激光波长为1550nm的半导体激光器，半导体激光器激光状态控制信号源的输出最高功率为175mw。

需要注意的是，光状态控制信号源先处于关闭状态，通过中心波长为1550nm、带宽的数值范围是±20nm的光隔离器70，再连到中心波长为1550nm、耦合比例为5：95的光纤耦合器50，光纤耦合器50再与激光器系统相连。激光器系统采用最高泵浦功率为600mw中心波长为980nm的半导体激光器，该半导体激光器发射500mw激光通过980nm/1550nm的波分复用器20输入10m长的掺铒光纤内。光纤布拉格光栅40的中心波长为1550.86nm，峰值反射率为99.86％，3db带宽为1.67nm。半导体激光器所发射的激光功率是泵浦激光单元内的半导体激光器所发射功率的0.1％及以上。光纤布拉格光栅40是高反射率光栅。所述的法布里珀罗干涉仪60是两跳线未接触的端面构成的，调节跳线的端面间距使激光器发射出稳定的调q脉冲激光。请参见图2，图2是本发明实施例提供的一种基于受激布里渊散射的连续和脉冲可切换的装置输出的连续激光的时域图，此时该系统的激光输出状态为调q脉冲激光。请参见图3，图3是本发明实施例提供的一种基于受激布里渊散射的连续和脉冲可切换的装置输出的调q脉冲激光的时域图，打开半导体激光器，输出功率调到10mw，整个系统输出连续激光。

对于光纤耦合器50和法布里珀罗干涉仪60而言：

光纤耦合器50和所述波分复用器20连接；所述法布里珀罗干涉仪60和所述光纤耦合器50连接，以通过所述波分复用器20、所述增益光纤30、所述光纤布拉格光栅40、所述光纤耦合器50和所述法布里珀罗干涉仪60形成一个腔，当反转粒子数在所述腔内积累到受激布里渊散射的阀值时，腔内的反转粒子下降并在腔内形成调q巨脉冲，通过所述法布里珀罗干涉仪60的干涉作用使该激光器发射出稳定的调q脉冲序列。其中，所述法布里珀罗干涉仪60包括：两根光纤跳线的端面，两根所述光纤跳线的端面之间的间距数值范围是0.005mm至5mm。

请继续参见图1，光纤耦合器又称分歧器、连接器、适配器、光纤法兰盘，是用于实现光信号分路/合路，或用于延长光纤链路的元件，属于光被动元件领域。法布里珀罗干涉仪60是一种由两块平行的玻璃板组成的多光束干涉仪，其中两块玻璃板相对的内表面都具有高反射率。光纤耦合器50作为连接器件。光纤耦合器50和法布里珀罗干涉仪60连接，所述光纤耦合器50的耦合带宽包括所述半导体激光器激光状态控制信号源所发射的激光，并且该带宽和增益介质(增益光纤30作为增益介质)的增益带宽相互匹配，光纤耦合器的耦合带宽和增益带宽相匹配是指激光状态控制器80输出的激光应接近调q状态下所发射激光的光谱范围的中心(例如1550nm)。光纤耦合器50的耦合比例可以在不影响本发明激光器性能的情况下随意改变。法布里珀罗干涉仪60的两跳线端面间距在0.005mm到5mm之间。法布里珀罗干涉仪60的闲置端光纤端面被切成斜角作为激光器的输出端。

对于激光状态控制器80和光隔离器70而言：

光隔离器70和所述光纤耦合器50连接；所述激光状态控制器80和所述光隔离器70连接。其中，所述激光状态控制器80输出的激光依次通过所述光隔离器70、光纤耦合器50进入所述腔内，以打破多级受激布里渊散射激光之间的增益平衡，使得所述激光器输出连续激光状态。

请继续参见图1，光隔离器70是一种只允许单向光通过的无源光器件，光隔离器70的工作原理是基于法拉第旋转的非互易性。通过光纤回波反射的光能够被光隔离器70很好的隔离，光隔离器70主要利用磁光晶体的法拉第效应，光隔离器70的特性是：正向插入损耗低，反向隔离度高，回波损耗高。光隔离器70是允许光向一个方向通过而阻止向相反方向通过的无源器件，作用是对光的方向进行限制，使光只能单方向传输，通过光纤回波反射的光能够被光隔离器70很好的隔离，提高光波传输效率。光隔离器70作为保护器件隔离腔内激光。激光状态控制器80是指半导体激光器激光状态控制信号源。半导体激光器激光控制信号源处于关闭状态。半导体激光器泵浦源10通过波分复用器20将泵浦激光传输到增益光纤30，光纤布拉格光栅40提供激光反馈，法布里珀罗干涉仪60由于具有较高的损耗，反转粒子数在腔内积累，当达到了受激布里渊散射的阈值时，腔内的反转粒子数雪崩式下降并在腔内形成调q巨脉冲。通过法布里珀罗干涉仪60的干涉作用使该激光器发射出稳定的调q脉冲序列。此时激光器的激光输出处于调q脉冲激光状态。打开半导体激光器激光状态控制信号源，该波长激光通过光隔离器70和耦合器进入腔内，多级受激布里渊散射激光之间的增益平衡被打破，激光器内的稳定调q状态被打破。整个激光器失去调q状态，注入激光被放大，该激光器转为连续脉冲激光。此时，激光器的激光输出处于连续激光状态。

需要注意的是，本发明实施例提供的一种基于受激布里渊散射的连续和脉冲可切换的装置，在腔内无需任何主动调制介质或额外的电力控制系统。使用光信号便能实现激光器连续/脉冲状态的瞬时转变。具体原理为：通过在一个稳定运转的基于受激布里渊散射散射的调q光纤激光器内注入特定波长的激光可以对运转状态产生干扰，通过改变因为受激布里渊散射而激发的多级斯托克斯光的增益打破激光器的平衡状态，从而破坏激光器的正常调q运转，注入的特定波长的光被放大，使激光器的输出激光状态从调q脉冲态转变为连续激光状态，停止输入特定波长的激光可以使激光器的调q状态恢复，而且该激光可以通过光纤耦合器50注入，从而实现全光纤化的对调q脉冲激光器输出状态的控制。

本发明提供一种基于受激布里渊散射的连续和脉冲可切换的装置，通过激光器系统中波分复用器20和半导体激光器泵浦源10相互连接，增益光纤30和波分复用器20连接，光纤布拉格光栅40和增益光纤30连接。同时，光纤耦合器50和法布里珀罗干涉仪60连接，光纤耦合器50和波分复用器20连接，光隔离器70和光纤耦合器50连接，激光状态控制器80和光隔离器70连接，以通过波分复用器20、增益光纤30、光纤布拉格光栅40、光纤耦合器50和法布里珀罗干涉仪60形成一个腔，当反转粒子数在腔内积累到受激布里渊散射的阀值时，腔内的反转粒子数雪崩式下降并在腔内形成调q巨脉冲，通过法布里珀罗干涉仪60的干涉作用使该激光器发射出稳定的调q脉冲序列。这样当关闭激光状态控制器80时，输出调q脉冲状态的激光；当开启激光状态控制器80时，输出连续状态的激光。并且激光状态控制器80输出的激光依次通过光隔离器70、光纤耦合器50进入腔内，以打破多级受激布里渊散射激光之间的增益平衡，使得激光器输出连续激光状态。继而能够在一台激光器中实现连续激光和脉冲激光的相互切换，降低了系统的复杂度，减少成本。从而达到能够降低系统的复杂度，减少成本的技术效果。

基于同一发明构思，本申请提供了与实施例一所对应的一种基于受激布里渊散射的连续和脉冲可切换的方法，详见实施例二。

实施例二

如图4所示，图4为本发明实施例提供的一种基于受激布里渊散射的连续和脉冲可切换的方法流程图。本发明实施例二提供了一种基于受激布里渊散射的连续和脉冲可切换的方法，所述方法包括：

步骤s100，关闭激光状态控制器80，将泵浦激光通过波分复用器20传输至增益光纤30，并通过光纤布拉格光栅40提供激光反馈，当反转粒子数在腔内积累到受激布里渊散射的阀值时，激光器的激光输出处是调q脉冲激光状态。其中，所述激光状态控制器80的输出波长是1550nm。所述激光状态控制器80的输出最高功率是175mw。

具体而言，首先将光状态控制信号源先设置为关闭状态，通过将中心波长为1550nm、带宽的数值范围是±20nm的光隔离器70，以及中心波长为1550nm、耦合比例为5：95的光纤耦合器50，光纤耦合器50再与激光器系统相互连接。激光器系统采用最高泵浦功率为600mw中心波长为980nm的半导体激光器，该半导体激光器发射500mw激光通过980nm/1550nm的波分复用器20输入10m长的掺铒光纤内。光纤布拉格光栅40的中心波长为1550.86nm，峰值反射率为99.86％，3db带宽为1.67nm。半导体激光器所发射的激光功率是泵浦激光单元内的半导体激光器所发射功率的0.1％及以上。光纤布拉格光栅40是高反射率光栅。所述的法布里珀罗干涉仪60是两跳线未接触的端面构成的，调节跳线的端面间距使激光器发射出稳定的调q脉冲激光。这样在关闭激光状态控制器80时，所发射出的是稳定的调q脉冲激光。

步骤s110，开启所述激光状态控制器80，所述激光状态控制器80的激光通过光隔离器70、光纤耦合器50进入所述腔内，以打破多级受激布里渊散射激光之间的增益平衡，所述激光器的激光输出处是连续激光状态。其中，所述光隔离器70的中心波长是1550nm，带宽是±20nm。所述光纤耦合器50的中心波长是1550nm，耦合比例是5:95。

请继续参见图4，激光状态控制器80是指半导体激光器激光状态控制信号源。在实际操作中，半导体激光器的输出激光波长为1550nm的半导体激光器，输出最高功率为175mw。将半导体激光器先处于关闭状态后，即通过中心波长为1550nm、带宽±20nm的光隔离器70连到中心波长为1550nm、耦合比例为5：95的光纤耦合器50，光纤耦合器50再与激光器系统相连。激光器系统采用最高泵浦功率为600mw中心波长为980nm的半导体激光器，该半导体激光器发射500mw激光通过980nm/1550nm的波分复用器20输入10m长的掺铒光纤内。光纤布拉格光栅40的中心波长为1550.86nm，峰值反射率为99.86％，3db带宽为1.67nm。所述的法布里珀罗干涉仪60是两跳线未接触的端面构成的，调节跳线的端面间距使激光器发射出稳定的调q脉冲激光。此时该系统的激光输出状态为调q脉冲激光。然后再打开半导体激光器，输出功率调到10mw，即通过在一个稳定运转的基于受激布里渊散射散射的调q光纤激光器内注入特定波长的激光来对运转状态产生干扰，再通过改变因为受激布里渊散射而激发的多级斯托克斯光的增益打破激光器的平衡状态，从而破坏激光器的正常调q运转，注入的特定波长的光被放大，使激光器的输出激光状态从调q脉冲态转变为连续激光状态，停止输入特定波长的激光可以使激光器的调q状态恢复，而且该激光可以通过光纤耦合器50注入，从而实现全光纤化的对调q脉冲激光器输出状态的控制。

本发明提供一种基于受激布里渊散射的连续和脉冲可切换的方法，通过关闭激光状态控制器80，将泵浦激光通过波分复用器20传输至增益光纤30，并通过光纤布拉格光栅40提供激光反馈，当反转粒子数在腔内积累到受激布里渊散射的阀值时，激光器的激光输出处是调q脉冲激光状态；再开启所述激光状态控制器80，所述激光状态控制器80的激光通过光隔离器70、光纤耦合器50进入所述腔内，以打破多级受激布里渊散射激光之间的增益平衡，所述激光器的激光输出处是连续激光状态。这样当关闭激光状态控制器80时，输出调q脉冲状态的激光；当开启激光状态控制器80时，输出连续状态的激光。并且激光状态控制器80输出的激光依次通过光隔离器70、光纤耦合器50进入腔内，以打破多级受激布里渊散射激光之间的增益平衡，使得激光器输出连续激光状态。继而能够在一台激光器中实现连续激光和脉冲激光的相互切换，降低了系统的复杂度，减少成本。从而达到能够降低系统的复杂度，减少成本的技术效果。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。