一种超快光纤激光折叠腔系统的制作方法

本实用新型涉及光学器件技术领域，更具体地说，是涉及一种超快光纤激光折叠腔系统。

背景技术：

超快光纤激光技术是近年来光电子技术领域，特别是激光技术领域炙手可热的研究方向之一，已在工业制造、医疗、能源勘探、军事国防等领域获得了广泛应用。光纤激光器是利用玻璃光纤作为增益介质的激光器，在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度，使得激光工作物质的激光能级实现“粒子数反转”，其适当加入正反馈回路后便可形成激光振荡输出。

然而，现有的光纤激光器由于其光路结构的设计存在一定局限性，导致其输出功率较低，无法实现高功率输出。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种超快光纤激光折叠腔系统，以解决现有光纤激光器输出功率低的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种超快光纤激光折叠腔系统，包括光纤激光系统，所述光纤激光系统包括沿光路设置的：

泵浦源，用于产生泵浦光；

掺杂光纤，用于吸收所述泵浦光并产生激光；

偏振控制器，用于调节所述激光的偏振状态；

双折射片；

可调谐滤波器，用于对所述激光的输出波长进行调整；以及

光纤放大器，用于为所述激光提供增益，所述光纤放大器的一端与所述可调谐滤波器连接，所述光纤放大器的另一端和所述泵浦源均与所述掺杂光纤连接。

在一个实施例中，所述掺杂光纤为稀土掺杂双包层的光子晶体光纤，所述光子晶体光纤包括纤芯和内包层，所述内包层包覆于所述纤芯表面。

在一个实施例中，所述光子晶体光纤的数值孔径不小于0.9。

在一个实施例中，所述超快光纤激光折叠腔系统还包括可饱和吸收体，所述可饱和吸收体设于所述泵浦源和所述掺杂光纤之间。

在一个实施例中，所述超快光纤激光折叠腔系统还包括延迟线，所述延迟线设于所述掺杂光纤和所述偏振控制器之间。

在一个实施例中，所述超快光纤激光折叠腔系统还包括调节器，所述调节器设于所述光纤放大器和所述泵浦源之间。

在一个实施例中，所述超快光纤激光折叠腔系统还包括隔离器，所述隔离器设于所述偏振控制器和所述双折射片之间。

在一个实施例中，所述超快光纤激光折叠腔系统还包括激光监测单元，所述激光监测单元设于所述可调谐滤波器的出光路径上，用于监测经所述可调谐滤波器输出的激光。

在一个实施例中，所述激光监测单元包括探测器和示波器；

所述探测器与所述可调谐滤波器连接，用于探测经所述可调谐滤波器输出的激光；

所述示波器与所述探测器连接。

在一个实施例中，所述超快光纤激光折叠腔系统还包括移动平台；

所述光纤激光系统设于所述移动平台上，所述移动平台至少用于调整所述光纤激光系统中所述掺杂光纤的模场面积。

本实用新型提供的超快光纤激光折叠腔系统的有益效果至少在于：本实用新型通过在泵浦源的出光路径上设置掺杂光纤，在泵浦光的作用下掺杂光纤内极易形成高功率密度，从而可以有效提高超快光纤激光折叠腔系统的输出功率，同时光纤放大器的设置可以进一步提高激光的输出功率，有利于实现激光器的高功率输出。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅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。

图1为本实用新型实施例提供的超快光纤激光折叠腔系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的超快光纤激光折叠腔系统中光纤激光系统的一种结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的超快光纤激光折叠腔系统中激光腔的一种结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的超快光纤激光折叠腔系统的立体结构示意图。

其中，图中各附图标记：

10-超快光纤激光折叠腔系统；11-光纤激光系统；

111-泵浦源；112-掺杂光纤；

113-偏振控制器；114-双折射片；

115-可调谐滤波器；116-光纤放大器；

117-可饱和吸收体；118-延迟线；

119-调节器；120-射频；

121-隔离器；122-激光监测单元；

1221-探测器；1222-示波器；

123-聚焦透镜；124-激光晶体；

13-移动平台；14-盖板。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1和图4，本实施例提供一种超快光纤激光折叠腔系统10，包括光纤激光系统11，光纤激光系统11包括沿光路设置的泵浦源111、掺杂光纤112、偏振控制器113、双折射片114、可调谐滤波器115以及光纤放大器116，光纤放大器116的一端与可调谐滤波器115连接，光纤放大器116的另一端和泵浦源111均与掺杂光纤112连接。

其中，泵浦源111用于产生泵浦光，掺杂光纤112中的掺杂离子吸收泵浦光，其电子被激励到较高的激发能级上，实现了粒子数反转，反转后的粒子以辐射形式从高能级转到基态，输出激光。

偏振控制器113利用光束在具有双折射性质的介质中传播时速度不同，从而引起一光束相对另一光束产生相位延迟引起偏振态改变，从而可以调节激光的偏振状态。

双折射片114采用单光轴晶体，且双折射片114的光轴与正方向之间具有一定夹角，当激光入射至双折射片114时，会分解为正交的两束线偏振光。

可调谐滤波器115是一种色散元件，其输出的激光波长与其输入的频率相关，当改变可调谐滤波器115的频率时，就可以从输入的宽频谱激光中选择不同波长的激光输出。

光纤放大器116为激光器提供增益，可以是半导体光放大器，掺杂光纤放大器，拉曼放大器，参量放大器等。光纤放大器116通过改变纤芯附近的空气孔的直径，可以引起两个正交轴上有效折射率的差异，从而在光纤内引入双折射，其放大效果比普通保偏光纤高一个量级。

应当理解的是，泵浦源111、掺杂光纤112、偏振控制器113、双折射片114、可调谐滤波器115以及光纤放大器116之间的连接顺序可以根据需要进行任意交换，从而进行调整。为了描述方便，以泵浦源111、掺杂光纤112、偏振控制器113、双折射片114、可调谐滤波器115以及光纤放大器116依次连接为例进行说明，但并不对连接顺序进行限制。光纤放大器116的数量可以根据需要进行设置，可以为一个或多个，此处不做限制。

本实施例提供的超快光纤激光折叠腔系统10的一种工作原理可为：泵浦源111产生的泵浦光进入激光腔内的掺杂光纤112，掺杂光纤112吸收泵浦光后产生激光，激光传输至偏振控制器113，经偏振控制器113控制偏振态后传输至双折射片114，并进一步传输至可调谐滤波器115滤波，经过滤波的激光经光线放大器116进行放大，其中一部分激光可输出至激光腔外，另一部分激光则于泵浦源111产生的泵浦光一起进入掺杂光纤112，开始下一个循环。

本实施例提供的超快光纤激光折叠腔系统10中，通过在泵浦源111的出光路径上设置掺杂光纤112，在泵浦光的作用下掺杂光纤112内极易形成高功率密度，从而可以有效提高超快光纤激光折叠腔系统10的输出功率，同时光纤放大器116的设置可以进一步提高激光的输出功率，实现激光器的高功率输出。

在一个实施例中，为了让激光腔中的激光能够顺利输出至激光腔外，光纤放大器116和泵浦源111之间还设有光分束器，从而使得激光经光纤放大器116放大后一部分可以传输至激光腔之外，另一部分则可以在激光腔内进入下一个循环。

在一个实施例中，为了能够将光纤放大器116输出的激光与泵浦源111产生的泵浦光更好地耦合至掺杂光纤112处，在光纤放大器116、泵浦源111和掺杂光纤112之间还可以设置光耦合器。

在一个实施例中，掺杂光纤112为稀土掺杂双包层的光子晶体光纤(photoniccrystalfiber，简写为pcf)，光子晶体光纤包括纤芯和内包层，内包层包覆于纤芯表面，纤芯的折射率大于内包层的折射率。光子晶体光纤的导光原理是利用光的全反射原理，即当光以大于临界角的角度由折射率大的光密介质入射到折射率小的光疏介质时，将发生全反射，入射光将全部反射至折射率大的光密介质中，折射率小的光疏介质中将没有光透过，从而确保激光在纤芯中传输。

在本实施例中，通过提高内包层的空气填充比例，增大掺杂光纤112的内包层和纤芯的相对折射率差可增大内包层的数值孔径，使得光子晶体光纤的数值孔径不小于0.9(远高于普通石英光纤的1.46～1.48)。

请参阅图1和图4，在一个实施例中，为了使得超快光纤激光折叠腔系统10具有锁模功能，输出具有确定模式的激光，光纤激光系统11还包括可饱和吸收体117，可饱和吸收体117设于泵浦源111和掺杂光纤112之间(其可以和泵浦源111集成在一个器件中，也可以分开设置)，从而可以对泵浦光进行锁模后再传输至掺杂光纤112中实现增益。可选地，可饱和吸收体117为半导体可饱和吸收体(sesam)。当然，在其他实施例中，可饱和吸收体117也可以为其他类型，此处不做限制。在具体应用中，可饱和吸收体117的有效工作面积可以为4mm*4mm，工作波长可以为1064nm。

请参阅图1，在一个实施例中，光纤激光系统11还包括延迟线118，延迟线118设于掺杂光纤112和偏振控制器113之间，其可以和掺杂光纤112一起集成在同一个器件中，也可以分开设置，此处不做限制。延迟线118可以是光纤延迟线，其将光信号进行延迟，可以是普通单模或多模光纤，也可以是色散位移，色散补偿等特种光纤或其组合，其可以为单次单向传播，或者结合光环形器及反射器件如全反射光纤环、反射镜、法拉第旋光反射镜等器件实现双向传播延迟。

请参阅图1，在一个实施例中，光纤激光系统11还包括调节器119，调节器119设于光纤放大器116和泵浦源111之间，用于对从光纤放大器116输出的激光进行调节后再输入掺杂光纤112中。调节器119还可以连接射频120，从而可以通过射频120对调节器119进行调节和控制。

由于超快光纤激光折叠腔系统10对来自连接器、熔接点、滤波器等的反向光非常敏感，并可能导致性能恶化或损坏，因此需要用隔离器121来阻值反向光。请参阅图1和图2，在一个实施例中，光纤激光系统11还包括隔离器121，隔离器121设于偏振控制器113和双折射片114之间。当然，隔离器121还可以设于光路上的任何其他位置，并不仅限于上述的情形。隔离器121主要利用磁光晶体的法拉第效应，是只允许激光沿一个方向通过而在相反方向阻挡光通过的光无源器件。

请参阅图2，在一个实施例中，为了对从激光腔输出的激光强度进行监测，本实施例提供的光纤激光系统11还包括激光监测单元122，激光监测单元122设于可调谐滤波器115的出光路径上，用于监测经可调谐滤波器115输出的激光。此时，可以在可调谐滤波器115的出光路径上设置光分束器，其入光端与可调谐滤波器115连接，两个出光端分别与激光监测单元122和光纤放大器116连接，从而可以实时监测激光的各项参数(例如强度等)，以便对超快光纤激光折叠腔系统10的其他器件进行实时调整，使得激光满足使用要求。例如通过改变泵浦源111的注入泵浦光强度，可以得到不锁模状态(连续光输出)、调q状态(有包络的脉冲光输出)以及连续锁模状态(稳定平齐的脉冲光输出)，通过激光监测单元122的实时监测对超快光纤激光折叠腔系统10进行实时调整，从而获得最佳状态(最平稳)的连续锁模时的平均功率，进而可以计算总的输出功率。

请参阅图2，激光监测单元122的形式可以根据需要进行设置。例如，激光监测单元122包括探测器1221和示波器1222，探测器1221可以是快速光电探测器(其包括支撑套件，探测波长为900nm～1700nm)，其与可调谐滤波器115连接，用于接收经可调谐滤波器115输出的激光。探测器1221还可以设有光功率计(可测最大光功率为20w，主机全彩屏操作，包含有支撑套件)，从而可以直接读取可调谐滤波器115输出激光的平均功率。示波器1222与探测器1221连接，从而可以对激光的各项参数进行直观表征，例如可以获取脉冲激光的重复频率。

请参阅图3，在一个实施例中，泵浦源111产生的泵浦光在进入激光腔之前，可先经聚焦透镜123聚焦至激光晶体124(激光晶体124可以是nd:yvo4，尺寸为3mm*3mm*6mm，后端面镀有二向色膜)上，然后再出射至激光腔中。泵浦光的波长可以根据需要进行设置，例如可以为808nm，产生的激光波长也可以根据需要进行设置，例如可以是红外光(例如1064nm，脉宽小于15ps)、绿光或紫外(例如可至266/263nm)等，从而可以适应不同场景的使用需求。

超快光纤激光折叠腔系统10的形状可以根据需要进行设置，可以是v型、z型、w型等折叠腔。请参阅图3，例如，激光腔的形状为w型，其设有三个反射镜m1、m2和m3，其中反射镜m2作为出光镜设于可调谐滤波器115的出光路径上，同时将普通w型激光腔中的全反射镜替换为可饱和吸收体117，从而可以实现被动锁模超短脉冲激光输出，激光可输出至激光监测单元122。激光腔采用折叠腔设计，具有高稳定性，免维护；同时体积小，易于集成化；输出激光光斑的质量高；整体的表面积/体积比大，抑郁散热；掺杂光纤112的单程增益效率高。

请参阅图1和图4，在一个实施例中，超快光纤激光折叠腔系统10还包括移动平台13，光纤激光系统11设于移动平台13上，移动平台13至少用于调整光纤激光系统11中掺杂光纤112的模场面积，例如，通过移动移动平台13的台面，可以将掺杂光纤112的模场面积增大，从而可以降低光纤内的功率密度和控制光纤产生非线性现象，进一步提高光纤的功率水平。移动平台13还配备有水冷接头、窗口镜以及线缆接头等，水冷接头的设置有助于散热，从而可以有效缩减外形尺寸，节省空间，适用于对体积、重量要求严格的应用场合。移动平台13上还盖设有盖板14，从而可以对光纤激光系统11进行保护。

本实施例提供的超快光纤激光折叠腔系统10的有益效果至少在于：

(1)通过在泵浦源111的出光路径上设置掺杂光纤112，在泵浦光的作用下掺杂光纤112内极易形成高功率密度，从而可以有效提高超快光纤激光折叠腔系统10的输出功率，同时光纤放大器116的设置可以进一步提高激光的输出功率，实现激光器的高功率输出。

(2)通过设置可饱和吸收体117，使得超快光纤激光折叠腔系统10具有锁模功能。

(3)激光腔采用折叠腔设计，具有高稳定性，免维护；同时体积小，易于集成化；输出激光光斑的质量高；整体的表面积/体积比大，抑郁散热；掺杂光纤112的单程增益效率高。

(4)超快光纤激光折叠腔系统10输出的激光具有高重复频率和优良输出性能，重复频率范围可覆盖1khz～100khz，具有优异的空间模式和卓越的功率稳定性，可以有效抑制器件损坏和可靠性降低的问题，可满足众多应用场景的需求，具有良好的应用前景。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。