被动调Q脉冲光纤激光器及被动调Q脉冲激光的输出方法与流程

本申请涉及激光器领域，特别是涉及一种被动调q脉冲光纤激光器及被动调q脉冲激光的输出方法。

背景技术：

近年来，激光因其拥有良好的方向性、相干性及高亮度等特点而被广泛应用于通信、加工、医疗与测绘等领域，激光发射系统中的一大类别为调q脉冲激光器，调q脉冲激光器可将一般输出的连续激光能量压缩到宽度极窄的脉冲中发射，从而使光源的峰值功率提高几个数量级。

本申请的发明人发现，传统的调q脉冲激光器常采用声光q晶体(teo2)主动调q，此类主动调q脉冲激光器需要复杂的外加控制电路，致使激光器的整体结构复杂，成本较高。

技术实现要素：

本申请主要解决的技术问题是提供一种被动调q脉冲光纤激光器，能使激光器结构更加简单紧凑，制备成本更低。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种被动调q脉冲光纤激光器，包括：泵浦源、掺镱增益光纤、合束器、准直器、可饱和吸收体、高反光栅、低反光栅，其中，所述高反光栅与低反光栅设置在所述被动调q脉冲光纤激光器装置的两端形成激光谐振腔，所述泵浦源与所述低反光栅通过所述合束器与所述掺镱增益光纤的一端面连接，所述掺镱增益光纤的另一端面与所述高反光栅通过所述准直器与所述可饱和吸收体的两端连接，所述可饱和吸收体通过对所述激光谐振腔内的振荡光的可饱和吸收形成被动调q脉冲激光。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种被动调q脉冲激光的输出方法，所述方法包括：利用泵浦源在电激励下产生泵浦光，并通过合束器将所述泵浦光注入掺镱增益光纤内；利用所述掺镱增益光纤在所述泵浦光的激励下产生激光跃迁，从而在所述脉冲光纤激光器的激光谐振腔内产生振荡光；通过准直器将所述振荡光准直后入射到平凸透镜上，并利用所述平凸透镜将准直后的所述振荡光聚焦到可饱和吸收体上；通过所述可饱和吸收体的基态吸收所述平凸透镜聚焦到所述可饱和吸收体上的所述振荡光直至所述可饱和吸收体的激发态饱和，致使所述可饱和吸收体的透过率升高，从而使所述激光谐振腔内的损耗降低，q值突变升高，所述振荡光形成所述被动调q脉冲激光；通过低反光栅将所述被动调q脉冲激光输出。

本申请的有益效果是：本申请所提供的被动调q脉冲光纤激光器装置与被动调q脉冲激光的输出方法通过在脉冲激光器中设置可饱和吸收体，可饱和吸收体吸收激光谐振腔内的振荡光达到激发态，可饱和吸收体达到激发态后其透过率突变升高，使激光谐振腔内的损耗降低，q值突变升高，从而形成被动调q脉冲激光并输出，本申请所提供的被动调q脉冲激光器通过改变可饱和吸收体的透过率以及掺镱增益光纤的长度、泵浦源的功率三个方面来调节脉冲激光器的频率和脉宽，达到传统主动调q脉冲激光器的性能，并且能够使激光器的结构更加简单紧凑，显著降低了制备成本，提升了产品竞争力。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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。

其中：

图1为本申请被动调q脉冲光纤激光器一实施例的装置结构图；

图2为本申请被动调q脉冲光纤激光器另一实施例的装置结构图；

图3为本申请输出被动调q脉冲激光的方法一实施例的步骤流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参阅图1，图1为本申请被动调q脉冲光纤激光器一实施例的装置结构图，该装置结构包括：泵浦源1100、掺镱增益光纤1300、合束器1200、准直器1500、可饱和吸收体1400、高反光栅1700、低反光栅1600。

其中，高反光栅1700与低反光栅1600设置在被动调q脉冲光纤激光器装置的两端形成激光谐振腔，泵浦源1100与低反光栅1600通过合束器1200与掺镱增益光纤1300的一端面连接，掺镱增益光纤1300的另一端面与高反光栅1700通过准直器1500与可饱和吸收体1400的两端连接，可饱和吸收体1400通过对激光谐振腔内的振荡光的可饱和吸收形成被动调q脉冲激光。

在一实施例中，泵浦源1100在电激励下产生的泵浦光通过合束器1200注入掺镱增益光纤1300内，掺镱增益光纤1300在泵浦光的激励下产生激光跃迁，在激光谐振腔内产生振荡光，可饱和吸收体1400的基态吸收振荡光直至可饱和吸收体1400的激发态饱和，透过率升高，使激光谐振腔内的损耗降低，q值突变升高，振荡光形成被动调q脉冲激光通过低反光栅1600输出。

在一实施例中，当泵浦源1100被电激励工作时，泵浦源1100把电功率转换为泵浦光，泵浦源1100发出的泵浦光通过合束器1200耦合到掺镱增益光纤1300内产生振荡光，振荡光在高反光栅1700和低反光栅1600之间所形成的激光谐振腔内传播，在泵浦的初始阶段，振荡光通过可饱和吸收体1400时，可饱和吸收体1400的基态电子吸收振荡光光子，并跃迁到激发态，振荡光光子的能量被储存到可饱和吸收体1400的激发态，可饱和吸收体1400的激发态吸收振荡光光子饱和后，可饱和吸收体被漂白，其透过率增加，从而使得激光谐振腔内损失减小，激光谐振腔的q值突变增大，存储在激光谐振腔内的光子以调q脉冲的形式通过低反光栅1600输出，在调q脉冲输出后，可饱和吸收体1400的基态能级继续吸收激光谐振腔内振荡光光子，进行输出下一被动调q脉冲激光的能量积累。

在一具体应用场景中，上述掺镱增益光纤1300的长度、泵浦源1100的功率均可调整，以在通过上述可饱和吸收体1400被动调q之外调节脉冲激光器的频率和脉宽。

在一具体实施方式中，可饱和吸收体1400采用双平面的cr⁴⁺：yag晶体，该cr⁴⁺：yag晶体的尺寸为3mmx3mm，厚度为1mm，小信号透过率to＝60％，该cr⁴⁺：yag晶体的靠近高反光栅1700的表面制备1064nm增透膜，靠近掺镱增益光纤1300的表面制备泵浦光976nm波长高反，振荡光1064nm增透的多层介质膜，并与掺镱增益光纤1300近贴放置，该表面也可不镀膜，并与掺镱增益光纤1300通过光胶结合。掺镱增益光纤1300采用单模双包层掺镱光纤，光纤芯径10微米，纤芯的光纤数值孔径为0.08，内包层直径是130微米，内包层的光纤数值孔径为0.46，光纤长度2.5米。掺镱增益光纤1300的一端与饱和吸收体1400近贴放置，或通过光胶结合，掺镱增益光纤1300的另一端与合束器1200的一端相连接，合束器1200的另一端与低反光栅1600的输入端相连接，低反光栅1600对1064nm波长的窄带反射率为80％，低反光栅1600的输出端与光纤放大器的输入端相连接。泵浦源1100采用带尾纤的波长976nm激光二极管，最高输出功率为10w，泵浦源1100的尾纤与合束器1200的泵浦端相连接，泵浦源1100在电功率的激发下产生976nm的泵浦光，其尾纤通过合束器1200注入到掺镱增益光纤1300的内包层中，并在内包层中传播，激发掺镱增益光纤1300的纤芯的掺镱工作物质受激跃迁产生1064nm的振荡光，该1064nm的振荡光在高反光栅1700与低反光栅1600组成的激光谐振腔内振荡，当1064nm的振荡光通过可饱和吸收体cr⁴⁺：yag晶体时，1064nm的振荡光光子被可饱和吸收体1400内的cr离子的基态能级的电子吸收后跃迁到激发态，cr⁴⁺：yag晶体的cr离子激发态吸收足够的光子饱和后，可饱和吸收体cr⁴⁺：yag晶体实现透明，从而使激光谐振腔内的损耗降低，激光谐振腔的q值突变增大，产生激光谐振腔内1064nm振荡光的调q脉冲激光，并通过低反光栅1600输出。

在一具体应用场景中，可饱和吸收体1400与准直器1500连接的两端还设置有两个平凸透镜1800，两个平凸透镜1800的焦点位置在可饱和吸收体1400的中间位置。当上述振荡光通过准直器1500准直后入射到两个平凸透镜1800上后，两个平凸透镜1800将准直后的振荡光聚焦到可饱和吸收体1400上并被可饱和吸收体1400的基态吸收。

其中，上述用两个平凸透镜1800把准直后的振荡光聚焦到可饱和吸收体1400上的目的是提升可饱和吸收体1400的漂白开关能力，如果直接把准直后的振荡光入射到可饱和吸收体1400上，由于光功率密度不够，不易让可饱和吸收体1400饱和，从而就起不到被动调q开关和形成调q脉冲的作用。

参阅图2，图2为本申请被动调q脉冲光纤激光器另一实施例的装置结构图，该装置结构包括泵浦源2100、掺镱增益光纤2300、合束器2200、准直器2500、可饱和吸收体2400、低反光栅2600。

与图1所示的实施例不同，图1中的高反光栅1700可以去掉，可饱和吸收体2400靠近图1中的高反光栅1700的一面制备有高反射膜2410，高反光栅1700去掉时高反射膜2410与低反光栅2600之间形成所述激光谐振腔，可饱和吸收体2400靠近掺镱增益光纤2300的一侧设置有一个平凸透镜2700，振荡光通过准直器2500准直后入射到平凸透镜2700上，平凸透镜2700将准直后的振荡光聚焦到可饱和吸收体2400上并被可饱和吸收体2400的基态吸收。

其中，上述用一个平凸透镜2700把准直后的振荡光聚焦到可饱和吸收体2400上的目的是提升可饱和吸收体2400的漂白开关能力，如果直接把准直后的振荡光入射到可饱和吸收体2400上，由于光功率密度不够，不易让可饱和吸收体2400饱和，从而就起不到被动调q开关和形成调q脉冲的作用。

在一实施例中，可饱和吸收体2400采用尺寸为3mmx3mm的cr⁴⁺：yag晶体，晶体的中心厚度为1mm，小信号透过率to＝60％，cr⁴⁺：yag晶体的靠近掺镱增益光纤2300的表面制备泵浦光976nm波长高反，振荡光1064nm波长增透的多层介质膜，并与掺镱增益光纤2300近贴放置，该表面也可不镀膜，并与掺镱增益光纤2300通过光胶结合，可饱和吸收体2400的另一面有制备1064nm高反射率的高反射膜2410，高反射膜2410与低反光栅2600之间形成激光谐振腔。掺镱增益光纤2300采用单模双包层掺镱光纤，光纤芯径10微米，纤芯的光纤数值孔径为0.08，内包层直径是130微米，内包层的光纤数值孔径为0.46，光纤长度2.5米。掺镱增益光纤2300的一端与可饱和吸收体2400近贴放置，或通过光胶结合，掺镱增益光纤2300的另一端与合束器2200的一端相连接，合束器2200的另一端与低反光栅2600的输入端相连接，低反光栅2600对1064nm波长的窄带反射率为80％，低反光栅2600的输出端与光纤放大器的输入端相连接。泵浦源2100采用带尾纤的波长976nm激光二极管，最高输出功率为10w，泵浦源2100的尾纤与合束器2200的泵浦端相连接，泵浦源2100在电功率的激发下产生976nm的泵浦光，其尾纤通过合束器2200注入到掺镱增益光纤2300的内包层中，并在内包层中传播，激发掺镱增益光纤2300的纤芯的掺镱工作物质受激跃迁产生1064nm的振荡光，该1064nm的振荡光在高反射膜2410与低反光栅2600组成的激光谐振腔内振荡，当1064nm的振荡光通过可饱和吸收体cr⁴⁺：yag晶体时，1064nm的振荡光光子被可饱和吸收体2400内的cr离子的基态能级的电子吸收后跃迁到激发态，cr⁴⁺：yag晶体的cr离子激发态吸收足够的光子饱和后，可饱和吸收体cr⁴⁺：yag晶体实现透明，从而使得激光谐振腔内的损耗降低，激光谐振腔的q值突变增大，产生激光谐振腔内1064nm振荡光的调q脉冲激光，并通过低反光栅2600输出，在一具体实施方式中，上述低反光栅2600的部分反射的中心波长可以被调节到激光谐振腔内的振荡光的反射带宽内。

在一具体应用场景中，上述掺镱增益光纤2300的长度、泵浦源2100的功率均可调整，以在通过上述可饱和吸收体2400被动调q之外调节脉冲激光器的频率和脉宽。

在一具体实施方式中，上述掺镱增益光纤2300采用双包层掺镱光纤或单包层掺镱光纤，当掺镱增益光纤2300为单包层掺镱光纤时，合束器2200改用为波分复用器。

参阅图3，图3为本申请输出被动调q脉冲激光的方法一实施例的步骤流程图，该方法包括的步骤有：

s110:利用泵浦源在电激励下产生泵浦光，并通过合束器将泵浦光注入掺镱增益光纤内。

s120:利用掺镱增益光纤在泵浦光的激励下产生激光跃迁，从而在脉冲光纤激光器的激光谐振腔内产生振荡光。

s130:通过准直器将振荡光准直后入射到平凸透镜上，并利用平凸透镜将准直后的振荡光聚焦到可饱和吸收体上。

s140:通过可饱和吸收体的基态吸收平凸透镜聚焦到可饱和吸收体上的振荡光直至可饱和吸收体的激发态饱和，致使可饱和吸收体的透过率升高，从而使激光谐振腔内的损耗降低，q值突变升高，振荡光形成被动调q脉冲激光。

s150:通过低反光栅将被动调q脉冲激光输出。

其中，上述泵浦源在被电激励工作时，泵浦源把电功率转换为泵浦光，泵浦光通过合束器耦合到增益光纤内产生振荡光，振荡光在脉冲光纤激光器的激光谐振腔内传播，在泵浦的初始阶段，振荡光通过准直器准直后入射到平凸透镜上，平凸透镜将准直后的振荡光聚焦到可饱和吸收体上，可饱和吸收体的基态电子吸收振荡光光子，并跃迁到激发态，振荡光光子的能量被储存到可饱和吸收体的激发态，可饱和吸收体的激发态吸收振荡光光子饱和后，可饱和吸收体被漂白，其透过率增加，从而使得激光谐振腔内损失减小，激光谐振腔的q值突变增大，存储在激光谐振腔内的光子以调q脉冲的形式通过光纤布拉格光栅输出，在调q脉冲输出后，可饱和吸收体1400的基态能级继续吸收激光谐振腔内振荡光光子，进行输出下一被动调q脉冲激光的能量积累。

总而言之，本申请的发明方法通过在脉冲激光器中设置可饱和吸收体，可饱和吸收体吸收激光谐振腔内的振荡光达到激发态，可饱和吸收体达到激发态后其透过率突变升高，使激光谐振腔内的损耗降低，q值突变升高，从而形成被动调q脉冲激光并输出。本申请所提供的被动调q脉冲光纤激光器通过改变可饱和吸收体的透过率以及掺镱增益光纤的长度、泵浦源的功率三个方面来调节脉冲激光器的频率和脉宽，达到传统主动调q脉冲激光器的性能，并且能够使激光器的结构更加简单紧凑，显著降低了制备成本，提升了产品竞争力。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请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，均同理包括在本申请的专利保护范围内。