光纤拉伸器以及频率可调的全光纤超短脉冲激光器

本发明涉及超短脉冲激光器，具体涉及一种光纤拉伸器以及频率可调的全光纤超短脉冲激光器。

背景技术：

1、锁模超短脉冲激光器噪声低且功率稳定，它产生的周期性脉冲信号在频域上具有丰富的、等间隔的频率成分，使其可被应用于诸多精密测量领域。利用超短脉冲激光器，可以实现远距离高精度的距离测量，帮助小卫星实现10-8量级的编队精度；还可以实现高精度的频率传递，帮助水下探测器群实现10-11量级的时钟同步；同时还能用于thz雷达信号的产生；危险化学气体探测。

2、锁模激光器作为信号源使用时，往往需要精确控制其重复频率。因为fr＝c/l(其中c为光速，l为激光器的谐振腔长)，控制激光器的重复频率就是要控制激光器的谐振腔长。激光器的重频取决于其谐振腔的长度，由于超短脉冲激光器的谐振腔容易受到外界干扰，其脉冲的重复频率容易受到外界环境的影响。

3、作为高精度信号源的脉冲激光器通常需要使用自动控制技术来控制其重复频率，同时在激光器内部加入谐振腔长度调节机构；自动控制电路根据激光器和参考源的频率差来驱动该调节机构，以保证激光器的重频高度稳定。但是为了能够让锁模激光器能够匹配自动控制系统的工作频率，需要大范围调节激光器的工作频率，一般采用以下两种方式调节飞秒脉冲激光器重复频率：

4、1、在激光器内加入空间光结构，比如光延迟线，但空间光路会产生机械漂移，还会受到温度漂移、机械振动和外界扰动的影响，使激光器不能够长期稳定工作，也不便于工作于实验室外的环境；并且具有空间光路的激光器通过调节空间光路中各个器件间的距离来调节激光器的腔长，但这样就会使激光器结构变得复杂，体积变大，不便于集成化，同时空间光路在一段时间后会发生移动，使得激光器长期稳定性大打折扣。

5、2、去除空间光结构，激光器采用全光纤结构，该激光器稳定性好，体积小。但是若要调节腔长，传统的做法是将光纤粘贴在压电陶瓷上，通过驱动压电陶瓷来拉伸光纤。但受限于压电陶瓷的调节能力和光纤的弹性范围，腔长可调节范围最多几十微米，只能实现khz量级的频率调节。

技术实现思路

1、本发明在于解决现有飞秒脉冲激光器在调节重复频率时，若采用加入空间光的结构形式，会造成其结构复杂，体积变大，不便于集成化，稳定较差的问题；或者采用全光纤结构，则会造成其调节频率范围较小的问题，而提供一种光纤拉伸器以及频率可调的全光纤超短脉冲激光器。

2、本发明所采用的技术方案为：

3、一种光纤拉伸器，其特殊之处在于：

4、包括压电陶瓷块；

5、沿y轴对称设置的固定板和受力板；

6、沿x轴对称设置的第一放大板和第二放大板，且第一放大板和第二放大板为相向设置的t形结构；

7、设置在固定板和第一放大板之间的第一连接板，设置在固定板和第二放大板之间的第二连接板，设置在受力板和第二放大板之间的第三连接板，以及设置在受力板和第一放大板之间的第四连接板；

8、所述第二连接板和第三连接板沿y轴结构对称，所述第一连接板和第四连接板沿y轴结构对称；所述第二连接板和第一连接板沿x轴结构对称；所述第三连接板和第四连接板沿x轴结构对称；

9、所述第二连接板和固定板之间、固定板和第一连接板之间、第一连接板和第一放大板之间、第一放大板和第四连接板之间、第四连接板和受力板之间、受力板和第三连接板之间、第三连接板和第二放大板之间、第二放大板和第二连接板之间分别通过八个沿x方向设置的挠性片连接为带x向矩形槽的圆柱体，所述圆柱体外侧面用于盘绕光纤；

10、所述压电陶瓷块设置在x向矩形槽内，且两端分别顶住固定板和受力板内端面。

11、进一步地，所述光纤的伸长量δl可按照下式(1)进行计算：

12、δl＝n(2πδy+4(δx-δy))   (1)

13、其中，n为光纤盘绕在圆柱体外侧面的圈数；δy为第一放大板相对第二放大板在y轴方向的位移量，且δy根据公式δy＝δx·cotθ进行计算，δx为压电陶瓷块的伸长量，θ角的定义为：任一连接板两端挠性片中心点的连线a和压电陶瓷块伸长方向b的夹角。

14、进一步地，所述圆柱体的外侧还设置有螺纹槽，用于限制光纤移动。

15、进一步地，所述圆柱体的直径d＞20mm，用于防止光纤弯折损耗过大。

16、进一步地，所述固定板和受力板上均沿x轴对称设置有定位孔。

17、本发明还公开了一种频率可调的全光纤超短脉冲激光器，其特殊之处在于：

18、包括安装在壳体外的第一泵浦光源和第二泵浦光源，以及安装在壳体内的光纤谐振腔，所述光纤谐振腔包括依次设置的可饱和吸收反射镜、光纤和输出镜，所述光纤两端分别与可饱和吸收反射镜和输出镜相连接，第一泵浦光源和第二泵浦光源分别通过传输光纤与可饱和吸收反射镜和输出镜相连，激光器的泵浦光通过第一泵浦光源经由可饱和吸收反射镜耦合至光纤谐振腔内，或激光器的泵浦光通过第二泵浦光源经由输出镜耦合至光纤谐振腔内；还包括所述的光纤拉伸器；所述光纤中段盘绕在光纤拉伸器的圆柱体外侧面上。

19、进一步地，为了防止光纤拉伸器工作影响其它器件的稳定性。所述螺纹槽外侧分别设置第一光纤固定结构和第二光纤固定结构，所述第一光纤固定结构和第二光纤固定结构安装在壳体上，用于压紧盘绕在圆柱体外侧面上的光纤。

20、进一步地，所述第一光纤固定结构和第二光纤固定结构均采用弧形压板，所述弧形压板的弧形面与圆柱体外侧面相适应，所述弧形压板和光纤之间还设置有弹性件。

21、进一步地，为了保护压电陶瓷块在伸长时不被固定板和受力板产生的反作用力损坏，所述压电陶瓷块和固定板之间设置有第一垫片，所述压电陶瓷块和受力板之间设置有第二垫片，所述第一垫片和第二垫片的厚度均为0.1～3mm，第一垫片和第二垫片的材质均为金属、陶瓷或有机材质。

22、所述固定板和受力板上均沿x轴对称设置有定位孔，用于将光纤拉伸器固定在壳体上；或者所述固定板和受力板通过粘接固定在壳体上。

23、进一步地，所述光纤的总长度为100mm至2500mm，30％以上的光纤盘绕在圆柱体外侧面上，提高激光器重复频率的调节范围。

24、所述光纤包括增益光纤段和单模保偏光纤段，所述增益光纤段占光纤总长度的15％～100％；所述增益光纤段采用稀土掺杂保偏光纤。所述增益光纤段用于放大光信号，所述单模保偏光纤段用于调节谐振腔长度，增益光纤段和单模保偏光纤段共同平衡谐振腔内色散和增益。

25、本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

26、一、本发明采用的一种光纤拉伸器，结构简单，设计巧妙。压电陶瓷块在偏置电压的作用下，其两端可以产生应力，由于固定板、受力板及第一放大板、第二放大板之间用挠性片相连接，压电陶瓷块产生的推力同时传递到固定板和受力板，并使它们产生位移。固定板和受力板再将推力传递给光纤拉伸器中的柔性机构，使其内部产生应力，进而利用材料的弹性令光纤拉伸器中的第一放大板和第二放大板产生位移使光纤拉伸器的直径变大，拉伸了缠绕在其上的光纤。另外，该光纤拉伸器(不包括垫片、压电陶瓷块)由一块金属块线切割加工而成，所以其机械稳定性非常好，即使在振动环境下仍然保持稳定，并且在装配时，只需将光纤缠绕在拉伸器上，装配简单。

27、二、本发明采用的一种频率可调的全光纤超短脉冲激光器，通过在激光器中设置光纤拉伸器，光纤拉长便可改变激光器腔长，可保证激光器的腔长调节量最大可达0.1％，也就是激光器的重复频率调节范围达到0.1％，例如200mhz重复频率的激光器，其重复频率的调节范围最大可达200khz，比一般的压电陶瓷直接拉伸光纤的方案提高一个数量级。

28、同时，该激光器中的所有光学器件均用光纤连接，且都被封装在的圆柱空心管内部，使得整个激光器可以抵御不低于一个重力加速度的机械冲击。所有器件用光纤连接使得光路稳定，即使由于温度变化造成激光器外壳形变，仍然不影响激光器的稳定性，避免了外界环境的影响。

29、三、本发明采用的一种频率可调的全光纤超短脉冲激光器，除去光纤外，整个激光器只在谐振腔两端有光学器件，实现了飞秒激光器最大程度的简化，降低了激光器的体积。