振荡放大一体化的超短脉冲光纤激光器的制作方法

1.本技术涉及激光技术、光纤光学及非线性光学领域，尤其是涉及一种振荡放大一体化的超短脉冲光纤激光器。


背景技术：

2.目前，同传统的超短脉冲固体激光器相比，超短脉冲光纤激光器具有结构简单、平均功率高、峰值功率高、环境稳定性好、电光效率高等优点，在精密加工、激光传感、波导刻蚀、阿秒科学等领域具有广泛应用。被动锁模技术作为获取超短脉冲输出的重要手段之一，在过去几十年里得到了飞速发展。然而，随着科技的发展，超短脉冲光纤激光器在工业加工过程中还存在着许多问题亟待解决和优化，特别是在精密加工过程中需要更高的功率及脉冲能量。
3.近年来，为了获取高功率超短脉冲激光输出，并充分发挥光纤激光器及光纤放大器的优势，利用相干合成、光谱合成等方法陆续被报道。目前，高平均功率、高脉冲能量的超短脉冲光纤激光器，通常由低功率激光种子源和多级功率放大器组成(master oscillator power amplifier,mopa)。低功率种子源决定了激光输出的波长、脉冲宽度、重复频率等关键性能，功率放大器决定了激光输出的平均功率、脉冲能量以及峰值功率，因此稳定性高、性能优良的种子源对高功率超短脉冲光纤激光器来说有着至关重要的作用。尽管主振荡功率放大(mopa)的方法在一定程度上可以提高激光器的输出功率，但其制作起来却存在着整体结构体积庞大、工艺复杂、生产成本高等难题。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种振荡放大一体化的超短脉冲光纤激光器，以在一定程度上解决现有技术中存在的现有的高功率超短脉冲光纤激光器存在整体结构体积庞大、工艺复杂、生产成本高等技术问题。
5.本技术提供了一种振荡放大一体化的超短脉冲光纤激光器，包括：振荡器、放大器以及光隔离器；所述放大器与所述振荡器连接；
6.所述振荡器生成种子激光，并将所述种子激光发送给所述放大器；
7.所述放大器，接收所述振荡器发送的所述种子激光后，对所述种子激光的功率进行放大，以得到功率提升后的脉冲激光；
8.所述光隔离器，包括第一输入端和输出端，所述第一输入端用于连接所述振荡器或所述放大器，所述输出端用于输出所述脉冲激光。
9.在上述技术方案中，进一步地，所述振荡器包括泵浦源、泵浦耦合器、第一掺杂光纤、光纤光栅、可饱和吸收体；
10.所述泵浦耦合器包括第二输入端、公共端和信号端；所述第二输入端与所述泵浦源连接；
11.所述公共端与所述放大器、所述光纤光栅、所述第一掺杂光纤、所述可饱和吸收体
顺次连接；所述信号端与所述光隔离器的第一输入端连接。
12.在上述任一技术方案中，进一步地，所述振荡器包括泵浦源、泵浦耦合器、第一掺杂光纤、光纤光栅、可饱和吸收体；
13.所述泵浦耦合器包括第二输入端、公共端和信号端；所述第二输入端与所述泵浦源连接；
14.所述第二输入端与所述泵浦源连接；所述信号端与所述可饱和吸收体连接；
15.所述公共端与所述第一掺杂光纤、所述光纤光栅、所述放大器以及所述光隔离器的第一输入端连接。
16.在上述任一技术方案中，进一步地，所述放大器为第二掺杂光纤；
17.所述第一掺杂光纤和第二掺杂光纤为掺有一种或多种稀土元素的光纤或光子晶体光纤。
18.在上述任一技术方案中，进一步地，所述泵浦源为半导体激光器、固体激光器、光纤激光器、拉曼激光器中的一种。
19.在上述任一技术方案中，进一步地，所述光纤光栅为光纤光栅或啁啾光纤布拉格光栅。
20.在上述任一技术方案中，进一步地，所述泵浦源通过泵浦输入光纤与所述泵浦耦合器的第二输入端连接。
21.在上述任一技术方案中，进一步地，所述可饱和吸收体与所述光纤光栅构成谐振腔；
22.在所述泵浦源的激励下，所述第一掺杂光纤在在所述谐振腔内振荡出所述种子激光。
23.在上述任一技术方案中，进一步地，所述可饱和吸收体为半导体可饱和吸收镜、石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管或拓扑绝缘体中的一种。
24.在上述任一技术方案中，进一步地，所述泵浦耦合器对应的工作波长为1微米、1.5微米、2微米中的一种；
25.所述光纤光栅对应的波长为1微米、1.5微米、2微米中的一种。
26.与现有技术相比，本技术的有益效果为：
27.本技术提供的振荡放大一体化的超短脉冲光纤激光器包括：振荡器、放大器以及光隔离器；放大器与振荡器连接；振荡器生成种子激光，并将种子激光发送给放大器；放大器，接收振荡器发送的种子激光后，对种子激光的功率进行放大，以得到功率提升后的脉冲激光；光隔离器，包括第一输入端和输出端，第一输入端用于连接振荡器或放大器，输出端用于输出脉冲激光。
28.本技术提供的振荡放大一体化的超短脉冲光纤激光器，能够将锁模光纤振荡器的输出功率进一步提升，这既减少了高功率超短脉冲激光器后续光纤放大级的数量，又降低了激光系统的复杂性、还提高了激光系统的稳定性。
附图说明
29.为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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
附图是本技术的一些实施方式，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。
30.图1为本技术实施例提供的一种端面泵浦振荡
‑
放大一体化的超短脉冲光纤激光器原理示意图；
31.图2为本技术实施例提供的一种腔内泵浦振荡
‑
放大一体化的超短脉冲光纤激光器原理示意图。
32.附图标记：
[0033]1‑
泵浦源，2
‑
泵浦耦合器，3
‑
第二掺杂光纤，4
‑
光纤光栅，5
‑
第一掺杂光纤，6
‑
可饱和吸收体，7
‑
光隔离器。
具体实施方式
[0034]
下面将结合附图对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0035]
通常在此处附图中描述和显示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。
[0036]
基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0037]
在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0038]
在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0039]
下面参照图1和图2描述根据本技术一些实施例所述的振荡放大一体化的超短脉冲光纤激光器。
[0040]
参见图1和图2所示，本技术的实施例提供了一种振荡放大一体化的超短脉冲光纤激光器，包括振荡器、放大器和光隔离器7，其中，放大器分别与振荡器和光隔离器7连接，光隔离器7与振荡器或放大器连接。
[0041]
具体地，振荡器能够生成种子激光，并且能够将生成的种子激光发送给放大器，放大器接收到种子激光后对种子激光的功率进行放大，以得到功率提升后的脉冲激光(以下称为高功率脉冲激光)；光隔离器7包括第一输入端和输出端，第一输入端与振荡器或放大器连接，使得高功率脉冲激光经过光隔离器7后从输出端输出。
[0042]
本技术提供的振荡放大一体化的超短脉冲光纤激光器，能够将锁模光纤振荡器的输出功率进一步提升，这既减少了高功率超短脉冲激光器后续光纤放大级的数量，又降低
了激光系统的复杂性、还提高了激光系统的稳定性。
[0043]
进一步地，振荡器包括：泵浦源1、泵浦耦合器2、第一掺杂光纤5、光纤光栅4、可饱和吸收体6，其中，可饱和吸收体6与光纤光栅4构成谐振腔；在泵浦源1的激励下，第一掺杂光纤5在在谐振腔内振荡出种子激光。本技术提供的振荡放大一体化的超短脉冲光纤激光器能够适用端面泵浦和腔内泵浦两种泵浦方式，下文中将具体介绍本技术提供的振荡放大一体化的超短脉冲光纤激光器中各个部件的连接关系，对应两种振荡
‑
放大一体化的超短脉冲光纤激光器。
[0044]
优选地，放大器为第二掺杂光纤3；
[0045]
第一掺杂光纤5和第二掺杂光纤3均优选为掺有一种或多种稀土元素的光纤或光子晶体光纤，其中稀土元素包括但不限于镱、铒、铥等，此外，本实施例中所用的掺杂光纤或者其他光纤器件可以为保偏光纤或非保偏光纤，不做具体限制，优选为单包层掺镱光纤。
[0046]
优选地，泵浦源1为半导体激光器、固体激光器、光纤激光器、拉曼激光器中的一种，当然，其他种类能够达到相同或相近效果的激光器也应落在本技术所要求保护的范围内。
[0047]
优选地，光纤光栅4为光纤光栅4或啁啾光纤布拉格光栅。
[0048]
优选地，可饱和吸收体6为半导体可饱和吸收镜、石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管或拓扑绝缘体中的一种。
[0049]
优选地，泵浦耦合器2对应的工作波长为1微米、1.5微米、2微米中的一种；
[0050]
光纤光栅4对应的波长为1微米、1.5微米、2微米中的一种。
[0051]
第一方面
[0052]
参见图1所示，图1为本技术实施例提供的一种端面泵浦振荡
‑
放大一体化的超短脉冲光纤激光器的结构示意图，其中，泵浦耦合器2的输入端(即第二输入端)与泵浦源1连接，具体地，泵浦源1通过泵浦输入光线与泵浦耦合器2连接；泵浦耦合器2的公共端依次与第二掺杂光纤3、光纤光栅4、第一掺杂光纤5以及可饱和吸收体6连接；泵浦耦合器2的信号端与光隔离器7的输入端(即第一输入端)连接。
[0053]
作为一种优选的实施方式，泵浦源1为半导体激光器，半导体激光器的中心波长为974nm；泵浦耦合器2为波分复用器(980/1064nm)，对应有输入端、信号端和公共端；第一掺杂光纤5为单包层掺镱光纤；第二掺杂光纤3为单包层掺镱光纤；光纤光栅4的中心波长为1064nm，反射率为50％；可饱和吸收体6是锁模的关键器件，可包括半导体可饱和吸收镜、石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管或拓扑绝缘体等；光隔离器7对应有输入端和输出端。
[0054]
中心波长为974nm的半导体激光器连接波分复用器(980/1064nm)的泵浦输入端；波分复用器的公共端连接单包层掺镱光纤；单包层掺镱光纤的另一端连接中心波长为1064nm，反射率为50％的光纤光栅4；光纤光栅4的另一端连接单包层掺镱光纤；单包层掺镱光纤的另一端连接可饱和吸收体6，波分复用器的信号端连接光隔离器7的输入端；光隔离器7的输出端作为激光输出端口；光隔离器7的输出端用于更高功率的脉冲激光输出。
[0055]
第二方面
[0056]
参见图2所示，图2示为本技术实施例提供一种腔内泵浦振荡
‑
放大一体化的超短脉冲光纤激光器原理示意图。其中，所述泵浦耦合器2的输入端(即第二输入端)与所述泵浦源1连接；所述泵浦耦合器2的信号端与所述可饱和吸收体6连接；所述泵浦耦合器2的公共
端依次与所述第一掺杂光纤5、所述光纤光栅4、所述第二掺杂光纤3以及所述光隔离器7的输入端(即第一输入端)连接。
[0057]
作为一种优选的实施方式，泵浦源1为半导体激光器，半导体激光器的中心波长为974nm；泵浦耦合器2为波分复用器(980/1064nm)，对应有输入端、信号端和公共端；第一掺杂光纤5为单包层掺镱光纤；第二掺杂光纤3为单包层掺镱光纤；光纤光栅4的中心波长为1064nm，反射率为50％；可饱和吸收体6是锁模的关键器件，可包括半导体可饱和吸收镜、石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管或拓扑绝缘体等；光隔离器7对应有输入端和输出端。
[0058]
中心波长为974nm的半导体激光器连接波分复用(980/1064nm)的泵浦输入端；波分复用器的信号端连接可饱和吸收体6；波分复用器的公共端连接单包层掺镱光纤；单包层掺镱光纤的另一端连接中心波长为1064nm，反射率为50％的光纤光栅4；光纤光栅4的另一端连接单包层掺镱光纤；单包层掺镱光纤的另一端连接光隔离器7的输入端；光隔离器7的输出端作为激光输出端口；光隔离器7的输出端用于更高功率的脉冲激光输出。
[0059]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。