激光器的制作方法

1.本实用新型涉及激光领域，具体涉及一种激光器。


背景技术：

2.光纤激光器具有光束质量好、高效率、散热性好、结构紧凑，可靠性高、易维护等优点，受到人们广泛关注。而高能量、高功率、高稳定性的脉冲激光器在激光领域起着重要作用，其中高能量纳秒脉冲光纤激光器已广泛应用于激光加工、光纤通信、军事国防安全、医疗机械仪器等领域。
3.目前在光纤激光器中产生脉冲的方法主要有三种：调q、锁模与增益开关技术。第一种锁模光纤激光器能获得皮秒甚至飞秒超短脉冲的输出；第二种调q光纤激光器能获得纳秒或亚毫秒脉宽的激光(巨脉冲)输出。第三种增益开关是调q技术的有效补充，其可以实现任意波形的光脉冲输出，但输出功率较低，需要结合mopa技术进行放大。一般来说，传统的调q方法是加入电光、声光调制器或可饱和吸收体实现，然而光纤与非光纤器件之间的连接会增加激光器的复杂性，影响激光器的稳定性、抗环境干扰能力且在一定程度上增加损耗，不利于激光器的集成化与产业推广应用，此外，现有的调q光纤激光器还存在脉冲高低不平的问题。


技术实现要素：

4.鉴于此，本实用新型提供一种激光器，旨在改善现有调q激光器结构复杂且脉冲高低不平的问题。
5.本实用新型提供一种激光器，包括：
6.泵浦源；
7.第一谐振腔，包括第四光栅和第五光栅；
8.第二谐振腔，包括第一光栅和第三光栅；
9.第三谐振腔，包括第二光栅和所述第三光栅；
10.增益介质，包括第一增益介质和第二增益介质；以及
11.输出器件；
12.其中，所述第三光栅的一端与所述第四光栅的一端连接；所述第三光栅或所述第四光栅的另一端连接所述第二光栅的一端；所述第二光栅的另一端连接所述第一增益介质的一端；所述第一增益介质的另一端连接所述第一光栅的一端；所述第一光栅的另一端连接所述第二增益介质的一端；所述第二增益介质的另一端连接所述第五光栅的一端，所述第五光栅的另一端连接所述输出器件。
13.可选的，在本实用新型的一些实施例中，所述第一光栅与第二增益介质之间设置有耦合器，所述耦合器包括泵浦输入端、公共端和信号端，其中，所述泵浦输入端与所述泵浦源连接，所述公共端与所述第一光栅连接，所述信号端与所述第二增益介质连接。
14.可选的，在本实用新型的一些实施例中，所述第五光栅与所述输出器件之间设置
有耦合器，所述耦合器包括泵浦输入端、公共端和信号端，其中，所述泵浦输入端与所述泵浦源连接，所述公共端与所述第五光栅连接，所述信号端与所述输出器件连接。
15.可选的，在本实用新型的一些实施例中，所述第一增益介质和第二增益介质独立地选自掺杂稀土元素光纤或光子晶体光纤。
16.可选的，在本实用新型的一些实施例中，所述第一光栅至第五光栅均为反射型光纤布拉格光栅；且所述第一光栅至第五光栅的反射率大于0且小于1。
17.可选的，在本实用新型的一些实施例中，所述耦合器为(1+1)
×
1、(2+1)
×
1或(6+1)
×
1中的任一种光纤耦合器。
18.可选的，在本实用新型的一些实施例中，所述第三谐振腔的腔长小于所述第二谐振腔的腔长，所述第二谐振腔的腔长小于所述第一谐振腔的腔长，以实现更好的选模效果。
19.可选的，在本实用新型的一些实施例中，所述泵浦源为半导体激光器、光纤激光器、固体激光器、气体激光器、拉曼激光器其中的一种；所述泵浦源输出泵浦光的中心波长为600至2000nm；所述泵浦源的泵浦方式为纤芯单端泵浦、纤芯双端泵浦、包层单端泵浦或包层双端泵浦。
20.可选的，在本实用新型的一些实施例中，所述输出器件为光隔离器。
21.可选的，在本实用新型的一些实施例中，所述第四光栅和/或第五光栅为高反型光栅，反射率大于或等于99％。
22.本实用新型提供一种激光器，通过提供第一谐振腔和第二谐振腔，利用谐振腔的交叉调制作用，相对于传统的调q激光器，本实用新型提供的激光器可具有更高的输出功率；另一方面，针对脉冲高低不平的问题，本实用新型通过将第二谐振腔中的第三光栅与第二光栅形成第三谐振腔，进行选模，从而稳定脉冲序列，解决脉冲高低不平的问题；此外，本实用新型设计灵活、简单、结构紧凑，可以实现高功率、高能量、高光束质量、高稳定性的超短脉冲输出。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
24.图1是本实用新型实施例提供的一种激光器的第一种结构示意图；
25.图2是本实用新型实施例提供的一种激光器的第二种结构示意图；
26.图3是本实用新型实施例提供的一种激光器的第三种结构示意图。
具体实施方式
27.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
28.在本实用新型的描述中，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，也可以是电连接或可以相互通讯；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
29.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
30.本实用新型实施例提供一种激光器。以下分别进行详细说明。需说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对实施例优选顺序的限定。
31.首先，请参阅图1至图3，本实用新型提供的激光器包括：泵浦源1、第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔、增益介质以及输出器件。
32.所述第一谐振腔，包括第四光栅8和第五光栅9；所述第二谐振腔，包括第一光栅5和第三光栅7；所述第三谐振腔，包括第二光栅6和所述第三光栅7；所述增益介质，包括第一增益介质3和第二增益介质4。
33.其中，所述第三光栅7的一端与所述第四光栅8的一端连接；所述第三光栅7的另一端连接所述第二光栅6的一端；所述第二光栅6的另一端连接所述第一增益介质3的一端；所述第一增益介质3的另一端连接所述第一光栅5的一端；所述第一光栅5的另一端连接所述第二增益介质4的一端；所述第二增益介质4的另一端连接所述第五光栅9的一端，所述第五光栅9的另一端连接所述输出器件10。
34.泵浦源1产生的泵浦光，进入第一谐振腔中，在第二增益介质4的作用下产生第一波长的激光，之后进入第二谐振腔内泵浦第一增益介质3，产生第二波长的激光，同时产生的第二波长的激光进入第三谐振腔进行模式选择，稳定脉冲序列，最终第二波长激光通过第二增益介质4的放大后通过输出器件10输出。
35.如此，本实用新型通过提供第一谐振腔和第二谐振腔，利用谐振腔的交叉调制作用，相对于传统的调q激光器，可提供更高的输出功率；另一方面，针对脉冲高低不平的问题，本实用新型通过将第二谐振腔中的第三光栅与第二光栅形成第三谐振腔，可进行选模，以解决脉冲高低不平的问题，进一步稳定脉冲序列；此外，本实用新型设计灵活、简单、结构紧凑，可以实现高功率、高能量、高光束质量、高稳定性的超短脉冲输出。
36.在一些实施例中，所述激光器还包括耦合器2。所述耦合器2包括泵浦输入端、公共端和信号端，所述泵浦输入端与泵浦源1连接，如此，所述泵浦源1产生的泵浦光，可通过所述耦合器2耦合进入第一谐振腔中。
37.需要说明的是，本实用新型没有限制所述耦合器2的具体位置，所述耦合器2可置于所述第一光栅5与第二增益介质4之间，或者是所述第五光栅9与输出器件10之间。
38.例如，图1示出了所述耦合器2置于所述第一光栅5与第二增益介质4之间的结构示意图，其中，所述第三光栅7的一端与所述第四光栅8的一端连接；所述第三光栅7的另一端连接所述第二光栅6的一端；所述第二光栅6的另一端连接所述第一增益介质3的一端；所述第一增益介质3的另一端连接所述第一光栅5的一端；所述第一光栅5的另一端连接所述耦合器2的信号端，所述耦合器2的泵浦输入端与所述泵浦源1连接，所述耦合器2的公共端连接所述第二增益介质4的一端；所述第二增益介质4的另一端连接所述第五光栅9的一端。
39.例如，图2示出了所述耦合器2置于所述第五光栅9与输出器件10之间的结构示意
图，其中，所述第三光栅7的一端与所述第四光栅8的一端连接；所述第三光栅7的另一端连接所述第二光栅6的一端；所述第二光栅6的另一端连接所述第一增益介质3的一端；所述第一增益介质3的另一端连接所述第一光栅5的一端；所述第一光栅5的另一端连接所述第二增益介质4的一端；所述第二增益介质4的另一端连接所述第五光栅9的一端，所述第五光栅9的另一端连接所述耦合器2的公共端，所述耦合器2的泵浦输入端与所述泵浦源1连接，所述耦合器2的信号端连接所述输出器件10。
40.在本实用新型的另一实施例中，所述第三光栅7与所述第四光栅8的位置还可以互换。
41.例如，图3示出了所述第三光栅7与所述第四光栅8在图1基础上互换位置的示意图，其中，所述第三光栅7的一端与所述第四光栅8的一端连接；所述第四光栅8的另一端连接所述第二光栅6的一端；所述第二光栅6的另一端连接所述第一增益介质3的一端；所述第一增益介质3的另一端连接所述第一光栅5的一端；所述第一光栅5的另一端连接所述耦合器2的信号端，所述耦合器2的泵浦输入端与所述泵浦源1连接，所述耦合器2的公共端连接所述第二增益介质4的一端；所述第二增益介质4的另一端连接所述第五光栅9的一端。
42.在一些实施例中，所述第一增益介质3和第二增益介质4为掺杂稀土元素的光纤或光子晶体光纤，其中掺杂的稀土元素是镱(yb)、铒(er)、钬(ho)、铥(tm)、钐(sm)、铋(bi)中的一种或几种。如此，通过利用掺稀土元素光纤作为增益介质的同时，也作为可饱和吸收体，因此无需增加外置调制器，降低了激光器的复杂性与成本，增加了激光器的稳定性和抗环境干扰能力。
43.在一些实施例中，所述泵浦源1为半导体激光器、光纤激光器、固体激光器、气体激光器、拉曼激光器其中的一种；所述泵浦源1输出泵浦光的中心波长为600至2000nm，例如600nm、700nm、800nm、900nm、1000nm、1100nm、1200nm、1300nm、1400nm、1500nm、1600nm、1700nm、1800nm、1900nm、2000nm；所述泵浦源1的泵浦方式为纤芯单端泵浦、纤芯双端泵浦、包层单端泵浦或包层双端泵浦。
44.在一些实施例中，所述耦合器2为(1+1)
×
1、(2+1)
×
1或(6+1)
×
1中的任一种光纤耦合器。
45.在一些实施例中，所述第三谐振腔的腔长小于所述第二谐振腔的腔长，所述第二谐振腔的腔长小于所述第一谐振腔的腔长，在这样的腔长设置下，所述第三谐振腔的选模效果最好。
46.在一些实施例中，所述第一光栅5至第五光栅9均为反射型光纤布拉格光栅；且所述第一光栅5至第五光栅9的反射率均大于0且小于1，优选的，所述第四光栅8和/或第五光栅9为高反型光栅，反射率大于或等于99％，在这样的反射率条件下，所述第四光栅8和/或第五光栅9的反射效果更好。
47.在一些实施例中，所述输出器件10可以为光隔离器。
48.下面通过实施例对本实用新型进行详细说明。
49.实施例一、
50.本实施例提供一种多谐振腔交叉调制的全光纤脉冲激光器，其结构如图1所示，包括：泵浦源1、第一增益介质3、第二增益介质4、第一光栅5、第二光栅6、第三光栅7、第四光栅8、第五光栅9、输出器件10、以及光纤耦合器2。
51.其中，泵浦源1可选用中心波长为915nm或976nm的半导体激光二级管；光纤耦合器2可以选用(2+1)1光纤耦合器2，如10/125型、20/125型；第一增益介质3、第二增益介质4分别为第一增益光纤和第二增益光纤，且均为掺稀土光纤，可以选用国内睿芯公司生产的纤芯直径为10微米或20微米的掺镱光纤；第一光栅5、第二光栅6、第三光栅7、第四光栅8和第五光栅9分别为第一反射型光纤布拉格光栅、第二反射型光纤布拉格光栅、第三反射型光纤布拉格光栅、第四反射型光纤布拉格光栅、第五反射型光纤布拉格光栅，且均可选用高反型或部分反射型光栅，且反射率大于0且小于1；输出器件10为光隔离器，且可选偏振无关光隔离器。
52.本实施例的具体连接方式为：泵浦源连接光纤耦合器的泵浦输入端；光纤耦合器的信号端连接第一反射型光纤布拉格光栅的一端；第一反射型光纤布拉格光栅的另一端连接第一增益光纤的一端；第一增益光纤的另一端连接第二反射型光纤布拉格光栅的一端；第二反射型光纤布拉格光栅的另一端连接第三反射型光纤布拉格光栅的一端；第三反射型光纤布拉格光栅的另一端连接第四反射型光纤布拉格光栅的一端；光纤耦合器的公共端连接第二增益光纤的一端；第二增益光纤的另一端连接第五反射型光纤布拉格光栅的一端；第五反射型光纤布拉格光栅的另一端连接光隔离器的一端。
53.本实施例的原理为：泵浦光通过光纤耦合器的泵浦端进入第二增益光纤，然后到达第五反射型光纤布拉格光栅，该光纤布拉格光栅为高反型光栅，其反射率为大于或等于99％，该中心波长处几乎所有的光都会反射回去，通过第二增益光纤、光纤耦合、第一反射型光纤布拉格光栅、第一增益光纤、第二反射型光纤布拉格光栅和第三反射型光纤布拉格光栅，最终到达第四反射型光纤布拉格光栅，该光纤布拉格光栅为高反型光栅，其反射率为大于或等于99％，该中心波长处几乎所有的光都会反射回去。第四反射型光纤布拉格光栅与第五反射型光纤布拉格光栅组成第一谐振腔。在泵浦源激励下，第一谐振腔产生第一波长的激光，并通过第三反射型光纤布拉格光栅、第二反射型光纤布拉格光栅进入到第一增益光纤，然后到达第一反射型光纤布拉格光栅，第一反射型光纤布拉格光栅与第三反射型光纤布拉格光栅组成第二谐振腔，第一波长的激光对第二谐振腔进行泵浦，产生第二波长的激光，其中第二波长的激光通过由第二反射型光纤布拉格光栅与第三反射型光纤布拉格光栅组成的第三谐振腔进行选模。然后依次通过光纤耦合器、第二增益光纤、第五反射型光纤布拉格光栅、光隔离器输出。
54.实施例二、
55.本实施例提供另一种多谐振腔交叉调制的全光纤脉冲激光器，其结构如图2所示，基本结构跟图1相近，区别在于泵浦源的位置不同，本实施例将泵浦源和光纤耦合器置于第五反射型光纤布拉格光栅和光隔离器之间。
56.实施例三、
57.本实施例提供又一种多谐振腔交叉调制的全光纤脉冲激光器，其结构如图3所示，基本结构跟图1相近，区别在于第三反射型光纤布拉格光栅与第四反射型光纤布拉格光栅的位置不同，本实施例将第三反射型光纤布拉格光栅与第四反射型光纤布拉格光栅交换位置。
58.综上所述，本实用新型提供一种激光器，通过提供第一谐振腔和第二谐振腔，利用谐振腔的交叉调制作用，相对于传统的调q激光器，本实用新型提供的激光器可具有更高的
输出功率；另一方面，针对脉冲高低不平的问题，本实用新型通过将第二谐振腔中的第三光栅与第二光栅形成第三谐振腔，可稳定脉冲序列，解决脉冲高低不平的问题；此外，本实用新型设计灵活、简单、结构紧凑，可以实现高功率、高能量、高光束质量、高稳定性的超短脉冲输出。
59.以上对本实用新型实施例所提供的一种激光器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。