一种双波段脉冲光纤激光器及工作方法与流程

1.本发明涉及激光器领域，具体涉及一种双波段脉冲光纤激光器及工作方法。


背景技术：

2.脉冲主振荡功率放大光纤激光器由于其光束质量好，单脉冲能量大、平均功率高等优点在激光加工领域、医疗健康领域、激光测距领域、光电对抗以及空间光通信领域都有着非常广阔的前景。
3.近年来，传统的脉冲主振荡功率放大光纤激光器多采用单波段的激光输出，其输出单一，无法满足激光测距领域双波段切换的要求；随着双波段激光器的实际需求的提升，越来越多的研究人员展开了对激光器双波段输出的研究，但目前现有的双波段激光器多为块状固体激光器，其结构复杂，加工成本较高，且维护不便。
4.现有技术中公告号为cn112636156b，专利名称为“一种星载大能量双波长全固体脉冲激光器”，该发明采用连续种子注入至从动激光器实现单频脉冲激光输出，通过rtp相位调制器实现种子激光的注入锁定，获得高稳定性的单频脉冲激光输出。其中种子激光器系统包括依次设置的种子激光器、隔离器、1/2波片和45
°
全反射镜，从动激光器包括偏振分光棱镜、45
°
高反镜等装置。其结构复杂，安装精度要求过高。
5.综上所述，我们需要提供一种结构简单、全光纤一体化设计的激光器，并且由于光纤的柔性特性，可以实现小型化设计，并且方便维护。


技术实现要素：

6.为解决上述技术问题，本发明提供了一种双波段脉冲光纤激光器及工作方法，采用该激光器和方法，实现1064nm和532nm波段的激光同时输出或单波段切换输出；其具有结构简单，体积小、维护方便，成本低、抗干扰能力强等优点。
7.本发明的技术方案是：一种双波段脉冲光纤激光器，包括选择重复频率和脉冲宽度的种子光源作为主控振荡器，所述种子光源发射出的种子光经过第一级预放大系统后，经过分束器将种子源发出的光信号分为两路，通过多级放大系统1和2分别对两路光信号进行放大；
8.经过多级放大系统1的光信号经过高功率隔离器后输出；经过多级放大系统2的光信号经过隔离准直器后，通过倍频晶体倍频，最后通过扩束透镜组输出，至此实现双波段激光的输出。
9.进一步的，所述第一级预放大系统包括依次连接的泵浦源1、波分复用器1及增益光纤1，所述波分复用器1的输入端口与种子源的输出端口连接，用于接收种子源发出的光信号；所述泵浦源1输出端口与所述波分复用器1输出端口反向连接，以此实现对光信号反向泵浦预放大。
10.进一步的，所述多级放大系统1包括第1-2级预放大系统及第1功率放大系统；所述第1-2级预放大系统包括泵浦源1-2、波分复用器1-2及增益光纤1-2依次连接，所述波分复
用器1-2的输入端口与所述分束器输出段口连接，所述泵浦源1-2输出端口与波分复用器1-2的输出端口反向连接，实现反向泵浦。
11.进一步的，所述第1功率放大系统包括隔离器、泵浦源1-3、合束器1及增益光纤1-3依次连接；所述第1级功率放大系统采用泵浦源1-3输出端口与合束器1输入端口正向连接，实现正向泵浦；所述合束器1输出端口通过增益光纤1-3与所述的高功率隔离器输入端口连接。
12.进一步的，所述多级放大系统2包括第2-2级预放大系统及第2功率放大系统；所述第2-2级预放大系统包括泵浦源2-2、波分复用器2-2及增益光纤2-2依次连接，所述波分复用器2-2的输入端口与所述分束器输出段口连接，所述泵浦源2-2输出端口与波分复用器2-2的输出端口反向连接，实现反向泵浦。
13.进一步的，所述第2功率放大系统包括隔离器、泵浦源2-3、泵浦源2-4、合束器2及增益光纤2-3依次连接；所述第2功率放大系统采用泵浦源2-3与泵浦源2-4的输出端口与合束器2输入端口正向连接，实现正向泵浦；所述合束器输出端口通过增益光纤2-3与所述的隔离准直器输入端口连接。
14.进一步的，所述种子源发出的光信号其中心波长为1064nm
±
2nm，线宽小于1nm，重复频率不小于3mhz。
15.一种双波段脉冲光纤激光器的工作方法，包括以下步骤，
16.步骤1、种子源发出1064nm激光，经过波分复用器1，在泵浦源1的作用下，对输出的激光进行第一级预放大；第一级预放大的激光经过分束器分成两路1061nm激光输出；
17.步骤2、其中一路1064nm激光经过波分复用器1-2，在泵浦源1-2作用下、通过增益光纤1-2进行第二级预放大；后经过隔离器1与泵浦源1-3合束，在泵浦源1-3作用下，经过增益光纤1-3进行功率放大，最后依次经过高功率隔离器、fc/apc光纤接头输出高功率1064nm激光；
18.步骤3、另一路1064nm激光经过波分复用器2-2.在泵浦源2-2作用下、通过增益光纤2-2进行第二级预放大；后经过隔离器2与泵浦源2-3、泵浦源2-4合束，在泵浦源2-3、2-4作用下，经过增益光纤2-3进行功率放大，之后经过隔离准直器，对输出的1064nm激光准直，后经过倍频晶体将1064nm激光倍频至532nm激光，532nm激光，经过扩束透镜组，进行空间光输出。至此实现1064nm和532nm双波段激光输出。
19.本发明的有益技术效果是：
20.1、本发明将单频连续的种子激光进行声光调制成脉冲激光，随后对脉冲激光分束并进行多级放大，在该过程中采用全光纤一体化设计，其结构简单，并且由于光纤的柔性特性，可以实现小型化设计，并且方便维护。
21.2、本发明的双波段脉冲光纤激光器，采用全光纤一体化集成设计，实现了1064nm和532nm双波段的激光输出，既可以进行单波段切换输出，也可实现双波段同时输出，其具有结构简单，体积小、维护方便，成本低、抗干扰能力强等优点。
22.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
23.图1为本发明的系统概述图；
24.图2为本发明的多级放大系统1示意图；
25.图3为本发明的多级放大系统2示意图；
26.图4为本发明的激光器光路图。
具体实施方式
27.为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
28.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例。
29.在本发明的描述中，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实施例记载的以及附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。
30.如图1所示，本发明具体涉及一种双波段脉冲光纤激光器，包括选择重复频率和脉冲宽度的种子光源作为主控振荡器，所述种子光源发射出的种子光经过第一级预放大系统后，经过分束器将种子源发出的光信号分为两路，通过多级放大系统1和2分别对两路光信号进行放大；
31.经过多级放大系统1的光信号经过高功率隔离器后输出；经过多级放大系统2的光信号经过隔离准直器后，通过倍频晶体倍频，最后通过扩束透镜组输出，至此实现双波段激光的输出。所述种子源发出的光信号其中心波长为1064nm
±
2nm，线宽小于1nm，重复频率不小于3mhz。
32.所述第一级预放大系统包括依次连接的泵浦源1、波分复用器1及增益光纤1，所述波分复用器1的输入端口与种子源的输出端口连接，用于接收种子源发出的光信号；所述泵浦源1输出端口与所述波分复用器1输出端口反向连接，以此实现对光信号反向泵浦预放大。
33.所述经过第一级预放大系统的光信号，通过3.8myb(掺镱)增益光纤1与分束器的输入段口连接，所述分束器将进入的光信号分成两路光信号输出，分别为第一光信号和第二光信号。所述第一光信号经过光纤传输至多级放大系统1，所述第二光信号经过光纤传输至多级放大系统2。
34.如图1、图2和图4所示，所述多级放大系统1包括第1-2级预放大系统及第1功率放大系统；所述第1-2级预放大系统包括泵浦源1-2、波分复用器1-2及增益光纤1-2依次连接，所述波分复用器1-2的输入端口与所述分束器输出段口连接，所述泵浦源1-2输出端口与波分复用器1-2的输出端口反向连接，实现反向泵浦。
35.需要说明的是，所述波分复用器1-2的输入端口用于接收所述分束器输出的第一
光信号，所述波分复用器1-2的输出端口2通过3.8myb(掺镱)增益光纤与隔离器1的输入端口连接，至此实现第一光信号的第二级预放大，所述泵浦源1-2中心波长为980nm，输出功率为350mw。
36.其中，隔离器1为多级放大系统中的隔离器。
37.所述第1功率放大系统包括隔离器、泵浦源1-3、合束器1及增益光纤1-3依次连接；所述第1级功率放大系统采用泵浦源1-3输出端口与合束器1输入端口正向连接，实现正向泵浦；所述合束器1输出端口通过增益光纤1-3与所述的高功率隔离器输入端口连接。
38.需要说明的是，第1功率放大系统包括隔离器1、泵浦源1-3、合束器1及6m的20/125光纤依次连接；泵浦源1-3的输出端口与合束器1输入端口1正向连接，实现正向泵浦；泵浦源1-3的中心波长为915nm，输出功率4w；合束器1的输入端口2与隔离器1的输出端口连接；合束器输出端口通过6m的20/125光纤与的高功率隔离器输入端口连接。高功率隔离器输出端口与fc/apc接头连接，实现波段1064nm的激光输出。
39.如图1、图3和图4所示，所述多级放大系统2包括第2-2级预放大系统及第2功率放大系统；所述第2-2级预放大系统包括泵浦源2-2、波分复用器2-2及增益光纤2-2依次连接，所述波分复用器2-2的输入端口与所述分束器输出段口连接，所述泵浦源2-2输出端口与波分复用器2-2的输出端口反向连接，实现反向泵浦。
40.多级放大系统2包括第2-2级预放大系统及第2功率放大系统。第2-2级预放大系统包括泵浦源2-2、保偏波分复用器2-2及3.8m保偏yb(掺镱)增益光纤依次连接，保偏波分复用器2-2的输入端口用于接收分束器输出的第二光信号，泵浦源2-2的输出端口与保偏波分复用器2-2的输出端口1反向连接，实现反向泵浦；保偏波分复用器2-2的输出端口2通过3.8m保偏yb(掺镱)增益光纤与隔离器2的输入端口连接，至此实现第二光信号的第二级预放大，泵浦源2-2中心波长为980nm，输出功率为350mw。
41.其中，隔离器2为多级放大系统2中的隔离器。
42.所述第2功率放大系统包括隔离器、泵浦源2-3、泵浦源2-4、合束器2及增益光纤2-3依次连接；所述第2功率放大系统采用泵浦源2-3与泵浦源2-4的输出端口与合束器2输入端口正向连接，实现正向泵浦；所述合束器输出端口通过增益光纤2-3与所述的隔离准直器输入端口连接。
43.第2功率放大系统包括隔离器2、泵浦源2-3、泵浦源2-4、合束器2及6m的20/130保偏光纤依次连接；泵浦源2-3、泵浦源2-4的输出端口与分别合束器2的输入端口1和2正向连接，实现正向泵浦；泵浦源2-3、2-4的中心波长为915nm，输出功率7w；合束器2的输入端口3与隔离器1的输出端口连接；合束器2的输出端口通过6m的20/130保偏光纤与的隔离准直器输入端口连接。隔离准直器的输出端口输出放大之后的光信号，光信号经过倍频晶体倍频后，产生波段为532nm的光信号，的532nm光信号经过扩束透镜组扩束后输出，至此实现波段532nm的激光输出。
44.如图4所示，一种双波段脉冲光纤激光器的工作方法，包括以下步骤，
45.步骤1、种子源发出1064nm激光，经过波分复用器1，在泵浦源1的作用下，对输出的激光进行第一级预放大；第一级预放大的激光经过分束器分成两路1061nm激光输出；
46.步骤2、其中一路1064nm激光经过波分复用器1-2，在泵浦源1-2作用下、通过增益光纤1-2进行第二级预放大；后经过隔离器1与泵浦源1-3合束，在泵浦源1-3作用下，经过增
益光纤1-3进行功率放大，最后依次经过高功率隔离器、fc/apc光纤接头输出高功率1064nm激光；
47.步骤3、另一路1064nm激光经过波分复用器2-2.在泵浦源2-2作用下、通过增益光纤2-2进行第二级预放大；后经过隔离器1与泵浦源2-3、泵浦源2-4合束，在泵浦源2-3、2-4作用下，经过增益光纤2-3进行功率放大，之后经过隔离准直器，对输出的1064nm激光准直，后经过倍频晶体将1064nm激光倍频至532nm激光，532nm激光，经过扩束透镜组，进行空间光输出。至此实现1064nm和532nm双波段激光输出。
48.以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。