一种半导体激光器种子源的脉冲光纤激光器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于激光技术领域，特别涉及一种半导体激光器种子源的脉冲光纤激光器。
【背景技术】
[0002]光纤激光器被广泛应用在工业焊接、切割、打标、雕刻等工业领域，以及医疗、自由空间传输、军事、传感等领域。特别是近年来脉冲光纤激光器得到了广泛的应用推广。MOPA(主振荡器功率放大)结构的脉冲光纤激光器是目前市场上的主流产品之一，这种激光器一般采用半导体激光器作为激光种子源，但是由于半导体激光器的线宽较窄(一般是几个纳米)，在后面的放大器中极易产生受激布里渊散射(SBS)、受激拉曼(SRS)等非线性效应，而产生SBS的激光阈值较低，从而导致在低激光功率时在光纤中产生峰值功率巨大的随机短脉冲，这个随机短脉冲是导致光纤激光器损伤的重要原因。为此，有人提出用周期可变光纤光栅(Chirped Fiber Bragg Grating)对半导体激光器种子的线宽进行展宽，从而减小放大器中的非线性效应。但是这种使用周期可变光纤光栅的方法对光栅的设计有极高的要求，半导体激光器种子源波长的变化也会导致周期可变光纤光栅的不匹配，特别在采用无制冷半导体激光器种子源时，半导体激光器种子源的波长随工作环境温度变化较大，光纤光栅根本无法起到作用。
[0003]在脉冲激光器的应用方面，在脉冲光纤激光器的平均功率一定时，为了提高脉冲峰值功率和单脉冲能量，需要光纤激光器工作在低重复频率和窄脉冲宽度。这就对光纤的芯径提出了要求，即要求光纤的芯径不能太细，否则会在光纤中容易产生非线性效应从而损伤光纤。但是粗芯径的光纤又会导致光纤激光器的输出光斑质量变差，从而导致加工精度的降低。如何降低脉冲重复频率、提高脉冲峰值功率和单脉冲能量是脉冲光纤激光器的难点之一。市场上常见的半导体激光器种子源的MOPA脉冲激光器一般采用提高最低重复频率或者降低平均输出功率的办法解决上述问题，但是要以降低平均输出功率为代价，依然不是理想的解决方案。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种窄脉冲光纤激光器，旨在有效抑制巨型脉冲，并在有效获得低脉冲重复频率、窄脉冲宽度的同时，提高脉冲峰值功率和单脉冲能量。
[0005]本发明是这样实现的，一种脉冲光纤激光器，包括依次连接的脉冲激光发射器、前级激光放大器、光谱展宽线及后级激光放大器，所述前级激光放大器对所述脉冲激光发射器输出的光脉冲进行放大，放大后的光脉冲在所述光谱展宽线中产生至少包含受激布里渊散射和拉曼散射的非线性效应，使所述光脉冲的光谱展宽，其波长向长波长方向频移，所述后级激光放大器对实现光谱展宽后的光脉冲进行放大，并且放大效应集中于光脉冲的起始沿，获得宽谱窄脉冲。
[0006]本发明在前级激光放大器和后级激光放大器之间设置光谱展宽线，通过前级激光放大器将光脉冲放大到一定程度后，使之在光谱展宽线中实现非线性效应，实现光谱展宽，使能量分散分布在较宽光谱范围内，再通过后级激光放大器放大，降低频谱能量密度，避免巨型脉冲和频率烧孔，保护激光器；并且放大后脉冲被压窄，形成高峰值功率、高单脉冲能量的窄脉冲。该脉冲光纤激光器与传统技术相比，不需要市场上难求的宽线宽脉冲半导体激光发射器，不需要展宽光谱的周期变化光纤光栅，不需要增加光纤激光放大器的增益或数量，降低了成本，并提高了系统的可靠性；不需要增加输入光信号的重复频率，不需降低平均输出功率；不需提高对脉冲激光发射器的性能要求。是一种能够有效抑制巨型脉冲、有效压窄脉宽并提高脉冲峰值功率和单脉冲能量的光纤激光器。
【附图说明】
[0007]图1是本发明实施例提供的脉冲光纤激光器的结构示意图；
[0008]图2是本发明实施例提供的脉冲光纤激光器的工作原理图。
【具体实施方式】
[0009]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0010]以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述:
[0011]请参考图1，本发明实施例提供一种脉冲光纤激光器，包括依次连接的脉冲激光发射器1、前级激光放大器2、光谱展宽线3及后级激光放大器4，前级激光放大器2对脉冲激光发射器I输出的光脉冲进行放大，放大后的光脉冲在光谱展宽线3中产生至少包含受激布里渊散射和拉曼散射等非线性效应，使光脉冲的光谱展宽，其波长向长波长方向频移，后级激光放大器4对实现光谱展宽后的光脉冲进行放大，并且放大效应集中于光脉冲的起始沿，获得宽谱窄脉冲。
[0012]进一步参考图2，如图2中的a图，脉冲激光发射器I输出1064nm方形脉冲，宽度100?200ns可调，以150ns为例，调制重复频率20KHz?IMKz可调；
[0013]如图2中的b图，前级激光放大器2将该光脉冲放大，放大后平均功率为400mW?1500mW，光脉冲宽度基本保持不变，放大后的光脉冲由波前向尾部呈微弱的下降趋势，在光谱中产生少量的受激布里渊散射光谱(中心波长线宽展宽)和较微弱的受激拉曼光谱，使得脉冲光谱略微展宽；
[0014]如图2中的c图，被放大的光脉冲进入光谱展宽线3，由于其峰值功率足够高，使其在光谱展宽线3中产生更强的受激布里渊散射、拉曼散射等非线性效应，使其波形发生变化向长波长方向展宽，能量分布在更宽的光谱范围内；
[0015]如图2中的d图，由光谱展宽线3输出的光脉冲进入后级激光放大器4，其起始沿吸收了大量的载流子，使光脉冲的起始沿附近被高度放大，而后续能量被放大程度很小可以忽略，进而使有效脉冲宽度被压窄，提高脉冲峰值功率和单脉冲能量。经过后级激光放大器4后，光脉冲被放大到20W的平均光功率，放大后脉冲宽度可以被压窄到50ns以下。由于进入该后级激光放大器4的光脉冲能量分散分布在较宽的光谱范围内，能够避免在后级激光放大器4中发生频率烧孔事件。
[0016]本发明实施例提供的脉冲光纤激光器在前级激光放大器2和后级激光放大器4之间设置光谱展宽线3，通过前级激光放大器2将光脉冲放大到一定程度后，使之在光谱展宽线3中实现非线性效应，实现光谱展宽，使能量分散分布在较宽光谱范围内，再通过后级激光放大器4放大，降低频谱能量密度，避免巨型脉冲和频率烧孔，保护激光器；并且放大后脉冲被压窄，形成高峰值功率、高单脉冲能量的窄脉冲。该脉冲光纤激光器与传统技术相比，不需要市场上难求的宽线宽脉冲半导体激光发射器，不需要展宽光谱的周期变化光纤光栅，不需要增加光纤激光放大器的增益或数量，降低了成本，并提高了系统的可靠性；不需