專利名稱：脈寬可調(diào)的增益開關(guān)型皮秒脈沖種子源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及脈沖型光纖激光器，具體地指一種脈寬可調(diào)的增益開關(guān)型皮秒脈沖種子源。
背景技術(shù)：
脈沖型光纖激光器以其體積小、光束質(zhì)量好、峰值功率高、能耗低等優(yōu)點(diǎn)成為替代傳統(tǒng)固體及氣體激光器的新一代激光器產(chǎn)品，是目前工業(yè)激光加工及科學(xué)研究工作的一種重要激光器。短脈沖皮秒種子源激光器現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于脈沖型光纖激光器，例如基于主振蕩功率放大(MOPA)結(jié)構(gòu)的光纖激光器就是專門通過放大種子源激光來得到高性能的脈沖激光輸出?？梢姡N子源的質(zhì)量將直接影響最終輸出激光的性能。目前產(chǎn)生皮秒超短脈沖一般是采用鎖模技術(shù)或增益開關(guān)技術(shù)。其中，在lOeOnm附近產(chǎn)生皮秒超短脈沖采用的是鎖模技術(shù)。鎖模技術(shù)即將激光器輸出的一系列頻率間隔相等的縱模的相位鎖定，從而獲得皮秒量級的超短脈沖激光，其主要分為主動和被動方式。目前用于實(shí)現(xiàn)鎖模技術(shù)的裝置主要是半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SESAM)等。該技術(shù)存在的主要問題是產(chǎn)生的皮秒脈沖固定不可調(diào)，具體說來，其重復(fù)頻率和脈寬均不可調(diào)；而且應(yīng)用鎖模技術(shù)難以輸出重復(fù)頻率高于100MHz、脈寬在200ps以上的光脈沖，使該技術(shù)在應(yīng)用中的靈活性及可控制性受限。半導(dǎo)體激光器的增益開關(guān)技術(shù)是簡單，可靠的實(shí)現(xiàn)超短光脈沖的方法，通過此方法產(chǎn)生的光脈沖的重復(fù)頻率可隨電脈沖重復(fù)頻率的變化而變化，使其工作的重復(fù)頻率靈活可調(diào)。然而，該方法目前一般應(yīng)用于通訊系統(tǒng)，其工作波長通常在1. 5 μ m附近，脈沖重復(fù)頻率一般在GHz以上；而且，其最終輸出的是非偏振光，脈寬也不能調(diào)節(jié)，所以該方法的應(yīng)用范圍也受到很多限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是提供一種脈寬可調(diào)的增益開關(guān)型皮秒脈沖種子源，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)重復(fù)頻率和脈寬的可調(diào)性，以更好地滿足工業(yè)加工及科研的需要。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種脈寬可調(diào)的增益開關(guān)型皮秒脈沖種子源，包括增益開關(guān)激光器，其特別之處在于所述增益開關(guān)激光器連有啁啾補(bǔ)償模塊，用于調(diào)節(jié)增益開關(guān)激光器輸出信號的脈寬。上述技術(shù)方案中，所述增益開關(guān)激光器和啁啾補(bǔ)償模塊之間通過保偏光纖連接。上述技術(shù)方案中，所述啁啾補(bǔ)償模塊為啁啾光柵或者啁啾補(bǔ)償全固光子帶隙光纖。上述技術(shù)方案中，所述增益開關(guān)激光器和啁啾補(bǔ)償模塊之間還通過光纖耦合器連有單縱模鎖定裝置。進(jìn)一步地，所述光纖耦合器與增益開關(guān)激光器、單縱模鎖定裝置、啁啾補(bǔ)償模塊之間分別通過保偏光纖連接。
更進(jìn)一步地，所述單縱模鎖定裝置為可調(diào)光柵或者DFB半導(dǎo)體激光器。上述技術(shù)方案中，所述增益開關(guān)激光器由依次連接的電脈沖發(fā)生器、信號放大器、 直流偏置電流源和F-P半導(dǎo)體激光器構(gòu)成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過增益開關(guān)激光器和啁啾補(bǔ)償模塊的設(shè)置，在國際上首次在1030 1070nm波段使用增益開關(guān)型脈沖源產(chǎn)生皮秒脈沖，該脈沖重復(fù)頻率在 IOK IOOMHz內(nèi)靈活可調(diào)，基礎(chǔ)光脈寬在50 500ps內(nèi)可調(diào)，且應(yīng)用保偏光纖后，輸出的種子光均為線偏振單縱?；蚨嗫v模激光，易于工業(yè)加工及科學(xué)研究。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明中啁啾補(bǔ)償模塊的設(shè)計(jì)原理圖；圖5為實(shí)施例1至3中啁啾補(bǔ)償模塊進(jìn)行脈寬壓縮前后的對照圖；圖中1-增益開關(guān)激光器，2-電脈沖發(fā)生器，3-信號放大器，4-直流偏置，5-直流電源，6-F-P半導(dǎo)體激光器，7-光纖耦合器，8-可調(diào)光柵，9-啁啾補(bǔ)償模塊，10-隔離器， Il-DFB半導(dǎo)體激光器，12-電光晶體，13-光譜儀，14-方波信號發(fā)生器，15-PC控制器。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)描述實(shí)施例1 如圖1所示，本發(fā)明的一種脈寬可調(diào)的增益開關(guān)型皮秒脈沖種子源由增益開關(guān)激光器1、光纖耦合器7、單縱模鎖定裝置和啁啾補(bǔ)償模塊9構(gòu)成，且光纖耦合器7與增益開關(guān)激光器1、單縱模鎖定裝置、啁啾補(bǔ)償模塊9之間分別通過保偏光纖連接。增益開關(guān)激光器1由依次連接的電脈沖發(fā)生器2、信號放大器3、直流偏置電流源和1060nmF-P半導(dǎo)體激光器6構(gòu)成。電脈沖發(fā)生器2產(chǎn)生重復(fù)頻率可調(diào)的射頻信號，重復(fù)頻率調(diào)節(jié)范圍在IOK IOOMHz，通過調(diào)節(jié)直流電源5改變直流偏置4，使F-P半導(dǎo)體激光器 6在閾值以下，則射頻信號經(jīng)信號放大器3放大后加載在F-P半導(dǎo)體激光器6上會產(chǎn)生增益。F-P半導(dǎo)體激光器6產(chǎn)生振蕩，在第二個(gè)振蕩峰出現(xiàn)之前，電脈沖增益消失，此時(shí)F-P半導(dǎo)體激光器6輸出皮秒級短脈沖。脈寬一般為50 500ps。本實(shí)施例中的單縱模鎖定裝置為可調(diào)光柵8，可調(diào)光柵8用于調(diào)節(jié)輸出波長，使光在特定的重復(fù)頻率下能夠單縱模輸出。具體來說，在重復(fù)頻率滿足關(guān)系式時(shí)輸出單縱模激光。上述關(guān)系式中C為工作波長的光脈沖在光纖中的傳播速度， L為F-P半導(dǎo)體激光器6與可調(diào)光柵8之間的光纖長度，η為不小于1的整數(shù)。啁啾補(bǔ)償模塊9可以是啁啾光柵或者啁啾補(bǔ)償全固光子帶隙光纖，啁啾光柵或者啁啾補(bǔ)償全固光子帶隙光纖的參數(shù)可通過使用頻率解析光學(xué)快門(frequency-resolved optical gating, FROG)掃描出光脈沖的頻率分布圖，然后進(jìn)行分析得到，用于壓縮或者展寬增益開關(guān)激光器1輸出脈沖的寬度至所需數(shù)值。啁啾補(bǔ)償模塊9的一種設(shè)計(jì)過程如圖4 所示，增益開關(guān)激光器1中的F-P半導(dǎo)體激光器6產(chǎn)生的光脈沖通過全光纖電光晶體12后， 其輸出端連入光譜儀13 ；同時(shí)，增益開關(guān)激光器1中的電脈沖發(fā)生器2產(chǎn)生的射頻信號還觸發(fā)一臺方波信號發(fā)生器14，方波信號發(fā)生器14輸出的方波脈沖用于驅(qū)動上述電光晶體 12。用PC控制器15控制方波信號發(fā)生器14與電脈沖發(fā)生器2之間的時(shí)延來調(diào)節(jié)光學(xué)快門以掃描整個(gè)脈沖。其間，PC控制器15每改變一次時(shí)延，便從光譜儀13中采集一次光譜， 隨后對整個(gè)光譜按照時(shí)間順序排列，得到FROG圖譜。最后，用數(shù)學(xué)解卷積方法解析FROG圖譜，得到被測脈沖的啁啾分布，即可設(shè)計(jì)出對應(yīng)的啁啾補(bǔ)償模塊9.。圖5即示意出了一種啁啾補(bǔ)償模塊9進(jìn)行脈寬壓縮前后的對照圖，從圖中可見，該啁啾補(bǔ)償模塊9將增益開關(guān)激光器1輸出的脈寬IOOps的脈沖壓縮至20ps。實(shí)施例2 本實(shí)施例的其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同，區(qū)別僅在于該實(shí)施例的單縱模鎖定裝置為 1060nm的DFB半導(dǎo)體激光器11。此時(shí)，縱模始終處于鎖定狀態(tài)，可以任意調(diào)節(jié)電脈沖發(fā)生器2的重復(fù)頻率，以調(diào)整輸出光脈沖的重復(fù)頻率。實(shí)施例3:本實(shí)施例的其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同，區(qū)別僅在于該實(shí)施例無單縱模鎖定裝置， 增益開關(guān)激光器1的輸出端直接通過保偏光纖連接啁啾補(bǔ)償模塊9。由于無單縱模鎖定裝置，本實(shí)施例在任何重復(fù)頻率下均輸出多縱模激光。本發(fā)明的核心在于使用增益開關(guān)技術(shù)和啁啾補(bǔ)償技術(shù)以同時(shí)實(shí)現(xiàn)種子光的重復(fù)頻率和脈寬的可調(diào)性，所以，其保護(hù)范圍并不限于上述實(shí)施例。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變形而不脫離本發(fā)明的范圍和精神，倘若這些改動和變形屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變形在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種脈寬可調(diào)的增益開關(guān)型皮秒脈沖種子源，包括增益開關(guān)激光器(1)，其特征在于所述增益開關(guān)激光器(1)連有啁啾補(bǔ)償模塊(9)，用于調(diào)節(jié)增益開關(guān)激光器(1)輸出信號的脈寬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈寬可調(diào)的增益開關(guān)型皮秒脈沖種子源，其特征在于所述增益開關(guān)激光器(1)和啁啾補(bǔ)償模塊(9)之間通過保偏光纖連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈寬可調(diào)的增益開關(guān)型皮秒脈沖種子源，其特征在于所述啁啾補(bǔ)償模塊(9)為啁啾光柵或者啁啾補(bǔ)償全固光子帶隙光纖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的脈寬可調(diào)的增益開關(guān)型皮秒脈沖種子源，其特征在于所述增益開關(guān)激光器(1)和啁啾補(bǔ)償模塊(9)之間還通過光纖耦合器(7) 連有單縱模鎖定裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的脈寬可調(diào)的增益開關(guān)型皮秒脈沖種子源，其特征在于所述光纖耦合器(7)與增益開關(guān)激光器(1)、單縱模鎖定裝置、啁啾補(bǔ)償模塊(9)之間分別通過保偏光纖連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的脈寬可調(diào)的增益開關(guān)型皮秒脈沖種子源，其特征在于所述單縱模鎖定裝置為可調(diào)光柵(7)或者DFB半導(dǎo)體激光器(11)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的脈寬可調(diào)的增益開關(guān)型皮秒脈沖種子源，其特征在于所述單縱模鎖定裝置為可調(diào)光柵(7)或者DFB半導(dǎo)體激光器(11)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的脈寬可調(diào)的增益開關(guān)型皮秒脈沖種子源，其特征在于所述增益開關(guān)激光器(1)由依次連接的電脈沖發(fā)生器O)、信號放大器 (3)、直流偏置電流源和F-P半導(dǎo)體激光器(6)構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的脈寬可調(diào)的增益開關(guān)型皮秒脈沖種子源，其特征在于所述增益開關(guān)激光器(1)由依次連接的電脈沖發(fā)生器O)、信號放大器(3)、直流偏置電流源和 F-P半導(dǎo)體激光器(6)構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一權(quán)利要求所述的脈寬可調(diào)的增益開關(guān)型皮秒脈沖種子源，其特征在于所述增益開關(guān)激光器(1)由依次連接的電脈沖發(fā)生器O)、信號放大器 (3)、直流偏置電流源和F-P半導(dǎo)體激光器(6)構(gòu)成。
全文摘要
一種脈寬可調(diào)的增益開關(guān)型皮秒脈沖種子源，涉及脈沖型光纖激光器，它包括增益開關(guān)激光器，其特別之處在于所述增益開關(guān)激光器連有啁啾補(bǔ)償模塊，用于調(diào)節(jié)增益開關(guān)激光器輸出信號的脈寬。進(jìn)一步地，所述增益開關(guān)激光器和啁啾補(bǔ)償模塊之間通過保偏光纖連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過增益開關(guān)激光器和啁啾補(bǔ)償模塊的設(shè)置，在國際上首次在1030～1070nm波段使用增益開關(guān)型脈沖源產(chǎn)生皮秒脈沖，該脈沖重復(fù)頻率在10K～100MHz內(nèi)靈活可調(diào)，基礎(chǔ)光脈寬在50～500ps內(nèi)可調(diào)，且應(yīng)用保偏光纖后，輸出的種子光均為線偏振單縱?；蚨嗫v模激光，易于工業(yè)加工及科學(xué)研究。
文檔編號H01S3/101GK102244355SQ201110156920
公開日2011年11月16日 申請日期2011年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月13日
發(fā)明者陳抗抗 申請人:武漢安揚(yáng)激光技術(shù)有限責(zé)任公司