本發(fā)明涉及光纖激光器的，尤其涉及一種色散管理型脈寬可調(diào)飛秒全光纖激光器。

背景技術：

1、隨著激光技術的飛速發(fā)展，超快激光出現(xiàn)在了人們的視野之中，超快激光器在人們的現(xiàn)代工作生活中的作用也越來越重要，具有具大的經(jīng)濟價值及社會效益。高功率超短脈沖光纖激光器具有光束質(zhì)量良好、熱穩(wěn)定性高、增益帶寬寬、峰值功率高、結構緊湊、成本低、可對材料“冷”燒灼、無需維護等優(yōu)點，在工業(yè)材料加工、生物醫(yī)學、超連續(xù)譜產(chǎn)生、和遙感測量等領域具有廣泛的應用，近年來成為研究的熱點。

2、目前實現(xiàn)鎖模的方法主要分為基于腔內(nèi)相位或幅度調(diào)制的主動鎖模、基于可飽和吸收效應的被動鎖模兩種。主動鎖模可以方便地實現(xiàn)重復頻率的調(diào)諧，可獲得更高的脈沖重復頻率，但其結構比較復雜，能夠獲得的最窄脈沖寬度受到調(diào)制系統(tǒng)的限制。

3、基于被動鎖模原理，目前使用最多的主要以下三種方式：一是非線性放大環(huán)形鏡(nalm)鎖模光纖激光器，其原理是在保偏光纖環(huán)路中產(chǎn)生相向傳輸?shù)膬墒?，并在分束器干涉，利用兩束光的非線性相移來控制對不同強度光的透射率進而實現(xiàn)可飽和吸收特性，容易獲得寬光譜的超短脈沖激光。但是這種光纖nalm鎖模激光器具有制作成本高、泵浦功耗需求高、不易鎖模等問題。二是非線性偏振旋轉(zhuǎn)(npe)鎖模光纖激光器，它的成本低、參數(shù)易調(diào)節(jié)，容易對凈腔色散進行調(diào)節(jié)獲得寬光譜的鎖模脈沖，但是通常需采用非保偏光纖以及空間光柵結構來構建，這導致其對環(huán)境變化很敏感，外界溫度、振動等的擾動都會對激光器運轉(zhuǎn)狀態(tài)以及輸出脈沖特性產(chǎn)生影響，且結構較為復雜，難以實現(xiàn)全光纖化，這些缺點限制了其實際應用。三是半導體可飽和吸收體(sesam)鎖模光纖激光器，是利用半導體可飽和吸收效應來實現(xiàn)鎖模，這種鎖模激光器能實現(xiàn)較高的重復頻率，其結構簡單、鎖模閾值低、穩(wěn)定性好。但是，相對于前兩種鎖模方式，很難獲得寬光譜帶寬的鎖模脈沖激光，其鎖模光譜帶寬一般在幾個納米甚至不足一納米，限制了其在飛秒脈沖激光器方面的應用發(fā)展。

4、因此，如何提供低成本、結構簡單、運行穩(wěn)定、脈沖寬度和重復頻率可調(diào)的高功率飛秒全光纖激光器作為高功率大能量飛秒激光器的種子源，已成為本領域技術人員亟待解決的重要問題。

技術實現(xiàn)思路

1、為克服現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明要解決的技術問題是提供了一種色散管理型脈寬可調(diào)飛秒全光纖激光器，其成本低、結構簡單、運行穩(wěn)定、功率高、脈沖寬度和重復頻率可調(diào)。

2、本發(fā)明的技術方案是：這種色散管理型脈寬可調(diào)飛秒全光纖激光器，其包括：由光纖激光振蕩器（7）、脈沖展寬器（10）和選單器（15）組成的鎖模光源（27）、脈沖激光放大器（26）和脈沖壓縮器（28）；

3、所述光纖激光振蕩器、脈沖展寬器、選單器和脈沖激光放大器之間均通過光纖連接，光纖激光振蕩器采用線形短腔結構及腔外泵浦的方式，光纖激光振蕩器的輸出端連接至脈沖展寬器的輸入端，脈沖展寬器包括光纖環(huán)形器（8）和第二啁啾光纖布拉格光柵（9），第二啁啾光纖布拉格光柵的中心波長在1020nm~1040nm范圍內(nèi)，脈沖展寬器的輸出端連接至選單器的輸入端，選單器包括光纖聲光調(diào)制器（11）、光探測器（12）、射頻驅(qū)動器（13）、脈沖選擇器（14），選單器的輸出端連接至脈沖激光放大器的輸入端，脈沖激光放大器包括一級預放大部分（20）和二級主放大部分（25）；光纖激光振蕩器產(chǎn)生寬光譜的鎖模脈沖激光，脈沖展寬器將激光的脈沖寬度展寬至百皮秒量級，通過選單器對激光進行重復頻率的調(diào)諧，經(jīng)過一級預放大部分和二級主放大部分對激光進行功率放大后進入脈沖壓縮器，對輸出脈沖激光寬度壓縮至飛秒量級。

4、本發(fā)明通過啁啾光纖布拉格光柵和半導體可飽和吸收體構成的光纖激光諧振腔。由于啁啾光纖布拉格光柵的特性，能夠補償諧振腔內(nèi)由于單模光纖引入的正色散，使諧振腔內(nèi)的凈腔色散趨近于零，從而獲得寬光譜帶寬的鎖模脈沖激光，解決了傳統(tǒng)sesam鎖模激光器光譜帶寬窄的問題，且相較于其他被動鎖模激光器成本低、結構簡單、穩(wěn)定性高以及輸出脈寬量級更小。鎖模脈沖激光經(jīng)過大色散量啁啾光纖布拉格光柵進行脈沖展寬以及選頻后，有效的抑制了非線性效應對功率提高帶來的影響，并且重復頻率可調(diào)諧，可極大的提高激光器輸出的單脈沖能量，在經(jīng)過脈沖壓縮器后，可將脈沖寬度壓縮至飛秒量級并可對脈沖寬度進行調(diào)諧，為后續(xù)進一步的光纖激光放大或固體激光放大及飛秒脈沖的壓縮提供良好的種子源。

技術特征：

1.一種色散管理型脈寬可調(diào)飛秒全光纖激光器，其特征在于：其包括：由光纖激光振蕩器（7）、脈沖展寬器（10）和選單器（15）組成的鎖模光源（27）、脈沖激光放大器（26）和脈沖壓縮器（28）；

2.根據(jù)權利要求1所述的色散管理型脈寬可調(diào)飛秒全光纖激光器，其特征在于：所述光纖激光振蕩器包括半導體可飽和吸收體sesam（1）、第一增益光纖（2）、第一啁啾光纖布拉格光柵（3）、第一波分復用器（4）、第一光纖隔離器（5）和第一泵浦源（6）；

3.根據(jù)權利要求2所述的色散管理型脈寬可調(diào)飛秒全光纖激光器，其特征在于：所述光纖激光振蕩器內(nèi)的無源器件的尾纖均為保偏光纖，保偏光纖在光纖光柵的中心波段的色散為正色散；第一增益光纖在光纖光柵的中心波段的色散為正色散。

4.根據(jù)權利要求3所述的色散管理型脈寬可調(diào)飛秒全光纖激光器，其特征在于：第一波分復用器位于激光諧振腔外，將泵浦源輸出的泵浦光耦合到光纖激光振蕩器內(nèi)。

5.根據(jù)權利要求4所述的色散管理型脈寬可調(diào)飛秒全光纖激光器，其特征在于：通過色散管理的方式，采用sesam與第一啁啾光纖布拉格光柵作為腔鏡形成諧振腔，其中第一啁啾光纖布拉格光柵采用溫度控制的方式來控制提供的二階負色散用以補償諧振腔內(nèi)光纖帶來的二階正色散，使凈腔色散趨于零，第一啁啾光纖布拉格光柵部分透射作為輸出耦合鏡。

6.根據(jù)權利要求5所述的色散管理型脈寬可調(diào)飛秒全光纖激光器，其特征在于：所述半導體可飽和吸收體sesam進行光纖化封裝。

7.根據(jù)權利要求6所述的色散管理型脈寬可調(diào)飛秒全光纖激光器，其特征在于：所述一級預放大部分包括第二波分復用器（16）、第二增益光纖（17）、第二泵浦源（18）以及第二光纖隔離器（19）；第二波分復用器的輸入端與光纖聲光調(diào)制器的輸出端連接，第二泵浦源的輸出端與第二波分復用器的泵浦輸入端連接，第二波分復用器的輸出端與第二增益光纖的第一端連接，第二增益光纖的第二端與所述第二光纖隔離器的輸入端連接，第二光纖隔離器的輸出端與二級主放大部分連接，其中一級預防大部分的無源器件的尾纖均為保偏光纖。

8.根據(jù)權利要求7所述的色散管理型脈寬可調(diào)飛秒全光纖激光器，其特征在于：所述二級主放大部分包括合束器（21）、第三增益光纖（22）、第三泵浦源（23）以及第三光纖隔離器（24）；合束器的輸入端與一級預防大部分的輸出端連接，第三泵浦源的輸出端與合束器的泵浦輸入端連接，合束器的輸出端與第三增益光纖的第一端連接，第三增益光纖的第二端與第三光纖隔離器的輸入端連接，第三光纖隔離器的輸出端用于輸出放大后的脈沖激光光束；其中，第三泵浦源為多模泵浦，第三增益光纖為雙包層摻鐿增益光纖。

9.根據(jù)權利要求8所述的色散管理型脈寬可調(diào)飛秒全光纖激光器，其特征在于：所述二級主放大部分的高功率多模泵浦源采用976nm波長的半導體激光器，合束器將高功率多模泵浦源的泵浦光通過包層泵浦的方式，對第三增益光纖進行泵浦。

10.根據(jù)權利要求9所述的色散管理型脈寬可調(diào)飛秒全光纖激光器，其特征在于：所述脈沖激光放大器輸出的高功率脈沖激光進入脈沖壓縮器對輸出脈沖激光的脈沖寬度進行壓縮至飛秒量級，并通過調(diào)控色散量對脈沖寬度調(diào)諧。

技術總結
本發(fā)明公開一種色散管理型脈寬可調(diào)飛秒全光纖激光器，成本低、結構簡單、運行穩(wěn)定、功率高、脈沖寬度和重復頻率可調(diào)。光纖激光振蕩器、脈沖展寬器、選單器和脈沖激光放大器之間均通過光纖連接，光纖激光振蕩器采用線形短腔結構及腔外泵浦的方式，光纖激光振蕩器的輸出端連接至脈沖展寬器的輸入端，脈沖展寬器的輸出端連接至選單器的輸入端，選單器的輸出端連接脈沖激光放大器的輸入端，光纖激光振蕩器產(chǎn)生寬光譜的鎖模脈沖激光，脈沖展寬器將激光的脈沖寬度展寬至百皮秒量級，通過選單器對激光進行重復頻率的調(diào)諧，經(jīng)過一級預放大部分和二級主放大部分對激光進行功率放大后進入脈沖壓縮器，對輸出脈沖激光寬度壓縮至飛秒量級。

技術研發(fā)人員：李平雪,宮朝慶,孟祥昊
受保護的技術使用者：北京工業(yè)大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/9/9