[發(fā)明專利]脈沖產(chǎn)生方法和激光光源設(shè)備

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010502458.9
• 申請(qǐng)日: 2010-09-29
• 公開（公告）號(hào): CN102437504A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 玉置忍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 住友電氣工業(yè)株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01S3/102
• 分類號(hào): H01S3/102;H01S3/11;H01S3/067
• 代理公司: 北京天昊聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11112
• 代理人: 陳源;張?zhí)焓?/td>

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種適合用作光源的激光光源設(shè)備，該設(shè)備具有輸出待用于光纖激光器等的高功率激光的發(fā)光元件；本發(fā)明還涉及一種在激光光源設(shè)備中穩(wěn)定地產(chǎn)生光脈沖的脈沖產(chǎn)生方法。特別地，激光光源設(shè)備適合作為用于MOPA的發(fā)光元件的激光光源設(shè)備。在本申請(qǐng)中，發(fā)光元件是能夠輸出高功率的光電轉(zhuǎn)換發(fā)光元件，比如LD(激光二極管)，或者VCSEL(垂直腔面發(fā)射激光器：表面發(fā)射激光)。

背景技術(shù)

當(dāng)今，使用以預(yù)定周期重復(fù)輸出的脈沖激光的處理技術(shù)倍受關(guān)注，并且在處理和醫(yī)療領(lǐng)域中對(duì)高功率激光光源的需求增大。在各種激光光源中尤為矚目的一種激光光源是光纖激光器。光纖激光器采用具有摻雜了如Yb(鐿)、Er(鉺)、Tm(銩)之類稀土元素的芯的放大光纖作為光放大介質(zhì)。當(dāng)將抽運(yùn)光(pumping?light)提供到放大光纖中時(shí)，在放大光纖內(nèi)部傳播的種子光被放大。因此，從放大光纖輸出具有高功率的放大后的光，或者使用共振結(jié)構(gòu)通過(guò)激光振蕩來(lái)輸出激光。該光纖激光器的優(yōu)點(diǎn)是易于操縱，因?yàn)榧す庀拗圃诠饫w之內(nèi)，并且由于高的熱量發(fā)射率而無(wú)需大型冷卻設(shè)備。

如上所述，對(duì)光纖激光器應(yīng)用摻雜稀土元素的光纖，并且在這些摻雜稀土元素的光纖之中，摻雜Yb的具有高轉(zhuǎn)換效率的光纖被廣泛用作用于高功率輸出的放大光纖。如在其它稀土元素情況中一樣，通過(guò)使用抽運(yùn)光來(lái)抽運(yùn)Yb。另一方面，使在放大光纖內(nèi)部不能被吸收的抽運(yùn)光從放大光纖的另一端出射。

作為光纖激光器的構(gòu)造，例如，當(dāng)采用在兩端均使用光纖布拉格光柵(FBG)或反射鏡等的共振器結(jié)構(gòu)時(shí)，通過(guò)在共振器內(nèi)部布置光開關(guān)或聲光調(diào)制器(AOM)來(lái)執(zhí)行脈沖調(diào)制。在日本專利公開No.2007-042981中描述的MOPA(主控振蕩器功率放大器)型光纖激光器通過(guò)對(duì)由輸出待放大光的種子光源(發(fā)光元件)的直接調(diào)制或外部調(diào)制所執(zhí)行的脈沖調(diào)制而得到的光脈沖進(jìn)行放大，來(lái)獲得高功率輸出光。在每個(gè)構(gòu)造中，通過(guò)對(duì)種子光進(jìn)行脈沖輸出而得到的峰值輸出比連續(xù)波操作(CW操作)中的輸出高得多，并導(dǎo)致非線性現(xiàn)象，比如受激喇曼散射(SRS)或受激布里淵散射(SBS)。

在MOPA型光纖激光器中，當(dāng)采用外部調(diào)制方法，即對(duì)種子光源的輸出光在外部施加脈沖調(diào)制時(shí)，可以通過(guò)對(duì)要施加到如AOM之類的外部調(diào)制器上的特定電壓值進(jìn)行控制來(lái)執(zhí)行脈沖調(diào)制控制(一個(gè)控制周期由與設(shè)置為脈沖打開狀態(tài)的光脈沖的寬度相對(duì)應(yīng)的持續(xù)時(shí)間以及與設(shè)置為脈沖關(guān)閉狀態(tài)的相鄰光脈沖之間間隔相對(duì)應(yīng)的持續(xù)時(shí)間所組成)。類似地，在對(duì)種子光源進(jìn)行直接脈沖調(diào)制控制的直接調(diào)制方法的情況下，一種對(duì)種子光源施加TTL信號(hào)(5V到0V)的電壓和低伏特TTL信號(hào)(3.3V到0V)的方法即通常所說(shuō)的按照要供給種子光源的驅(qū)動(dòng)電流的脈沖調(diào)制圖形來(lái)對(duì)種子光源的輸出光進(jìn)行脈沖輸出的方法。高電壓施加的持續(xù)時(shí)間被設(shè)為脈沖打開狀態(tài)還是脈沖關(guān)閉狀態(tài)取決于電路設(shè)計(jì)，不過(guò)，每一種設(shè)置都需要高的施加電壓，這導(dǎo)致調(diào)制器電路尺寸增大以及電功耗增大。當(dāng)調(diào)制器本身響應(yīng)遲了，具體地說(shuō)，如果上升時(shí)間和下降時(shí)間遲了，則脈沖打開狀態(tài)與脈沖關(guān)閉狀態(tài)之間的切換占用了較長(zhǎng)時(shí)間而發(fā)生延遲。結(jié)果，存在這樣的風(fēng)險(xiǎn)：得到的種子光脈沖L的脈沖寬度(在最大值的一半處的全脈沖寬度)變窄。還可以控制當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流變化時(shí)要施加到種子光源的特定調(diào)制電壓，然而在這種情況下，存在這樣的可能性：不能成功執(zhí)行控制或控制被延遲，不能得到具有正常脈沖寬度的光脈沖，以及放大光纖不能發(fā)送種子光脈沖。在這種情況下，放大光纖中引起的大量ASE光會(huì)毀壞其它光部件(隔離器和抽運(yùn)光源等)和放大光纖。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的發(fā)明者調(diào)查了采用光脈沖作為種子光的傳統(tǒng)光纖激光器，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了如下問(wèn)題。

在輸出要以預(yù)定周期重復(fù)輸出的具有高功率的脈沖激光的發(fā)光元件具有一種構(gòu)造(直接調(diào)制方法)的情況下，當(dāng)直接施加脈沖調(diào)制而同時(shí)待輸出的脈沖光被設(shè)置為特殊脈沖峰值時(shí)，發(fā)現(xiàn)了這樣的現(xiàn)象，即，脈沖寬度按照要供給種子光源的驅(qū)動(dòng)電流的變化而發(fā)生變化。例如，當(dāng)以20ns的脈沖寬度和50kHz的脈沖重復(fù)頻率操作光纖激光器時(shí)，在驅(qū)動(dòng)電流變化時(shí)脈沖寬度增大到40ns。在示出了具有隨意設(shè)定的脈沖寬度和脈沖重復(fù)頻率的調(diào)制電壓中的時(shí)間變化的脈沖調(diào)制圖形中，還需要重新調(diào)節(jié)用于確定幅度電壓和偏移電壓的調(diào)制電壓值。另外，調(diào)節(jié)需要時(shí)間，并且在發(fā)生調(diào)節(jié)故障的情況下，在使用發(fā)光元件作為種子光源的MOPA型光纖激光器中，在諸如放大光纖、隔離器和抽運(yùn)光源之類的光學(xué)部件中會(huì)發(fā)生故障。