[發(fā)明專(zhuān)利]光纖皮秒和飛秒脈沖激光輸出切換裝置及其控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410541817.X
• 申請(qǐng)日: 2014-10-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104317136B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郝強(qiáng);曾和平
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G02F1/35
• 分類(lèi)號(hào): G02F1/35;H01S5/40;H01S3/23
• 代理公司: 上海脫穎律師事務(wù)所31259
• 代理人: 張群峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高功率窄帶光譜的皮秒脈沖激光和寬帶光譜的飛秒脈沖激光的輸出切換裝置及其控制方法。

背景技術(shù)

超短脈沖為脈沖寬度在飛秒到皮秒量級(jí)間的一類(lèi)脈沖的總稱(chēng)。利用高功率皮秒和飛秒激光，可實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬、金屬碳化物、硅片等工業(yè)材料進(jìn)行高精度加工。與納秒脈沖相比，飛秒和皮秒脈沖的時(shí)間寬度之短，可迅速達(dá)到材料的消融臨界點(diǎn)所需要的峰值能量密度，并有效地減少激光輻射帶來(lái)的熱效應(yīng)。飛秒激光的持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于晶格熱傳導(dǎo)時(shí)間，在其與物質(zhì)相互作用時(shí)，能量吸收限制在極小的范圍內(nèi)，電子達(dá)到極高的溫度，隨之物質(zhì)從固態(tài)變?yōu)殡x子態(tài)，迅速?gòu)募庸^(qū)域噴出。因此，利用飛秒和皮秒脈沖能克服激光熱效應(yīng)帶來(lái)的弊端，實(shí)現(xiàn)高精度的加工。

提及高功率超短脈沖的產(chǎn)生方法，一般有兩大類(lèi)。一類(lèi)是采用固體激光器、半導(dǎo)體激光二極管或光纖激光器作為窄帶光譜的種子源，光譜寬度一般小于1nm，脈沖寬度為幾個(gè)皮秒到幾百皮秒。相比寬帶光譜的皮秒激光，雖然該窄帶光譜的皮秒脈沖無(wú)法壓縮到飛秒脈沖，但該窄帶光譜的皮秒脈沖光源的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)具有更高的倍頻效率，有利于實(shí)現(xiàn)更短波長(zhǎng)的激光輸出。

另一類(lèi)是以寬帶光譜的飛秒激光或者寬帶光譜的皮秒激光作為種子源，經(jīng)過(guò)啁啾脈沖放大或者主振蕩功率放大，最后采用脈沖壓縮達(dá)到飛秒量級(jí)，實(shí)現(xiàn)更高的峰值功率。該技術(shù)會(huì)使用寬帶光譜器件以確保最終輸出激光光譜具有足夠的帶寬，實(shí)現(xiàn)更窄的飛秒脈沖。

以上兩類(lèi)超短脈沖的功率放大過(guò)程雖然看似相近，但到目前為止，并無(wú)法在一套激光系統(tǒng)里面同時(shí)實(shí)現(xiàn)這兩種光譜形式(寬帶光譜或者窄帶光譜)的超短脈沖激光輸出。其主要問(wèn)題是脈沖激光種子源的輸出參數(shù)基本決定了該激光系統(tǒng)的性能和特性。若需要實(shí)現(xiàn)不同形式的光譜輸出，必須更換脈沖種子源。這必然會(huì)增加激光系統(tǒng)復(fù)雜度，并進(jìn)而提高制造成本。

發(fā)明內(nèi)容

(一)發(fā)明目的

本發(fā)明的目的是提供一種高功率窄帶光譜的皮秒脈沖激光或?qū)拵Ч庾V的飛秒脈沖激光的輸出切換裝置及其控制方法。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種皮秒和飛秒脈沖激光輸出切換裝置，包括沿光路順次設(shè)置的光源、皮秒激光振蕩器、可調(diào)濾波器、光纖放大器和折光鏡，其中，皮秒激光振蕩器，用于輸出光譜；可調(diào)濾波器，用于選取皮秒激光振蕩器輸出光譜中不同波長(zhǎng)的光譜成分；光纖放大器，用于將可調(diào)濾波器濾波后的脈沖的平均功率提升；折光鏡，其包括高反鏡，用于將光路切換至兩個(gè)不同的輸出端口,其中一個(gè)輸出端口順次連接有脈沖壓縮器和飛秒倍頻器，脈沖壓縮器用于將寬帶光譜的皮秒脈沖壓縮至飛秒脈沖；飛秒倍頻器用于將寬帶光譜的皮秒脈沖壓縮，最終輸出飛秒脈沖；而另一個(gè)輸出端口連接有皮秒倍頻器，用于輸出皮秒脈沖，當(dāng)可調(diào)濾波器選取皮秒激光振蕩器輸出光譜邊緣部分時(shí)，高反鏡的位置使得光譜皮秒脈沖無(wú)偏折地通過(guò)折光鏡后進(jìn)入皮秒倍頻器，當(dāng)可調(diào)濾波器選取皮秒激光振蕩器輸出光譜中心部分時(shí)，高反鏡轉(zhuǎn)動(dòng)至另一位置處，以使光譜皮秒脈沖產(chǎn)生90度偏折后進(jìn)入脈沖壓縮器及飛秒倍頻器。

其中，還包括與可調(diào)濾波器和折光鏡連接的飛秒/皮秒切換驅(qū)動(dòng)器，用于驅(qū)動(dòng)可調(diào)濾波器以及折光鏡，以分別實(shí)現(xiàn)光譜的選取和高反鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)。

其中，可調(diào)濾波器和折光鏡都是電控的。

其中，皮秒激光振蕩器為非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模的全正色散光纖激光器。

其中，可調(diào)濾波器為基于F-P腔的可調(diào)濾波器或光柵結(jié)構(gòu)的濾波器或干涉濾光片結(jié)構(gòu)的濾波器。

其中，光纖放大器包括光纖預(yù)放大器以及光纖主放大器。

其中，光纖預(yù)放大器為纖芯泵浦的光纖放大器，用于將20mW的功率提升至超過(guò)200mW。

其中，光纖主放大器為包層泵浦的光纖放大器，用于將200mW的功率提升至超過(guò)10W。

本發(fā)明還提供了一種皮秒和飛秒脈沖激光輸出切換裝置的控制方法，該方法包括以下步驟：

S1：當(dāng)需要輸出皮秒脈沖激光時(shí)，調(diào)整可調(diào)濾波器，使其選取皮秒激光振蕩器輸出光譜邊緣部分，同時(shí)將高反鏡的位置調(diào)整至光譜皮秒脈沖無(wú)偏折地通過(guò)折光鏡后進(jìn)入皮秒倍頻器的位置；

S2:當(dāng)需要輸出飛秒脈沖激光時(shí)，調(diào)整可調(diào)濾波器，使其選取皮秒激光振蕩器輸出光譜中心部分，同時(shí)將高反鏡的位置調(diào)整至光譜皮秒脈沖產(chǎn)生90度偏折后進(jìn)入脈沖壓縮器及飛秒倍頻器的位置。

其中，該方法還包括以下步驟：通過(guò)飛秒/皮秒切換控制器控制可調(diào)濾波器和折光鏡的調(diào)整。

(三)有益效果