[實用新型]一種高功率光纖激光器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720941038.8
• 申請日: 2017-07-31
• 公開（公告）號: CN207134600U
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發(fā)明（設計）人: 徐建人;韋欣
• 申請（專利權）人: 嘉興海創(chuàng)激光科技有限公司
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/11
• 代理公司: 嘉興啟帆專利代理事務所(普通合伙)33253
• 代理人: 李伊飏

技術領域

本專利涉及光電子學領域，特別涉及一種高功率光纖激光器。

背景技術

光纖激光器是由泵浦源，耦合器，摻稀土元素光纖，諧振腔等部件構成。作為繼CO₂激光器和固體激光器之后的第三代激光器，與傳統(tǒng)二氧化碳激光器相比，具有20％耗電、10％體積、4倍速度快、20％轉換效率高等優(yōu)點。脈沖式光纖激光器在激光雷達、通信、遙感等領域都有著非常重要的作用，在這些場合，通常要求光源同時具有短脈沖和大功率的特點。

Q開關技術，可以實現(xiàn)對激光介質(zhì)所儲存能量進行集中釋放。調(diào)Q技術的出現(xiàn)和發(fā)展，是激光發(fā)展史上的一個重要突破，它是將激光能量壓縮到寬度極窄的脈沖中發(fā)射，從而使光源的峰值功率可提高幾個數(shù)量級的一種技術。

將普通脈沖激光器輸出的脈沖，用示波器進行觀察、記錄，發(fā)現(xiàn)其波形并非一個平滑的光脈沖，而是由許多振幅、脈寬和間隔作隨機變化的尖峰脈沖組成的。每個尖峰的寬度約為0.1～1μs，間隔為數(shù)微秒，脈沖序列的長度大致與閃光燈泵浦持續(xù)時間相等。這種現(xiàn)象稱為激光器弛豫振蕩。產(chǎn)生弛豫振蕩的主要原因：當激光器的工作物質(zhì)被泵浦，上能級的粒子反轉數(shù)超過閾值條件時，即產(chǎn)生激光振蕩，使腔內(nèi)光子數(shù)密度增加而發(fā)射激光。隨著激光的發(fā)射，上能級粒子數(shù)大量被消耗，導致粒子反轉數(shù)降低，當?shù)陀陂y值時，激光振蕩就停止。這時，由于光泵的繼續(xù)抽運，上能級粒子反轉數(shù)重新積累，當超過閾值時，又產(chǎn)生第二個脈沖，如此不斷重復上述過程，直到泵浦停止才結束。每個尖峰脈沖都是在閾值附近產(chǎn)生的，因此脈沖的峰值功率水平較低。增大泵浦能量也無 助于峰值功率的提高，而只會使小尖峰的個數(shù)增加。既然激光上能級最大粒子反轉數(shù)受到激光器閾值的限制，那么要使上能級積累大量的粒子，可以設法通過改變(增加)激光器的閾值來實現(xiàn)，就是當激光器開始泵浦初期，設法將激光器的振蕩閾值調(diào)得很高，抑制激光振蕩的產(chǎn)生，這樣激光上能級的反轉粒子數(shù)便可積累得很多。當反轉粒子數(shù)積累到最大時，再突然把閾值調(diào)到很低，此時，積累在上能級的大量粒子便雪崩式的躍遷到低能級，于是在極短的時間內(nèi)將能量釋放出來，就獲得峰值功率極高的巨脈沖激光輸出。泵浦時令腔損耗很大(Q很小)，突然減小損耗(增大Q)，使積蓄的反轉粒子數(shù)在短時間內(nèi)完成受激輻射，形成光脈沖，改變激光器的閾值是提高激光上能級粒子數(shù)積累的有效方法。其工作原理如圖1所示。

使諧振腔的品質(zhì)因數(shù)(損耗)發(fā)生突變的方式包括主動調(diào)Q和被動調(diào)Q。主動調(diào)Q包括機械調(diào)Q、電光調(diào)Q和聲光調(diào)Q等，優(yōu)點是可以控制，缺點是脈沖頻率不能很窄，輸出功率也不能很高。半導體飽和吸收體則是一種被動調(diào)Q材料，它一種非線性吸收介質(zhì)，即其吸收系數(shù)并不是常數(shù)，當在較強激光作用下，其吸收系數(shù)隨光強的增加而減小直至飽和，對光呈現(xiàn)透明的特性，從而實現(xiàn)損耗的降低和調(diào)Q。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型是要提供一種高功率沖光纖激光器。該激光器為被動調(diào)Q的高功率、短脈結構簡單、無須外加電信號，就能夠?qū)崿F(xiàn)高功率的脈沖輸出。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用了如下技術方案：

一種高功率光纖激光器，包括光纖激光器單元和半導體可飽和吸收體，所述光纖激光器單元包括泵浦源、波分復用耦合器、增益光纖和反射反射鏡，所述泵浦源作為光纖激光器的激勵源，通過波分復用耦合器將能量注入光纖鏈路， 所述增益光纖作為激光器的激勵介質(zhì)，輸入的泵浦光可在其中產(chǎn)生激發(fā)光的增益，所述反射反射鏡和所述半導體飽和吸收鏡中的高反射反射鏡構成光腔，使激發(fā)的光受到選模和多次反射為激光器提供諧振腔，所述半導體可飽和吸收體為半導體飽和吸收鏡，所述半導體飽和吸收鏡吸收介質(zhì)可對激光產(chǎn)生吸收飽和而產(chǎn)生高能量脈沖。脈沖工作高功率光纖激光器，從功能上講，僅是將SESAM作為光纖激光器單元的一個部分插入；從結構上講，包括泵浦源，波分復用耦合器、摻雜稀土元素的增益光纖、反射鏡。

優(yōu)選地，所述的光纖激光器單元的結構為線形腔結構或環(huán)形腔結構。

優(yōu)選地，所述的增益光纖摻有稀土元素，所述稀土元素為鉺、釔和銩的一種或者多種。

優(yōu)選地，所述增益光纖為鉺增益光纖或釔增益光纖或銩增益光纖。

優(yōu)選地，泵浦源為波長與所述增益光纖匹配的高功率半導體激光器光纖耦合模塊。

優(yōu)選地，所述鉺增益光纖采用980nm或1480nm泵浦源，所述釔增益光纖采用915nm、940nm或980nm泵浦源，所述銩增益光纖采用793nm泵浦源。

優(yōu)選地，所述波分復用耦合器為雙波長工作器件，所述雙波長工作器件的工作波長分別對應稀土元素的吸收波長和發(fā)射波長。