[發明專利]一種能量可調脈沖簇光纖激光器及調控方法

在審

• 申請號: 202010692484.6
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN111834871A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 陳偉成;李夢賢;何銀斌
• 申請（專利權）人: 佛山科學技術學院
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/08;H01S3/102;H01S3/11
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 葉潔勇

本發明公開了一種能量可調脈沖簇光纖激光器及調控方法，激光器包括：主諧振腔和附屬腔；所述主諧振腔用于產生基頻鎖模脈沖；所述主諧振腔包括：抽運光源、波分復用器、增益光纖、光纖環路器、材料飽和吸收體、偏振控制器和第一光纖耦合器；所述附屬腔用于對所述基頻鎖模脈沖進行調制；所述附屬腔包括：分光比可調X型光纖耦合器、光纖延時線和第二光纖耦合器。方法包括旋轉偏振控制器的手柄角度與手柄的擠壓強度，從而產生基頻鎖模脈沖，調節X型光纖耦合器的分光比來實現對基頻鎖模脈沖序列的幅值調制，加熱光纖延時線來實現對鎖模脈沖序列的脈動時間輪廓的寬度調制，實現激光器輸出能量動態可調的脈沖簇。本發明主要用于激光器技術領域。

技術領域

本發明涉及激光器技術領域，特別涉及一種能量可調脈沖簇光纖激光器及調控方法。

背景技術

鎖模激光器一直是激光物理領域、工業應用領域、精密測量領域、生物醫學成像領域中的首選光源。被動鎖模光纖激光器相對于主動鎖模激光器，其產生超短脈沖具有峰值功率高、光束質量好等顯著優點而備受關注。一般情況下，被動鎖模光纖激光器以單模光纖為基質，光纖的波導結構及光波能量量子化效應的約束，導致產生的鎖模脈沖能量局限在納焦量級范圍。但是，傳統激光加工產業的要求是在加工時間內激光脈沖能量要達到微焦量級以上。為此，具有微焦能量量級的脈沖光纖激光器是當前激光技術領域的產業關鍵技術與前沿課題。要產生微焦量級的高能量脈沖，通常需要對鎖模激光脈沖在激光器諧振腔外通過啁啾脈沖放大(CPA)、主振蕩功率放大(MOPA)、脈沖光學參量振蕩放大(MOPO)和主振蕩功率再放大(MOPRA)等技術方案進行放大或多級放大，才能達到工業激光加工的應用要求。例如，通過三級MOPA放大技術，在2μm波段可獲得能量為36.7μJ的激光脈沖【參考文獻1.P.Wan,et al.High pulse energy 2μm femtosecond fiber laser.Optics Express,2013,21(2):1798-1803】，在1.0μm波段可獲得能量為1.65μJ的激光脈沖【參考文獻2.X.-Y.Li,et al.Vector Effects of Dissipative Soliton in All-Fiber MOPASystem.IEEE Photonics Journal,2019,11(6):1505008】。但是，CPA、MOPA、MOPO和MOPRA等放大方案，不僅增加了激光系統的工作成本，而且在脈沖能量放大的過程中還會額外引入更高的非線性效應，導致這些腔外放大技術方案往往需要采用額外的處理手段去處理剩余高非線性效應問題。這些激光器諧振腔外的能量放大方案，無疑增加了激光器系統的復雜性、不穩定性和成本。

Mamyshev振蕩器【參考文獻3.P.Sidorenko,et al.Self-seeded,multi-megawatt,Mamyshev oscillator.Opt.Lett.,2018,43(11):2672-2675】是一種可以在激光器中直接產生大能量光脈沖的方案。但是Mamyshev振蕩器的鎖模自啟動閾值非常高，當Mamyshev振蕩器的兩個濾波器帶通中心波長的間隔大于4nm時，一般無法產生自啟動鎖模。如果要使Mamyshev振蕩器容易產生自啟動鎖模激光脈沖，就需要借助外注入種子脈沖或對抽運功率進行強度調制的方法，才能獲得自啟動鎖模脈沖。高的自啟動閾值限制了Mamyshev激光器的廣泛應用。

現有的光纖激光器存在鎖模脈沖能量低、脈沖能量可控性差的技術難題。尋求從光纖激光器直接獲取微焦量級高能量激光脈沖，是當前激光應用領域的一個產業共性要求，也是當今高功率激光脈沖的重要發展方向。

發明內容

本發明的目的是提供一種能量可調脈沖簇光纖激光器及調控方法，以解決現有技術中所存在的一個或多個技術問題，至少提供一種有益的選擇或創造條件。

本發明解決其技術問題的解決方案是：一方面，一種能量可調脈沖簇光纖激光器，包括：主諧振腔和附屬腔；