一种色散管理型脉宽可调飞秒全光纤激光器

本发明涉及光纤激光器的，尤其涉及一种色散管理型脉宽可调飞秒全光纤激光器。

背景技术：

1、随着激光技术的飞速发展，超快激光出现在了人们的视野之中，超快激光器在人们的现代工作生活中的作用也越来越重要，具有具大的经济价值及社会效益。高功率超短脉冲光纤激光器具有光束质量良好、热稳定性高、增益带宽宽、峰值功率高、结构紧凑、成本低、可对材料“冷”烧灼、无需维护等优点，在工业材料加工、生物医学、超连续谱产生、和遥感测量等领域具有广泛的应用，近年来成为研究的热点。

2、目前实现锁模的方法主要分为基于腔内相位或幅度调制的主动锁模、基于可饱和吸收效应的被动锁模两种。主动锁模可以方便地实现重复频率的调谐，可获得更高的脉冲重复频率，但其结构比较复杂，能够获得的最窄脉冲宽度受到调制系统的限制。

3、基于被动锁模原理，目前使用最多的主要以下三种方式：一是非线性放大环形镜(nalm)锁模光纤激光器，其原理是在保偏光纤环路中产生相向传输的两束光，并在分束器干涉，利用两束光的非线性相移来控制对不同强度光的透射率进而实现可饱和吸收特性，容易获得宽光谱的超短脉冲激光。但是这种光纤nalm锁模激光器具有制作成本高、泵浦功耗需求高、不易锁模等问题。二是非线性偏振旋转(npe)锁模光纤激光器，它的成本低、参数易调节，容易对净腔色散进行调节获得宽光谱的锁模脉冲，但是通常需采用非保偏光纤以及空间光栅结构来构建，这导致其对环境变化很敏感，外界温度、振动等的扰动都会对激光器运转状态以及输出脉冲特性产生影响，且结构较为复杂，难以实现全光纤化，这些缺点限制了其实际应用。三是半导体可饱和吸收体(sesam)锁模光纤激光器，是利用半导体可饱和吸收效应来实现锁模，这种锁模激光器能实现较高的重复频率，其结构简单、锁模阈值低、稳定性好。但是，相对于前两种锁模方式，很难获得宽光谱带宽的锁模脉冲激光，其锁模光谱带宽一般在几个纳米甚至不足一纳米，限制了其在飞秒脉冲激光器方面的应用发展。

4、因此，如何提供低成本、结构简单、运行稳定、脉冲宽度和重复频率可调的高功率飞秒全光纤激光器作为高功率大能量飞秒激光器的种子源，已成为本领域技术人员亟待解决的重要问题。

技术实现思路

1、为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种色散管理型脉宽可调飞秒全光纤激光器，其成本低、结构简单、运行稳定、功率高、脉冲宽度和重复频率可调。

2、本发明的技术方案是：这种色散管理型脉宽可调飞秒全光纤激光器，其包括：由光纤激光振荡器（7）、脉冲展宽器（10）和选单器（15）组成的锁模光源（27）、脉冲激光放大器（26）和脉冲压缩器（28）；

3、所述光纤激光振荡器、脉冲展宽器、选单器和脉冲激光放大器之间均通过光纤连接，光纤激光振荡器采用线形短腔结构及腔外泵浦的方式，光纤激光振荡器的输出端连接至脉冲展宽器的输入端，脉冲展宽器包括光纤环形器（8）和第二啁啾光纤布拉格光栅（9），第二啁啾光纤布拉格光栅的中心波长在1020nm~1040nm范围内，脉冲展宽器的输出端连接至选单器的输入端，选单器包括光纤声光调制器（11）、光探测器（12）、射频驱动器（13）、脉冲选择器（14），选单器的输出端连接至脉冲激光放大器的输入端，脉冲激光放大器包括一级预放大部分（20）和二级主放大部分（25）；光纤激光振荡器产生宽光谱的锁模脉冲激光，脉冲展宽器将激光的脉冲宽度展宽至百皮秒量级，通过选单器对激光进行重复频率的调谐，经过一级预放大部分和二级主放大部分对激光进行功率放大后进入脉冲压缩器，对输出脉冲激光宽度压缩至飞秒量级。

4、本发明通过啁啾光纤布拉格光栅和半导体可饱和吸收体构成的光纤激光谐振腔。由于啁啾光纤布拉格光栅的特性，能够补偿谐振腔内由于单模光纤引入的正色散，使谐振腔内的净腔色散趋近于零，从而获得宽光谱带宽的锁模脉冲激光，解决了传统sesam锁模激光器光谱带宽窄的问题，且相较于其他被动锁模激光器成本低、结构简单、稳定性高以及输出脉宽量级更小。锁模脉冲激光经过大色散量啁啾光纤布拉格光栅进行脉冲展宽以及选频后，有效的抑制了非线性效应对功率提高带来的影响，并且重复频率可调谐，可极大的提高激光器输出的单脉冲能量，在经过脉冲压缩器后，可将脉冲宽度压缩至飞秒量级并可对脉冲宽度进行调谐，为后续进一步的光纤激光放大或固体激光放大及飞秒脉冲的压缩提供良好的种子源。

技术特征：

1.一种色散管理型脉宽可调飞秒全光纤激光器，其特征在于：其包括：由光纤激光振荡器（7）、脉冲展宽器（10）和选单器（15）组成的锁模光源（27）、脉冲激光放大器（26）和脉冲压缩器（28）；

2.根据权利要求1所述的色散管理型脉宽可调飞秒全光纤激光器，其特征在于：所述光纤激光振荡器包括半导体可饱和吸收体sesam（1）、第一增益光纤（2）、第一啁啾光纤布拉格光栅（3）、第一波分复用器（4）、第一光纤隔离器（5）和第一泵浦源（6）；

3.根据权利要求2所述的色散管理型脉宽可调飞秒全光纤激光器，其特征在于：所述光纤激光振荡器内的无源器件的尾纤均为保偏光纤，保偏光纤在光纤光栅的中心波段的色散为正色散；第一增益光纤在光纤光栅的中心波段的色散为正色散。

4.根据权利要求3所述的色散管理型脉宽可调飞秒全光纤激光器，其特征在于：第一波分复用器位于激光谐振腔外，将泵浦源输出的泵浦光耦合到光纤激光振荡器内。

5.根据权利要求4所述的色散管理型脉宽可调飞秒全光纤激光器，其特征在于：通过色散管理的方式，采用sesam与第一啁啾光纤布拉格光栅作为腔镜形成谐振腔，其中第一啁啾光纤布拉格光栅采用温度控制的方式来控制提供的二阶负色散用以补偿谐振腔内光纤带来的二阶正色散，使净腔色散趋于零，第一啁啾光纤布拉格光栅部分透射作为输出耦合镜。

6.根据权利要求5所述的色散管理型脉宽可调飞秒全光纤激光器，其特征在于：所述半导体可饱和吸收体sesam进行光纤化封装。

7.根据权利要求6所述的色散管理型脉宽可调飞秒全光纤激光器，其特征在于：所述一级预放大部分包括第二波分复用器（16）、第二增益光纤（17）、第二泵浦源（18）以及第二光纤隔离器（19）；第二波分复用器的输入端与光纤声光调制器的输出端连接，第二泵浦源的输出端与第二波分复用器的泵浦输入端连接，第二波分复用器的输出端与第二增益光纤的第一端连接，第二增益光纤的第二端与所述第二光纤隔离器的输入端连接，第二光纤隔离器的输出端与二级主放大部分连接，其中一级预防大部分的无源器件的尾纤均为保偏光纤。

8.根据权利要求7所述的色散管理型脉宽可调飞秒全光纤激光器，其特征在于：所述二级主放大部分包括合束器（21）、第三增益光纤（22）、第三泵浦源（23）以及第三光纤隔离器（24）；合束器的输入端与一级预防大部分的输出端连接，第三泵浦源的输出端与合束器的泵浦输入端连接，合束器的输出端与第三增益光纤的第一端连接，第三增益光纤的第二端与第三光纤隔离器的输入端连接，第三光纤隔离器的输出端用于输出放大后的脉冲激光光束；其中，第三泵浦源为多模泵浦，第三增益光纤为双包层掺镱增益光纤。

9.根据权利要求8所述的色散管理型脉宽可调飞秒全光纤激光器，其特征在于：所述二级主放大部分的高功率多模泵浦源采用976nm波长的半导体激光器，合束器将高功率多模泵浦源的泵浦光通过包层泵浦的方式，对第三增益光纤进行泵浦。

10.根据权利要求9所述的色散管理型脉宽可调飞秒全光纤激光器，其特征在于：所述脉冲激光放大器输出的高功率脉冲激光进入脉冲压缩器对输出脉冲激光的脉冲宽度进行压缩至飞秒量级，并通过调控色散量对脉冲宽度调谐。

技术总结本发明公开一种色散管理型脉宽可调飞秒全光纤激光器，成本低、结构简单、运行稳定、功率高、脉冲宽度和重复频率可调。光纤激光振荡器、脉冲展宽器、选单器和脉冲激光放大器之间均通过光纤连接，光纤激光振荡器采用线形短腔结构及腔外泵浦的方式，光纤激光振荡器的输出端连接至脉冲展宽器的输入端，脉冲展宽器的输出端连接至选单器的输入端，选单器的输出端连接脉冲激光放大器的输入端，光纤激光振荡器产生宽光谱的锁模脉冲激光，脉冲展宽器将激光的脉冲宽度展宽至百皮秒量级，通过选单器对激光进行重复频率的调谐，经过一级预放大部分和二级主放大部分对激光进行功率放大后进入脉冲压缩器，对输出脉冲激光宽度压缩至飞秒量级。技术研发人员：李平雪,宫朝庆,孟祥昊受保护的技术使用者：北京工业大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9