[发明专利]调Q的全光纤化光纤激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光器，特别是调Q的全光纤化光纤激光器。

背景技术

光纤激光器具有输出光质量高、体积小、使用方便灵活、运行费用低等优越性能。光纤激光器可产生连续波(CW)激光辐射输出或脉冲激光辐射输出，而光纤激光器的脉冲运行可以通过Q开关技术实现。由于Q开关光纤激光器可产生高峰值功率激光脉冲和优秀的光束质量，从而使它适合于微加工、打标、科研等应用。激光Q开关可以通过在激光共振腔内插入一个光学调制器以控制激光腔内的光损耗来实现。简单来说，这个调制器的作用是一个光损耗开关。最初，腔损耗可保持在较高值(低Q因子状态)，此时，不发生激光振荡，但来自泵浦源的能量在增益介质中累积；在某一瞬间，腔损耗被突然切换到低损耗值(高Q因子状态)，使激光振荡在腔内非常迅速地建立，并生成一个高峰值功率激光脉冲。当在激光腔内由光学调制器对Q值进行高低切换时，就可以得到序列激光脉冲。

激光调Q可以采用主动或被动的方式。典型的主动式光学调制器是声光调制器(AOM)或电光调制器(EOM)。声光调制器通常由光学晶体制成，如二氧化碲、钼酸铅、石英晶体及熔融石英等；电光调制器通常由光学材料制成，如磷酸二氘钾KD^*P、偏硼酸钡BBO、铌酸锂LiNbO₃、NH₄H₂PO₄(ADP)等。但是，AOM和EOM存在体积大、难以与芯径很小的光纤耦合等问题；此外，AOM和EOM器件也较昂贵。

一个典型的Q开关光纤激光器的配置如图1所示。其中激光腔由一对具有相同中心波长的光纤光栅(FBG)反射器15和35、一段提供光学增益的增益光纤(Gain Fiber)18和带有尾纤20耦合的光学调制器90组成。光学调制器90可以是AOM或EOM调制器。泵浦源(PumpSource)1提供了耦合到光纤激光腔中的泵浦光5激光腔以激励增益光纤18，光纤光栅(FBG)反射器提供光反馈以产生激光振荡。光学调制器90用于调制激光腔中的光损耗，以便对激光腔的Q值进行调制。最初，腔损耗保持在高损耗状态，即光学调制器处于“关”状态(相应于激光腔的低Q值状态)，此时没有光信号通过光学调制器90，不会产生激光振荡，但是来自泵浦光5的能量在增益介质18中累积。在某一瞬间，腔损耗通过光学调制器被突然切换到低损耗值，即光学调制器处于“开”状态(相应于激光腔的高Q值状态)，这时光信号可以立即通过光学调制器90，从而在腔内非常迅速地建立激光振荡，并生成一个高峰值功率激光脉冲。光纤光栅(FBG)对15和35具有相同的中心波长，并且作为窄带反射镜而提供光反馈到激光腔并将激光振荡的波长限定在光纤光栅的波长。由于光纤光栅具有很窄的反射带宽，则输出的激光具有很窄的波长光谱。当在激光腔内由光学调制器90对激光腔的Q值进行高低切换时，就可以得到序列激光脉冲。调Q的开关信号95受控于一个外部控制器96。光纤光栅对15和35中的一个具有低反射率且是部分透明的，因此所生成的激光的一部分将离开激光腔并输出激光38或42。

如图2a所示，光纤光栅是由在光纤芯中沿光纤长度方向引进周期性的微小折射率变化而形成。在光纤芯中的变化区域151及与其相邻的非变化区域152有非常小的折射率变化，其变化周期为Λ_B。有几种在光纤芯中写入光纤光栅的技术，利用紫外激光照射光纤芯可以在照射区域引入折射率的变化，例如，变化区域151经紫外激光照射，但非变化区域152保持原来的状态。

光纤光栅的主要参数是中心波长λ_B、带宽Δλ_B和反射率。满足高反射条件，称之为布拉格(Bragg)条件，其反射波长亦称之为布拉格波长。λ_B与光栅周期Λ_B和光纤芯的有效折射率n的关系为：

λ_B＝2nΛ_B

图2b、2c和2d示出了光纤光栅的光谱特性。当具有如图2b所示的光谱分布120的宽带光110输入光纤光栅后，其反射光112(如图2a所示)具有如图2c所示的光谱分布122，其透射光111(如图2a所示)具有如图2d所示的光谱分布121。