[发明专利]基于增益调制技术脉冲激光种子的掺Yb光纤激光器

说明书

技术领域

本发明涉及脉冲型掺Yb光纤激光器，尤其涉及一种基于增益调制技术脉冲激光种子的掺Yb光纤激光器。

背景技术

脉冲型掺Yb光纤激光器是目前实现大功率激光加工等应用的具有高峰值功率激光输出的一种重要稀土离子掺杂激光器。由于Yb离子具有较简单的二能级结构和较长的上能级荧光寿命(接近1ms)，不存在荧光上转换效应，因此利于实现很高功率激光的输出；其较长的上能级寿命有利于实现高功率的脉冲激光输出。光纤激光器与固体、气体激光器相比较有许多优点：具有更小的体积；具有大的表面积和体积比，散热性更好，不需要庞大的水冷系统；具有更好的光束质量，能得到接近衍射极限的高功率激光输出；较高的能量转换效率；以及很高的长期工作稳定性。因此，当前掺Yb的双包层光纤激光器已经较大规模地取代固体、气体等传统激光器应用于光纤通信、工业加工、国防军事等领域。

脉冲型掺Yb光纤激光器一般采用两种结构：法布里-珀罗腔(F-P腔)结构和MOPA结构。F-P腔结构的脉冲激光器，通过在腔内插入损耗调制的Q开关，可以实现脉冲激光输出；但受器件性能限制，不利于大功率的激光输出。MOPA结构利用高性能种子激光的功率放大，可以实现高性能的脉冲激光输出，是当前实现高功率脉冲光纤激光器的主要技术。当前，通常所采用的MOPA结构脉冲型掺Yb光纤激光器的种子源主要包括全光纤化的声光调Q光纤激光器和多级预放大的脉冲调制单模半导体激光器。全光纤化的声光调Q光纤激光器虽然结构比较简单，但是需采用带尾纤的声光调制器，生产成本以及价格相对较高，声光调制器的长期稳定性也存在一定问题；多级预放大的脉冲调制单模半导体激光器需采用价格较为昂贵的可高速调制的单模半导体激光器，由于输出功率过小，需经过一级或多级的预放大才能达到种子源功率要求，结构相对复杂，成本比前者更高。

发明内容

本发明的目的是克服其他脉冲型光纤激光器在成本和长期稳定性方面的不足，提供一种基于增益调制技术脉冲激光种子的掺Yb光纤激光器。

一种基于增益调制技术脉冲激光种子的掺Yb光纤激光器由脉冲调制的泵浦源、多模光纤合束器、高反射率光纤光栅、Yb掺杂双包层光纤、低反射率光纤光栅、放大级泵浦源、多模光纤合束器、双包层掺Yb光纤组成；脉冲调制的泵浦源通过光纤与多模光纤合束器、高反射率光纤光栅、Yb掺杂双包层光纤、低反射率光纤光栅、光纤放大器泵浦源、多模光纤合束器、双包层掺Yb光纤依次相连；将脉冲调制的泵浦源激光通过合束器耦合到Yb掺杂的双包层增益光纤中，产生由高反射率光纤光栅、低反射率光纤光栅限定波长的脉冲激光，输出的脉冲激光作为种子源，与放大级泵浦源通过多模光纤合束器耦合到双包层掺Yb光纤中，经过功率放大后，获得重复频率可调的脉冲激光输出。

另一种基于增益调制技术脉冲激光种子的掺Yb光纤激光器由脉冲调制的泵浦源、多模光纤合束器、高反射率光纤光栅、Yb掺杂双包层光纤、低反射率光纤光栅、放大级泵浦源、多模光纤合束器、双包层掺Yb光纤组成；脉冲调制的泵浦源通过光纤与多模光纤合束器、高反射率光纤光栅、Yb掺杂双包层光纤、低反射率光纤光栅、双包层掺Yb光纤、多模光纤合束器、放大级泵浦源依次相连；将脉冲调制的泵浦源激光通过合束器耦合到Yb掺杂的双包层增益光纤中，产生由高反射率光纤光栅、低反射率光纤光栅限定波长的脉冲激光。输出的脉冲激光作为激光种子源，耦合到双包层掺Yb光纤中，多模光纤合束器将放大级泵浦源反向耦合到大模场直径的双包层掺Yb光纤，获得重复频率可调的脉冲激光输出。

在所述的低反射率光纤光栅与光纤放大器泵浦源之间设有隔离器。所述的脉冲调制的泵浦源是一种重复频率、脉冲宽度可控的高功率多模半导体激光器，工作波长在900～985nm、输出功率为1～100W的带尾纤多模半导体激光器。所述的高反射率光纤光栅和低反射率光纤光栅是一种在1020～1085nm波段具有反射率的光纤光栅，作为种子激光器的谐振腔。所述的双包层掺Yb光纤是随机偏振的Yb光纤或偏振保持的Yb光纤。