[发明专利]一种增益窄化控制的全光纤高功率皮秒脉冲激光放大器

说明书

技术领域

本发明涉及一种增益窄化控制的全光纤高功率皮秒脉冲激光放大器。

背景技术

高功率的皮秒脉冲具有脉冲宽度窄、峰值功率高、单色性好、与材料作用时间大于热效应扩散时间等优点，在微纳加工、医疗处理、精密测距、高速通信和国防领域应用广泛，是激光器领域的前沿研究方向之一。尤其在非线性光学频率转换等应用场合，高功率激光脉冲能获得更高的转换效率。目前常用的产生皮秒脉冲的方法主要有三种：直接调制快速响应的半导体激光器、采用具有饱和吸收性质的材料作为光开关以及通过非线性偏振旋转锁模效应实现皮秒脉冲输出。

通过产生电学上小于1纳秒的电脉冲，驱动快速响应的半导体激光器产生皮秒脉冲，其脉冲宽度一般在数百皮秒，输出功率仅数百微瓦，受限于半导体激光器的响应速度，采用该方法无法产生脉宽更窄、平均功率更高的脉冲。采用可饱和吸收镜产生超短脉冲的方法应用较为广泛，选择合适的可饱和吸收材料，可以产生脉冲宽度从几皮秒到数百皮秒的超短脉冲，但采用这种方法，激光长时间作用与可饱和吸收体，器件寿命较短，同时还需要精确控制腔内泵浦光的功率，否则很容易超过可饱和吸收材料的抗损伤阈值，烧毁器件，尤其在被动锁模的大功率激光器中，吸收体的损坏是制约大功率激光输出和高寿命锁模激光器的瓶颈问题。

为获得高功率的皮秒脉冲，目前常用的方法是在腔内或腔外加入窄带滤波器件，如光纤光栅，窄带滤波器等。但这些器件原理上都是从很宽的光谱中截取一小部分能量出来，滤波后种子激光的平均功率低，相应的光纤激光的锁模难以稳定控制；而且，后续放大时需要数量更多的放大器，这种方法一方面增加了系统的复杂程度，也大幅提高了产品成本。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出一种增益窄化控制的全光纤高功率皮秒脉冲激光放大器，该放大器采用全光纤结构，易于获得长期稳定的高功率皮秒脉冲激光，也可降低高功率光纤激光系统的制作成本。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种增益窄化控制的全光纤高功率皮秒脉冲激光放大器，包括全光纤皮秒种子源，在全光纤皮秒种子源输出端连接有光纤功率放大器，光纤功率放大器输出端连接有输出模块；所述全光纤皮秒种子源为全光纤环形腔结构的锁模激光器，全光纤皮秒种子源包括泵浦激光器，波分复用器，增益光纤，输出耦合器，第一偏振控制器，偏振分束器，第二偏振控制器，偏振无关隔离器；泵浦激光器输出的连续泵浦光经波分复用器进入全光纤环形腔，波分复用器输出端与增益光纤的一端相连，增益光纤的另一端与输出耦合器的一端相连，所述的输出耦合器耦合比较高的一端与偏振分束器的一端相连，耦合比较低的一端作为非保偏输出端；第一偏振控制器固定在输出耦合器与偏振分束器之间的光纤上，所述的偏振分束器的保偏输出端作为全光纤皮秒种子源的输出端，偏振分束器的非保偏端与偏振无关隔离器的输入端相连，第二偏振控制器固定在偏振分束器与偏振无关隔离器之间的光纤上，所述的偏振无关隔离器的输出端与波分复用器的另一个输入端相连，构成全光纤环形结构。

所述第一偏振控制器、第二偏振控制器均为手动偏振控制器。

所述全光纤皮秒种子源还包括全光纤探头，所述第一偏振控制器为电动偏振控制器，所述输出耦合器的输出端输入到全光纤探头，在全光纤探头还连接有根据全光纤探头反馈的信息对锁模进行实时监控的控制电路上，控制电路的输出端与电动偏振控制器连接；所述第二偏振控制器为手动偏振控制器

所述光纤功率放大器的一种方案是，包括隔离器，放大器泵浦源，合束器或波分复用器，放大器增益光纤；全光纤皮秒种子源输出的种子脉冲输入到隔离器上，放大器泵浦源输出泵浦光与透过隔离器的种子激光经波分复用器或者合束器耦合到放大器增益光纤，所述输出模块采用输出耦合器，放大器增益光纤输出放大的皮秒脉冲经过输出耦合器，所述输出耦合器的强光端作为最终输出，弱光端作为监测端。

所述光纤功率放大器包括隔离器另一种方案是，包括隔离器，放大器泵浦源，合束器或波分复用器，放大器增益光纤；全光纤皮秒种子源输出的种子脉冲输入到隔离器上，经过隔离器后的脉冲输入到放大器增益光纤，放大器泵浦源输出的泵浦光经波分复用器或者合束器耦合到放大器增益光纤中，所述输出模块采用输出耦合器，波分复用器或者合束器输出的放大的皮秒脉冲经过输出耦合器，所述输出耦合器的强光端作为最终输出，弱光端作为监测端。

所述光纤功率放大器还包括滤波器，滤波器接在全光纤皮秒种子源的输出端上。