[实用新型]一种任意波形纳秒脉冲高保真放大装置

说明书

[技术领域]

本实用新型涉及纳秒脉冲全光纤激光器，提出一种任意波形纳秒脉冲的产生和高保真放大装置。

[背景技术]

高功率任意波形的纳秒脉冲在工业加工、医疗处理、激光测距、生物化学和高能物理领域具有广泛的应用。目前常用的产生纳秒脉冲的方法是在连续激光器内加入声光或者电光调Q晶体实现，声光调Q激光器输出的激光脉冲宽度大约在100-300ns，电光调Q激光器输出的激光脉冲宽度在10ns左右，脉冲宽度可调谐范围小，且声光调Q对高能量激光器的开关能力差，电光调Q需要几千伏的高压脉冲，易对其他电子线路造成干扰。采用调Q技术产生纳秒脉冲，其时域波形下降沿时间长，脉冲不对称，受调Q晶体开关时间的限制，无法获得上升沿陡峭、波形任意的纳秒脉冲。

目前常用的半导体纳秒种子源，其响应速度较低，脉冲的上升沿和下降沿拖尾时间长；连续光模式输出时，平均功率在200-300mW，以重复频率数千赫兹的脉冲模式输出时，受限于占空比，平均功率急剧减少，仅数百微瓦，增加后续放大级的难度；输出波长随器件工作温度漂移，不适用于对波长有严格要求的应用场合；输出脉冲的光谱宽度仅0.2-0.4nm，造成后续放大过程中与谱宽相关的非线性效应，尤其是受激布里渊散射（SBS，stimulated Brillouin scattering）效应在较低输出功率下就出现，产生的背向散射光引起光谱畸变，甚至烧毁器件。

在工业加工领域，常用纳秒脉冲的单脉冲能量在毫焦量级，脉冲重复频率最大在千赫兹量级，对应脉冲的占空比很小，泵浦激光长时间作用于增益介质，容易产生放大的自发辐射（ASE,amplified spontaneous emission），造成脉冲频域畸变，出现新的光谱成分，与种子激光争夺泵浦能量；泵浦激光作用于增益介质，还可能使激光增益超过腔内损耗，导致寄生脉冲的产生，造成脉冲时域变形。在高功率全光纤放大器中，增益光纤纤芯的光功率密度随激光峰值功率的提高而不断增加，当光纤中的峰值功率超过受激布里渊散射或者受激拉曼散射（SRS，stimulated Raman scattering）等非线性效应的阈值，会造成光纤激光器输出功率降低，光束质量劣化等不利影响，尤其在脉冲宽度超过10ns，光谱宽度小于1nm的应用场合下，受激布里渊散射效应更加明显，由此产生的背向散射光强度增大，很容易烧毁增益光纤。

现有技术的缺点主要有以下几点：

（1）脉冲宽度和重复频率可调谐范围小，脉冲形状单一。

（2）纳秒脉冲在放大过程中出现时频域畸变。

（3）系统能耗高。

（4）输出的光束质量低、不稳定。

[实用新型内容]

本实用新型克服了上述技术的不足，提供了一任意波形纳秒脉冲高保真放大装置。

为实现上述目的，本实用新型采用了下列技术方案：

一种任意波形纳秒脉冲高保真放大装置，其特征在于：包括有半导体纳秒种子源（2）和泵浦源（A），所述半导体纳秒种子源（2）输入端电连接有驱动其产生波形任意、脉宽和重复频率宽带可调谐纳秒种子脉冲的种子调制电路（1），所述泵浦源（A）输入端电连接有仅在有种子脉冲输入的情况下实现同步泵浦的放大器同步调制电路（3），所述半导体纳秒种子源（2）输出的主脉冲和泵浦源（A）输出的脉冲分别输入到激光放大模块（B），所述激光放大模块（B）输出的光脉冲依次通过光纤滤波器（4）和空间整形模块（5）输出。

所述的一种任意波形纳秒脉冲高保真放大装置，其特征在于：所述泵浦源（A）为多个，多个泵浦源（A）都连接到激光放大模块（B）上。

所述的一种任意波形纳秒脉冲高保真放大装置，其特征在于：所述半导体种子源（2）和激光放大模块（B）之间依次设有透镜、光纤跳线头和光纤隔离器。

所述的一种任意波形纳秒脉冲高保真放大装置，其特征在于：所述激光放大模块（B）设有激光合束器（C）（激光领域，通俗的叫法，如果是低功率的，小于800mW，2进1出的，一般叫“波分复用器”，如果是高功率的，2进1出，7进1出，一般叫“合束器”）和增益光纤（D），所述半导体种子源（2）输出的种子脉冲与激光合束器（C）一输入端连接，所述泵浦源(A)输出的正向脉冲与激光合束器（C）另一输入端正向连接，所述激光合束器（C）连接着增益光纤（D）。

所述的一种任意波形纳秒脉冲高保真放大装置，其特征在于：所述半导体种子源（2）输出的种子脉冲通过增益光纤（D）与激光合束器（C）一输入端连接，所述泵浦源（A）输出的反向脉冲与激光合束器（C）另一输入端反向连接。