[实用新型]一种780nm的高功率光纤飞秒激光器

说明书

技术领域

本实用新型涉及高能激光技术领域，尤其是一种780nm的高功率光纤激光器。

背景技术

780nm的飞秒激光源是超连续光谱产生、光学显微成像、激发太赫兹产生、泵浦-探测超快过程研究、非线性激光光谱、飞秒微纳精细加工、材料超快动力学探测等理想光源。

780nm飞秒脉冲光源传统上主要依靠钛宝石激光器提供。但是钛宝石激光器体积庞大、造价昂贵，主要应用于实验室环境。并且由于钛宝石激光器失去锁模，需要专业人员进行调节锁模。另外，钛宝石激光器中使用的各种精密光学元件需要湿度恒定的环境，激光谐振腔的稳定对温度也提出了一定的要求，这些因素进一步限制的钛宝石激光器的推广。

一种替代钛宝石激光器的方案是通过1560nm掺铒光纤飞秒激光器倍频产生780nm的飞秒激光。光纤激光器具有的高稳定和低成本的特性将使它在大部分领域取代钛宝石激光器。许多领域需要高脉冲能量的780nm激光，但是光纤放大器中的非线性效应和光纤材料的损伤阈值限制了激光器脉冲能量的进一步提高。

啁啾脉冲放大技术是主流的高功率脉冲放大技术，这种技术最早在1985年由G Mourou和Donna Strickland应用于激光中。这种技术的基本原理是利用色散材料将脉冲展宽，然后放大，最后利用相反色散的材料压缩脉冲得到高能量脉冲。尽管可以将啁啾脉冲放大应用于光纤激光器可获得高能量激光脉冲，但是此方案仍存在一些不利因素。首先，啁啾脉冲放大技术对种子脉冲的光谱宽度要求较高，并受其初始啁啾的影响较大，而不适用于光谱较窄的脉冲；此外，CPA所需的工作距离（或是空间结构的展宽器和压缩器，或是正常色散和反常色散光纤）较长，而不适用于小型化便携式的光纤激光器。

    分离脉冲放大技术是另一种高功率脉冲放大技术，由F. W Wise小组在2007年提出。分离脉冲放大技术可以避免一个脉冲在高能量放大过程中的过高峰值功率，其是将初始脉冲在轴向复制成能量均分的一系列脉冲串，而后将整个脉冲串的能量放大，分散的脉冲个数越多，降低放大过程中的非线性效应越显著。与啁啾脉冲放大不同，分离脉冲放大技术不是基于色散效应对脉冲进行展宽，而是利用脉冲偏振特性将脉冲分离，即将初始脉冲复制成几个能量更小的脉冲。因此，分离脉冲放大技术在高能量脉冲的产生上具有独特的优势：首先，该技术将初始脉冲进行能量分割，在时域上形成一个脉冲串，脉冲串中的每个脉冲（除了偏振态以外）的所有特性都是完全相同的，并与初始脉冲保持一致，适用于各种光谱形状的脉冲放大，并且不依赖于脉冲的初始啁啾，特别适用于光谱较窄的皮秒脉冲放大；其次，可以通过偏振复用的方式，将脉冲分离装置复用为脉冲合成装置，即将脉冲分束和合束合二为一，减少了系统的复杂性。

    但是，分离脉冲放大装置在进行超短脉冲放大过程时，特别是变换极限在100fs以下的脉冲，较为困难。超短脉冲在光纤及光纤器件中的高阶色散累积和高阶非线性累积，极为严重的降低了脉冲的压缩质量。

实用新型内容

    本实用新型的目的是针对现有技术在超短脉冲放大过程中的不足而提供的一种780 nm高功率光纤飞秒激光器，本实用新型结合两种脉冲展宽方式的优点，在较小工作空间内将脉冲从100fs展宽到1ns，放大后的脉冲经过单模光纤的非线性压缩至100 fs以下，最后，通过非线性晶体倍频至780 nm。本实用新型具有稳定性高、结构简单、体积小巧、成本低廉等优点，为超连续谱产生、太赫兹产生、光学显微成像等领域提供了可取代钛宝石飞秒激光光源的一种解决方案。

实现本实用新型目的的具体技术方案是：

一种780nm的高功率光纤飞秒激光器，特点是：该激光器包括激光器种子源、激光展宽放大模块、激光压缩模块、激光倍频模块，激光器种子源、激光展宽放大模块、激光压缩模块及激光倍频模块依次连接；其中，所述激光展宽模块由啁啾脉冲展宽子模块、脉冲分离子模块和光纤放大子模块组成，啁啾脉冲展宽子模块、脉冲分离子模块和光纤放大子模块依次连接；所述的激光器种子源、啁啾脉冲展宽子模块，脉冲分离子模块、光纤放大子模块及脉冲压缩模块均工作在1560nm波段。

所述的啁啾脉冲展宽子模块由色散补偿光纤、光纤准直器、空间光隔离器组成，色散补偿光纤为种子光波段的正色散光纤或者负色散光纤，分别能使激光器种子源的输出脉冲产生正啁啾或者负啁啾。

所述正色散光纤或者负色散光纤是单模光纤、多模光纤、双包层光纤或者大模场光子晶体光纤。