[发明专利]一种光纤激光器脉冲串生成及放大模块与光纤激光器

说明书

本申请公开了一种光纤激光器脉冲串生成及放大模块与光纤激光器，其包括依次设置的依次设置的脉冲选择器、脉冲串生成器与功率放大器，其先通过脉冲选择器将光纤激光器种子源发射的光脉冲信号的重复频率调节至预设的重复频率，随后，通过脉冲串生成器将光脉冲信号进行多级分裂从而生成具有多个子脉冲的脉冲串，从而使得单脉冲能量降低，从而降低光纤非线性效应，同时，单脉冲能量降低使得对光纤纤芯直径的要求降低，光纤纤芯直径可以更小，从而减少制造成本。另外，双包层增益光纤为掺镱的单模LMA双包层光纤，其纤芯直径较小，可以与普通光纤直接焊接，无需专门处理两种光纤的匹配问题，使得结构简单以及降低了制造工艺与成本。

技术领域

本申请涉及光纤激光脉冲信号技术领域，尤其涉及一种光纤激光器脉冲串生成及放大模块以及采用此模块的光纤激光器。

背景技术

目前，一般的光纤型激光种子源的脉冲重复频率在10至40MHz范围，而较为有效的超短激光脉冲信号串的串内频率需达到1至10GHz以上的水平。而想要得到串内频率如此高的脉冲串，这也就需要用到脉冲串生成模块把每个脉冲加以分裂或复制。

在现有技术中，脉冲串生成模块通常是采用如图1所示的脉冲串生成模块，其基本方法是均匀地把种子源信号的重复频率用脉冲分裂的原理逐步倍增上去，即如果种子源信号的重复频率是100Hz，第一步是把重复频率变为200赫芝，然后再倍增到400赫芝，依次类推。等重复频率倍增到要求的水平后，选用脉冲选择器把需要的脉冲串选出来，再进行放大。其虽然对较长的脉冲串，甚至跨越两个种子源信号脉冲时，可以有较高的效率，但是它受到的限制是脉冲串的串内频率只能是种子源信号频率的2N倍。但是，当脉冲串内包含的子脉冲数并不是很多(如几十个以内)的情况下，这种方法使得降低单脉冲能量不够灵活，而单脉冲能量越高，则会使得输出的高能量脉冲会增加光纤非线性效应，影响光纤激光光束的传输。

另外，光纤激光器在输出光纤前，需要对光脉冲信号的功率进行放大，而用模场直径一定的LMA光纤，把脉冲宽度扩展到纳米量级后的脉冲能量放大的能力仍然是很有限的。目前，解决这一困难的主要方法是继续增加光纤的纤芯模场直径。

如果用传统的阶梯式折射率分布的LMA光纤，当纤芯直径超过15微米时，就会有一个或数个高阶模式可以在光纤中传播和放大，随着纤芯直径越增越大，允许的高阶模式就会越来越多，产生的激光的光束质量就会不断下降。按目前的技术现状，这类光纤实际上能达到的最大纤芯直径约为25至30微米。因此，超短脉冲能取得的最大脉冲能量约在50微焦以下。要取得更大的脉冲能量，需要使用芯径更大的LMA光纤。用常规的光纤设计方法很难得到这样的光纤，所以现在都是用光纤晶体光纤的技术来制作芯径达到40微米以上的LMA增益光纤。这使得制造成本大大提高。同时，还会出现重大的潜在问题，则是由于这类光纤结构特殊，到目前为止不无法用传统的方式把这种光纤与传统光纤直接连接，连接较为困难，这给产品的制造带来了困难及成本上的压力。

发明内容

本申请提供了一种光纤激光器脉冲串生成及放大模块与光纤激光器，用于解决现有技术中降低光纤单脉冲能量不够灵活、光纤纤芯直径较大以及光纤连接难度大的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种光纤激光器脉冲串生成及放大模块，包括：依次设置的脉冲选择器、脉冲串生成器与功率放大器；

所述脉冲选择器用于接收光纤激光器种子源输出的光脉冲信号，并通过调节所述脉冲选择器的开关周期从而获取并输出预设的重复频率的光脉冲信号；

所述脉冲串生成器，用于接收所述脉冲选择器输出的光脉冲信号，并对所述光脉冲信号进行分裂从而生成具有预设的子脉冲个数的脉冲串，进而输出具有相应的所述脉冲串的光脉冲信号；

所述功率放大器包括泵浦激光器、信号/泵浦合成器、双层光纤与双包层增益光纤；

其中，所述泵浦激光器，用于产生泵浦光；