全光纖化調Q光纖種子源雷射器的製作方法
2023-05-27 22:20:31 1
本實用新型涉及雷射器，尤其涉及一種新型的全光纖化調Q光纖雷射器種子源雷射器。
背景技術：
隨著光纖雷射器的發展，高功率光纖雷射器成為了研究的方向。而在獲得高功率方面採用基於主振蕩功率放大器(MOPA)結構的光纖雷射器的是最熱門的一種方式。
在主振蕩功率放大器結構中的種子源會極大的影響整個系統中雷射功率的輸出穩定性。所以想要獲得穩定的高功率雷射輸出，穩定可靠的種子源起著至關重要的作用。
獲得穩定的種子源有多重方式，調Q技術就是一種獲得納秒級脈衝，兆瓦級峰值功率的最佳手段。調Q的方法有很多，主要主動調Q和被動調Q兩種；被動調Q中主要是可飽和吸收體調Q，不容易人為控制。主動調Q中主要是有聲光調Q，電光調Q。電光調Q需要的半波電壓太高，容易對電子線路產生幹擾；而聲光調Q調製電壓不需要太高，一百多伏就可以，易於連續雷射器配合調Q，可獲得KHz高重頻巨脈衝，且脈衝的重複性好，可獲得峰值功率為幾百千瓦、脈寬為幾十納秒的巨脈衝。由於以上優點，基於聲光調製器的調Q技術成為了研究和使用的熱點。
但是在全光纖化的聲光調Q的雷射器中，由於零級衍射光路簡單，所以通常採用零級衍射。但是零級衍射的衍射效率在85％左右，在電壓加載過程中，仍會有少量光子通過，這樣會損耗上能級的反轉粒子數。如果改為基於聲光調製器的一級衍射作為雷射通路，在原理上，加載電壓斷開時，沒有任何光通過聲光調製器，這會使得腔內Q值很低，更容易獲得高功率的雷射輸出。
所以如果能夠獲得全光纖化的基於聲光調製器的一級衍射作為信號光諧振腔通路的，並能夠穩定雷射輸出的種子源雷射器變得非常有意義。
技術實現要素：
本實用新型的目的是獲得一種基於聲光調製器一級衍射作為雷射諧振腔通路，並能夠穩定輸出的全光纖化的種子源雷射器。
本實用新型為達上述目的，所採用的技術方案是：
提供一種全光纖化調Q光纖種子源雷射器，包括泵浦源、光纖耦合器和諧振腔，該諧振腔包括光纖光柵第一腔體反射鏡、增益介質、聲光調製器以及光纖光柵腔體輸出反射鏡；其中，增益介質和聲光調製器設在該諧振腔內；
泵浦源發出的光通過光纖耦合器輸入光纖光柵第一腔體反射鏡，經過諧振腔後再從光纖光柵腔體輸出反射鏡輸出；
該聲光調製器為調Q器件，採用一級衍射作為雷射信號光的通光路徑。
本實用新型所述的全光纖化調Q光纖種子源，泵浦源為帶尾纖的半導體雷射器。
本實用新型所述的全光纖化調Q光纖種子源，光纖耦合器為二合一耦合器，包括泵浦光耦合輸入端、信號光耦合輸入端和泵浦光信號光合束輸出端，該泵浦光信號光合束輸出端與光纖光柵第一腔體反射鏡連接。
本實用新型所述的全光纖化調Q光纖種子源，光纖光柵第一腔體反射鏡為高反射率的光纖光柵.
本實用新型所述的全光纖化調Q光纖種子源，增益介質為摻雜稀土元素的雙包層光纖。
本實用新型所述的全光纖化調Q光纖種子源，光纖光柵腔體輸出反射鏡為低反射率的光纖光柵，同時也作為雷射器的輸出耦合器。
本實用新型所述的全光纖化調Q光纖種子源，聲光調製器包括兩端均帶有光纖尾纖的光纖準直鏡和受外部電壓控制的聲光晶體，一端光纖尾纖與增益介質通過熔接連接，另一端光纖尾纖與光纖光柵腔體輸出反射鏡的低反光柵熔接連接。
本實用新型產生的有益效果是：本實用新型的全光纖化調Q光纖種子源雷射器，泵浦源發出的光通過光纖耦合器輸入光纖光柵第一腔體反射鏡，經過諧振腔後再從光纖光柵腔體輸出反射鏡輸出；其中該聲光調製器為調Q器件，採用一級衍射作為雷射信號光的通光路徑，從而可以產生高穩定，具有納秒量級的短脈衝全光纖化的種子源雷射器輸出。
附圖說明
下面將結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中：
圖1是本實用新型實施例的結構示意圖；
圖2是本實用新型實施例聲光調製器的零級衍射作為雷射通路時的內部結構圖。
圖3是本實用新型實施例利用聲光調製器的一級衍射作為信號光通路時的內部結構圖。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。
如圖1所示，本實用新型的全光纖化調Q光纖種子源雷射器，包括泵浦源1、光纖耦合器2和諧振腔，諧振腔包括光纖光柵第一腔體反射鏡3、增益介質4、聲光調製器5和光纖光柵腔體輸出反射鏡6，其中增益介質4和聲光調製器5均設在諧振腔內部。
本實用新型的一個實施例中，泵浦源1為帶尾纖的半導體雷射器，這種方式利於實現全光纖化；光纖耦合器2為一個二合一耦合器，包括泵浦光耦合輸入端，信號光耦合輸入端和泵浦光信號光合束輸出端；泵浦光耦合輸入端與泵浦源1連接，泵浦光信號光合束輸出端與光纖光柵第一腔體反射鏡3連接。
本實用新型的一個實施例中，光纖光柵第一腔體反射鏡3為信號光波長的高反光柵；增益介質4為摻雜稀土元素的雙包層光纖；光纖光柵腔體輸出反射鏡6為低反射率的光纖光柵，同時也作為光纖雷射器的輸出耦合器。摻稀土元素的增益介質4的一端與光纖耦合的聲光調製器5的輸入端通過熔接連接；增益介質4的另一端與光纖雷射器的第一腔體反射鏡3連接。
泵浦源1通過光纖耦合器2的泵浦光輸入端耦合輸入，經過光纖光柵第一腔體反射鏡3輸入到諧振腔內，對增益介質4進行激勵產生信號光增益；信號光雷射再從光纖光柵腔體輸出反射鏡6輸出。
本實用新型的一個實施例中，聲光調製器5包括兩端均帶有光纖尾纖的光纖準直鏡51和受外部電壓控制的聲光晶體52，聲光調製器5的一端光纖尾纖與增益介質4通過熔接連接，另一端光纖尾纖與光纖光柵腔體輸出反射鏡6的低反光柵熔接連接。聲光調製器5由外接電壓信號的控制，通過調節施加電壓頻率及佔空比，使雷射器種子源獲得10KHz到100KHz連續可調的納秒級雷射脈衝輸出。光調製器作為調Q器件，在光纖雷射器腔內作為損耗調製器件產生短脈衝，高功率雷射脈衝，這樣就真正實現了將聲光調製器作為調Q器件放置在全光纖化雷射器的諧振腔內部。
聲光調製器5需要採用一級衍射作為其主要諧振腔的通光路徑，保證在電壓加載關斷時增益介質上能級反轉粒子數不會被消耗。通過調整聲光調製器兩端的光纖準直器，使在加載電壓時，衍射能量主要集中於聲光調製器的一級衍射光路中，並將聲光調製器的一級衍射作為雷射器諧振腔通光路徑。
光纖光柵第一腔體反射鏡3和光纖光柵腔體輸出反射鏡6之間部分構成諧振腔，兩個光柵的反射波長需要相互匹配，這樣才能有利於獲得單色性更好地信號光波長雷射輸出。
綜上，本實用新型的一個較佳實施例的全光纖化調Q光纖種子源雷射器，以帶尾纖的半導體雷射器作為泵浦源，由一個信號光波長的高反光柵和信號光波長的低反光柵的兩個反射鏡構成諧振腔，整個諧振腔採用最簡單的線性諧振腔，諧振腔內部含有作為增益介質的摻雜光纖和作為調Q器件的聲光調製器。聲光調製器以兩端為兩個帶尾纖的光纖準直鏡的方式接入到雷射器諧振腔內，並採用聲光調製器的一級衍射作為雷射器諧振腔的通光路徑。
聲光調製器圖示中的RF表示外部信號發生器，通過調節信號發生器的頻率及佔空比來控制聲光調製晶體的光柵形成。聲光吸收體51，相當於電聲轉換器，將外部送入的高頻信號，轉換為超聲波。超聲波會作用於相互作用材料52，通過光彈效應使介質折射率發生周期性變化，形成相應的光柵。當有光路通過時，就會發生衍射，從而出現零級，一級以及更高層次的衍射光路。
聲光調製器5可採用兩端帶尾纖的光纖準直鏡53和聲光晶體相互耦合的結構形式。如圖2所示，為聲光調製器5的零級衍射作為雷射通路時的內部結構圖。此時加載電壓，會使得聲光調製器5發生衍射，最高可以達到85％的能量衍射，但仍會有光可以通過零級衍射，從而會消耗上能級的反轉粒子數。當電壓斷開時，就會使得光路完全在零級衍射通過。通過調整電壓的頻率及佔空比來實現主動地調Q雷射輸出。
因為零級衍射在加載電壓時，仍會有光路從零級衍射通過，導致上能級反轉粒子數的消耗，所以就希望能夠採用一種在通路關斷時，不會消耗反轉粒子數的方式，實現調Q雷射的輸出。
所以本實用新型採用了一種利用聲光調製器的一級衍射作為其雷射諧振腔通路的結構形式實現調Q雷射輸出。
如圖3所示，是利用聲光調製器5的一級衍射作為信號光通路時的內部結構圖。聲光調製器5在一級衍射時的工作方式與零級衍射時工作方式不同。當聲光調製器5加載電壓時，光路會主要移動到一級衍射，此時能轉移到一級衍射上的能量為總能量的67％，此時一級衍射作為雷射信號光的通光路徑。當電壓斷開時，雷射的信號光光路會回到零級衍射中，此時在雷射通路中不會因為有光通過而消耗上能級反轉粒子數的情況發生。
本實用新型為新型全光纖化調Q光纖種子源雷射器，採用聲光調製器的一級衍射作為其信號光的諧振腔通道。當加載電壓時，信號光可以通過聲光調製器的一級衍射通道進行信號光增益放大，電壓斷開時，只進行泵浦光對增益介質的泵浦，當下次加載電壓時，使得信號光激勵上能級原子躍遷產生信號光增益。通過調節聲光調製的控制電壓頻率及佔空比，得到10KHz到100KHz的雷射輸出。
本實用新型提供採用全光纖化的聲光調製器為雷射腔體內調Q元件，並採用聲光調製器的一級衍射作為其信號光諧振腔通道；採用全光纖耦合的泵浦半導體雷射器和泵浦信號光合束器對增益介質進行泵浦，採用摻稀土光纖為腔內信號波長雷射的增益介質，採用一對光纖光柵作為腔體反射鏡，並由低反光柵作為雷射輸出耦合器，最終完成可以產生高穩定，具有納秒量級的短脈衝全光纖化的種子源雷射器輸出的設計。
應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬於本實用新型所附權利要求的保護範圍。