一种瓦级的高功率全单模锁模光纤激光器的制作方法

电气元件制品的制造及其应用技术：1.本发明涉及一种瓦级的高功率全单模锁模光纤激光器，具体是指采用全单模的光纤和光纤器件设计实现一个高功率的超短锁模脉冲光纤激光器，其输出功率超过瓦级。发明优势：不采用双包层光纤和双包层光纤器件，而是采用成熟的全单模光纤及光纤器件，结构简单可靠、成本低、体积小，同时能够实现平均光功率超过1w的超短脉冲全光纤激光器种子源，有利于激光脉冲的后续放大设计。背景技术：2.超短脉冲激光器在现代的精密激光加工领域具备重要的应用价值，其典型的输出脉冲宽度为皮秒(10-12s)和飞秒(10-15s)量级。与传统的高功率连续激光加工的热作用的激光机理不同，超短脉冲激光加工具备独特的优势，极短的光场与物质相互作用时间、极高的脉冲峰值功率使其加工过程可以保持极高的加工边缘精度，减少器件加工工序和流程。3.在实际的超短脉冲激光加工过程中，超短脉冲激光器系统的输出通常为百瓦量级，脉冲宽度为皮秒和飞秒尺度。激光器通过光学谐振腔一次性输出如此高的超短脉冲激光是非常困难的，对于激光器系统的设计和稳定性而言是极大的挑战。因此，采用超短脉冲种子源加激光放大的设计思路。种子源的光功率通常为十个毫瓦，后续通过激光预放将激光功率提升至瓦级，再通过一次光学放大器进一步将功率提升至百瓦量级。4.本发明专利提出一种新的方法，采用全单模的光纤和光纤器件设计实现一个高功率的超短锁模脉冲光纤激光器，其输出功率超过瓦级。发明优势：不采用双包层光纤和双包层光纤器件，而是采用成熟的全单模光纤及光纤器件，结构简单可靠、成本低、体积小，同时能够实现平均光功率超过1w的超短脉冲全光纤激光器种子源，从而可以种子源激光直接注入激光放大器进行放大，省去激光预放的系统设计过程，降低系统设计成本。技术实现要素：5.本发明提供一种瓦级的高功率全单模锁模光纤激光器，具体是指采用全单模的光纤和光纤器件设计实现一个高功率的超短锁模脉冲光纤激光器，其输出功率超过瓦级。采用成熟的全单模光纤及光纤器件，结构简单可靠、成本低、体积小，同时能够实现平均光功率超过 1w的超短脉冲全光纤激光器种子源，有利于激光脉冲的后续放大设计。6.本发明是以如下技术方案实现的：本发明涉及一种瓦级的高功率全单模锁模光纤激光器，激光器包括：高功率保偏光纤耦合的半导体泵浦激光器(1)和(2)、高功率偏振激光合束器(3)、波分复用器/ 隔离器(4)、掺镱光纤(5)、光纤耦合器(6)、光纤偏振控制器(7)、光纤偏振器(8)用光纤连接成的光纤环形谐振腔。高功率保偏光纤耦合的半导体泵浦激光器(1)和(2)通过高功率偏振激光合束器(3) 将激光合束后与波分复用器/隔离器(4)的泵浦端口连接。器件全部采用全部使用正色散单模光纤连接，稳定的超短脉冲从光纤耦合器的90％输出端口输出。7.本发明的有益效果是：采用成熟的全单模光纤及光纤器件，结构简单可靠、成本低、体积小，同时能够实现平均光功率超过1w的超短脉冲全光纤激光器种子源，有利于激光脉冲的后续放大设计。附图说明8.以下结合附图进一步说明本发明：9.图1为本发明结构示意图；具体实施方式10.如图1所示，一种瓦级的高功率全单模锁模光纤激光器，其特征在于：高功率保偏光纤耦合的半导体泵浦激光器(1)和(2)分别与高功率偏振激光合束器(3)器件的(3a)端口和(3b)端口连接，高功率偏振激光合束器(3)器件的(3c)端口与波分复用器/隔离器 (4)的(4a)端口连接，波分复用器/隔离器(4b)、掺镱光纤(5)、光纤耦合器(6)的(6a)端口、光纤耦合器(6)的(6b)端口、光纤偏振控制器(7)、光纤偏振器(8)、波分复用器/隔离器(4)的(4c) 端口依次连接成的光纤环形谐振腔。器件全部采用全部使用单模光纤连接，稳定的超短脉冲从光纤耦合器的90％输出端口(6c)输出。11.激光器的设计采用成熟的全单模光纤和光纤器件，故激光器的搭建过程只需按照装置图简单地熔接光纤即可完成，不需要复杂的双包层光纤剥除、双包层光纤熔接、涂覆等光纤处理工序。由于越长的光纤使得超短脉冲传输过程的非线性效应越强，所以光纤环形腔的长度越短越好，在激光器设计时光纤环形腔的长度小于2m，其中掺镱光纤0.15米。增加泵浦功率，通过调整旋转偏振控制器，可以使得输出超短脉冲激光。12.其优点在于：耗散孤子共振脉冲具备脉冲可以连接调谐的优点，并且耗散孤子共振脉冲的顶部光场强度平坦，同时脉冲的上升时间和下降时间陡峭，具备皮秒量级的脉冲精度。实时监测耗散孤子共振脉冲的光强度和脉冲持续时间，并以耗散孤子共振脉冲激光器作为泵浦源同步泵浦光纤激光器，从而可以实现全光泵浦高精度的锁模脉冲建立时间的测量表征。13.所述的一种瓦级的高功率全单模锁模光纤激光器，所述的高功率保偏光纤耦合的半导体泵浦激光器(1)和(2)为单模光纤耦合的半导体激光器，其尾纤为保偏光纤，输出激光为保偏激光，中心波长位于976nm，单个激光器的输出功率超过850mw。14.所述的一种瓦级的高功率全单模锁模光纤激光器，所述的高功率偏振激光合束器(3)工作波长为976nm，高功率偏振激光合束器(3) 的输入端口(3a)和(3b)的尾纤为保偏光纤，其输出端口(3c)为普通单模光纤。15.所述的一种瓦级的高功率全单模锁模光纤激光器，所述的波分复用器/隔离器(4)为混合功能的器件，同时满足波分复用器件功能和隔离器功能，目的是尽可能的减少激光器谐振腔内的光纤器件，同时减少光纤激光器谐振腔的几何长度小于2m。波分复用器的工作波长为976nm/1053nm，其尾纤类型为单模正色散光纤。隔离器为偏振无关的隔离器。16.所述的一种瓦级的高功率全单模锁模光纤激光器，所述的掺镱光纤(5)为镱离子高掺杂的单模光纤，采用的coreacitve yb406光纤，在976nm处的约为2400db/m,保证了光纤长度小于15cm时仍然具备足够的激光增益。17.所述的一种瓦级的高功率全单模锁模光纤激光器，所述的光纤耦合器(6)为高耦合比的光纤耦合器，其输出端口(6c)输出耦合率为90％，保证足够高的激光功率输出。18.所述的一种瓦级的高功率全单模锁模光纤激光器，其特征在于：所述的光纤偏振控制器(7)为挤压式偏振控制器，尽可能的降低光纤谐振腔长度。技术特征：1.一种瓦级的高功率全单模锁模光纤激光器，其特征在于采用全单模光纤及光纤器件实现功率超过瓦级的超短锁模脉冲输出，激光器包括：高功率保偏光纤耦合的半导体泵浦激光器(1)和(2)、高功率偏振激光合束器(3)、波分复用器/隔离器(4)、掺镱光纤(5)、光纤耦合器(6)、光纤偏振控制器(7)、光纤偏振器(8)用光纤连接成的光纤环形谐振腔。高功率保偏光纤耦合的半导体泵浦激光器(1)和(2)通过高功率偏振激光合束器(3)将激光合束后与波分复用器/隔离器(4)的泵浦端口连接。器件全部采用全部使用正色散单模光纤连接，稳定的超短脉冲从光纤耦合器的90％输出端口输出，发明优点：采用成熟的全单模光纤及光纤器件，结构简单可靠、成本低、体积小，同时能够实现平均光功率超过1w的超短脉冲全光纤激光器种子源，有利于激光脉冲的后续放大设计。2.如权利要求1所述的一种瓦级的高功率全单模锁模光纤激光器，其特征在于：所述的高功率保偏光纤耦合的半导体泵浦激光器(1)和(2)为单模光纤耦合的半导体激光器，其尾纤为保偏光纤，输出激光为保偏激光，中心波长位于976nm，单个激光器的输出功率超过850mw。3.如权利要求1所述的一种瓦级的高功率全单模锁模光纤激光器，其特征在于：所述的高功率偏振激光合束器(3)工作波长为976nm，高功率偏振激光合束器(3)的输入端口(3a)和(3b)的尾纤为保偏光纤，其输出端口(3c)为普通单模光纤。4.如权利要求1所述的一种瓦级的高功率全单模锁模光纤激光器，其特征在于：所述的波分复用器/隔离器(4)为混合功能的器件，同时满足波分复用器件功能和隔离器功能，目的是尽可能的减少激光器谐振腔内的光纤器件，同时减少光纤激光器谐振腔的几何长度小于2m。波分复用器的工作波长为976nm/1053nm，其尾纤类型为单模正色散光纤；隔离器为偏振无关的隔离器。5.如权利要求1所述的一种瓦级的高功率全单模锁模光纤激光器，其特征在于：所述的掺镱光纤(5)为镱离子高掺杂的单模光纤，采用的coreacitve yb406光纤，在976nm处的约为2400db/m,保证了光纤长度小于15cm时仍然具备足够的激光增益。6.如权利要求1所述的一种瓦级的高功率全单模锁模光纤激光器，其特征在于：所述的光纤耦合器(6)为高耦合比的光纤耦合器，其输出端口(6c)输出耦合率为90％，保证足够高的激光功率输出。7.如权利要求1所述的一种瓦级的高功率全单模锁模光纤激光器，其特征在于：所述的光纤偏振控制器(7)为挤压式偏振控制器，尽可能的降低光纤谐振腔长度。技术总结本发明公开了一种瓦级的高功率全单模锁模光纤激光器，括高功率保偏光纤耦合的半导体泵浦激光器、高功率偏振激光合束器、波分复用器/隔离器、掺镱光纤、光纤耦合器、光纤偏振控制器、光纤偏振器用光纤连接成的光纤环形谐振腔；本发明采用成熟的全单模光纤及光纤器件，结构简单可靠、成本低、体积小，同时能够实现平均光功率超过1W的超短脉冲全光纤激光器种子源，有利于激光脉冲的后续放大设计。有利于激光脉冲的后续放大设计。有利于激光脉冲的后续放大设计。技术研发人员：牛岗受保护的技术使用者：江苏锐通激光科技有限公司技术研发日：2022.06.13技术公布日：2022/9/27









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