一種脈沖光纖激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種脈沖光纖激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖激光器被廣泛應(yīng)用在工業(yè)焊接、切割、打標(biāo)、雕刻等工業(yè)領(lǐng)域，以及醫(yī)療、自由空間傳輸、軍事、傳感等領(lǐng)域。特別是近年來脈沖光纖激光器得到了廣泛的應(yīng)用推廣。但是，在脈沖光纖激光器中由于后級(jí)放大器的影響以及外部對(duì)光脈沖的反射，往往導(dǎo)致光路中出現(xiàn)與光脈沖輸出方向的相反方向的光脈沖傳輸，這個(gè)反向傳輸?shù)墓饷}沖在有源光纖中會(huì)逐步被放大，從而形成很強(qiáng)的反向脈沖，進(jìn)而與正向脈沖競(jìng)爭(zhēng)載流子，同時(shí)由于激光的相干性，被放大的反向光脈沖與正向光脈沖形成干涉，進(jìn)一步在有源光纖的局部增加了光的峰值功率，從而導(dǎo)致光纖斷裂。正反向光脈沖對(duì)載流子的競(jìng)爭(zhēng)以及由于相干而導(dǎo)致的局部光功率的倍增是脈沖激光器的致命問題。為了減少正反向光脈沖的相互作用，也就是減少反向光脈沖對(duì)正向光脈沖的影響，一般會(huì)在脈沖激光發(fā)射器與光纖激光放大器之間加入阻隔反向光脈沖的隔離器，并且在光纖激光器的輸出端加上抗反射隔離器。即使如此，也無法完全消除反向光脈沖對(duì)正向光脈沖的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種脈沖光纖激光器，旨在避免正向脈沖和反向脈沖在有源光纖中碰撞。
[0004]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種脈沖光纖激光器，包括脈沖激光發(fā)射器和第一脈沖光纖放大器，在所述脈沖激光發(fā)射器和第一脈沖光纖放大器之間連接有第一光脈沖延時(shí)線，在所述第一脈沖光纖放大器的輸出端連接有第二光脈沖延時(shí)線；所述第一光脈沖延時(shí)線對(duì)所述脈沖激光發(fā)射器輸出的第一正向脈沖及其經(jīng)所述第一脈沖光纖放大器反射的第一反向脈沖進(jìn)行延遲，防止所述第一正向脈沖和第一反向脈沖在所述脈沖激光發(fā)射器的有源光纖中對(duì)撞；所述第二光脈沖延時(shí)線對(duì)所述第一脈沖光纖放大器輸出的第二正向脈沖及其經(jīng)物體反射的第二反向脈沖進(jìn)行延遲，防止所述第二正向脈沖和第二反向脈沖在所述第一脈沖光纖放大器的有源光纖中對(duì)撞。
[0005]本發(fā)明通過引入第一光脈沖延時(shí)線，使來自脈沖激光發(fā)射器的正向脈沖和被脈沖光纖放大器反射的反向脈沖產(chǎn)生時(shí)間錯(cuò)位，避免二者在脈沖激光發(fā)射器的有源光纖中對(duì)撞，通過引入第二光脈沖延時(shí)線，防止輸出光脈沖被物體反射后重新進(jìn)入原脈沖光纖放大器而與來自脈沖光纖放大器的正向脈沖對(duì)撞，在多級(jí)級(jí)聯(lián)脈沖光纖放大器的結(jié)構(gòu)中，相鄰的脈沖光纖放大器之間以及最后一個(gè)脈沖光纖放大器之后設(shè)置光脈沖延時(shí)線具有同樣效果。因此，本發(fā)明通過光脈沖延時(shí)線避免了反向光脈沖與正向脈沖競(jìng)爭(zhēng)載流子，并且防止正反脈沖干涉而增加光的峰值功率，保護(hù)有源光纖。
【附圖說明】
[0006]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的脈沖光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖(一)；
[0007]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的脈沖光纖激光器的光脈沖延時(shí)線工作原理圖；
[0008]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的脈沖光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖(二)；
[0009]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的脈沖光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖(三)。
【具體實(shí)施方式】
[0010]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0011]以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)描述:
[0012]請(qǐng)參考圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供一種脈沖光纖激光器，包括脈沖激光發(fā)射器1和第一脈沖光纖放大器3，脈沖激光發(fā)射器1可以是光纖激光器，也可以是半導(dǎo)體激光器；第一脈沖光纖放大器3放大來自脈沖激光發(fā)射器1的短脈沖，得到高輸出功率的短光脈沖。在脈沖激光發(fā)射器1和第一脈沖光纖放大器3之間連接有第一光脈沖延時(shí)線2，在第一脈沖光纖放大器3的輸出端連接有第二光脈沖延時(shí)線4，優(yōu)選的，可以在第二光脈沖延時(shí)線4的輸出端設(shè)置隔離器5。該第一光脈沖延時(shí)線2和第二光脈沖延時(shí)線4均為光纖，第一光脈沖延時(shí)線2對(duì)脈沖激光發(fā)射器1輸出的第一正向脈沖Ln及其經(jīng)第一脈沖光纖放大器3反射的第一反向脈沖L12進(jìn)行延遲，防止第一正向脈沖L iJP第一反向脈沖L 12在脈沖激光發(fā)射器1的有源光纖中對(duì)撞；第二光脈沖延時(shí)線4對(duì)第一脈沖光纖放大器3輸出的第二正向脈沖L21及其經(jīng)物體反射的第二反向脈沖L22進(jìn)行延遲，防止第二正向脈沖L21和第二反向脈沖L22在第一脈沖光纖放大器3的有源光纖中對(duì)撞。
[0013]具體原理參考圖2，假設(shè)一個(gè)方形光脈沖在前一級(jí)有源光纖201中產(chǎn)生，光脈沖的寬度為T秒。在光脈沖寬度T內(nèi)，光脈沖的波前標(biāo)記為第1點(diǎn)，中間點(diǎn)標(biāo)記為第N/2點(diǎn)，最后一點(diǎn)標(biāo)記為第N點(diǎn)。由于光纖的折射率η約為1.45，則光在光纖中傳輸1米長(zhǎng)所需要的時(shí)間為米/(C/n)?4.8ns，C為真空中的光速。在此，將光脈沖每間隔1米傳輸距離(也就是傳輸4.8ns)標(biāo)記為一個(gè)點(diǎn)。如果在前一級(jí)的有源光纖201的輸出端(A處)連接有1米長(zhǎng)的延時(shí)光纖202，正向傳輸?shù)墓饷}沖在該延時(shí)光纖202的尾端(B處)被反射，那么第一個(gè)點(diǎn)被B處反射時(shí)，第二點(diǎn)正好到達(dá)A處，第一點(diǎn)被B處反射后反向傳輸?shù)紸處時(shí)，第三點(diǎn)正向到達(dá)A處，被反射的第一點(diǎn)繼續(xù)沿有源光纖201反向傳輸時(shí)必然會(huì)接連與第三點(diǎn)后的各脈沖點(diǎn)相撞，如此類推，第二點(diǎn)、第三點(diǎn)、…、第N點(diǎn)也是如此，這樣，該方波的反向脈沖與其正向脈沖在有源光纖201中對(duì)撞。為了防止上述正反向脈沖在有源光纖中的相撞，對(duì)于上述1米的延時(shí)光纖202，光脈沖的寬度T不能出現(xiàn)第三點(diǎn)，也就是T必須小于等于4.8ns*2=9.6ns，保證反向脈沖露出延時(shí)光纖202的A端時(shí)，正向脈沖已經(jīng)全部進(jìn)入延時(shí)光纖202。如此可以反向類推，當(dāng)光脈沖的寬度確定時(shí)，延時(shí)光纖202的長(zhǎng)度要足夠長(zhǎng)，才能保證反向脈沖進(jìn)入有源光纖201中時(shí)，其正向脈沖已經(jīng)全部進(jìn)入延時(shí)光纖202，避免二者同時(shí)存在于有源光纖201，光脈沖延時(shí)光纖202的長(zhǎng)度和可允許的光脈沖寬度是正比關(guān)系。
[0014]基于上述原理，第一、第二光脈沖延時(shí)線的長(zhǎng)度L應(yīng)該滿足L彡TC/ (2n)，T為光脈沖寬度，C為真空中光速，η為第一、第二光脈沖延時(shí)線的折射率，光脈沖的延時(shí)時(shí)間為t =2L/(C/n)，光脈沖延時(shí)時(shí)間t大于光脈沖的寬度T。
[0015]根據(jù)以上分析可知光脈沖延時(shí)線的長(zhǎng)度L最小為L(zhǎng) = TC/(2η)，光脈沖延時(shí)線的長(zhǎng)度增加時(shí)，可允許的脈沖寬度更大，對(duì)于既定寬度的脈沖，也可以十分顯著的防止正反脈沖的對(duì)撞，然而并不是越長(zhǎng)越好，還要考慮到有源光纖中載流子反轉(zhuǎn)的時(shí)間，即反轉(zhuǎn)載流子被前一個(gè)光脈沖耗盡后，再次實(shí)現(xiàn)載流子反轉(zhuǎn)的時(shí)間，如果長(zhǎng)度過大，延時(shí)時(shí)間超過了載流子的反轉(zhuǎn)時(shí)間，反向脈沖進(jìn)入有源光纖時(shí)將被放大，影響激光器的性能，光脈沖延時(shí)線的理想長(zhǎng)度為L(zhǎng)略大于TC/(2η)，但要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于載流子反轉(zhuǎn)時(shí)間對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度，及延時(shí)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于載流子的反轉(zhuǎn)時(shí)間。
[0016]可以理解，上述原理是以有源光纖和光脈沖延時(shí)線直接對(duì)接的情況進(jìn)行分析，在實(shí)際中，該第一光脈沖延時(shí)線2可能是和脈沖激光發(fā)射器1的有源光纖直接連接，也有可能是通過其他結(jié)構(gòu)間接連接，而無論是何種連接方式，均以上述設(shè)置方式確定第一光脈沖延時(shí)線2的長(zhǎng)度都可以解決上述問題，同理，第二光脈沖延時(shí)線4和第一脈沖光纖放大器3中的有源光纖的連接也可以是直接或間接連接，其長(zhǎng)度同樣按照上述方式確定。
[0017]進(jìn)一步的，隔離器5設(shè)置于第二光脈沖延時(shí)線4的輸出端，可以阻止第一脈沖光纖放大器3輸出的光脈沖經(jīng)過隔離器輸出側(cè)的其他物體反射回來的反向脈沖，進(jìn)一步阻斷反向脈沖的傳輸。
[0018]本發(fā)明實(shí)施例在脈沖激光發(fā)射器1和第一脈沖光纖放大器3之間以及第一脈沖光纖放大器3和輸出隔離器5之間設(shè)置第一光脈沖延時(shí)線2和第二光脈沖延時(shí)線4，對(duì)光脈沖的傳輸進(jìn)行延遲，特別是對(duì)反向光脈沖進(jìn)行延遲，使正向脈沖和反向脈沖產(chǎn)生時(shí)間錯(cuò)位，防止來自第一脈沖光纖放大器3的反向脈沖與來自脈沖激光發(fā)射器1的正向脈沖在脈沖激光發(fā)射器1的有源光纖中對(duì)撞，以及防止輸出光脈沖被物體反射后重新進(jìn)入原第一脈沖光纖放大器3而與來自第一脈沖光纖放大器3的正向脈沖對(duì)撞，進(jìn)而避免反向光脈沖與正向脈沖競(jìng)爭(zhēng)載流子，并且防止正反脈沖干涉而增加光的峰值功率，保護(hù)有源光纖。此脈沖光纖激光器適用于波長(zhǎng)為1 μπι?2 μπι的納秒、皮秒、飛秒脈沖激光器。特別是脈沖寬度較寬的大功率納秒脈沖光纖激光器，引入該光脈沖延時(shí)線的意義就更加重要。
[0019]在本發(fā)明實(shí)施例中，脈沖激光發(fā)射器1可以有多種選擇，可以采用連續(xù)工作光纖激光器和聲光晶體光開關(guān)組成的脈沖激光器，也可以采用半導(dǎo)體直接調(diào)制的脈沖激光種子源激光器。作為一種實(shí)施例，如圖3，脈沖激光