[发明专利]偏振稳定的高功率皮秒光纤激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种可以在工业加工上使用的偏振稳定的高功率皮秒光纤激光器。

背景技术

激光作为继原子能、计算机、半导体之后人类的又一重大发明，由于其所携带的极高的能量，极好的相干性，极强的亮度，被人们称为最快的刀，最准的尺，最亮的光。鉴于激光相较于自然光的种种优势，人们发明了激光器来产生并利用激光，其中激光器可分为固体激光器、气体激光器、液体激光器和半导体激光器等。

光纤激光器作为固体激光器的一种，它的发展和激光器的发展几乎是同步进行的，但是直到近年来才成为科学研究的热点，它的发展和应用随之受到广泛关注。光纤激光器相较于其他类型的激光器优势在于光纤激光器有极高的光电转化效率，输出光束亮度极高，紧凑的结构，低廉的成本，稳定的性能，而且完全免维护。因此，光纤激光器对传统的激光器产生巨大的冲击，在某些方面正在取代其他类型激光器。

近年来低损耗高掺杂稀土离子光纤的发展、高功率多模LD的发展、双包层光纤及包层泵浦技术的发展，极大地促进了掺镱光纤激光器功率的迅速提升。相应的高功率掺镱光纤激光器的各项应用也并没有让人们失望，在工业生产的许多方面都展现出巨大的优势。现有工业激光器主要包括两类：其一是大能量脉冲激光器，它主要依靠高能量闪光灯泵浦，调Q运转，利用激光脉冲携带的高能量实现工业应用，缺点在高精度加工时光斑质量难以满足要求，工作速率受限，体积庞大且造价昂贵、能耗效比很低且使用维护不方便；另一类是高功率的连续光纤激光系统，这一类激光系统多用半导体激光器泵浦，体积小巧，多用于微加工或者医学工业领域，缺点是连续运行模式限制了激光的强度，从而限制了其更广泛的应用。而高功率光纤皮秒激光器集成了上述二类传统激光加工设备的优势，具有更广泛的工业应用前景，特别是在高精度激光切割、高精度激光深层焊接、材料表面特设处理、特种合金加工、激光喷涂等方面具有无可替代的优势。它不但能提高焊接材料的有效载荷，满足运载工具向轻型发展的要求，同时具有高加工速度、微处理损伤的优点。在欧美发达国家，高精度光纤激光技术已经在先进工业加工领域发挥出重要作用，大约有50%-70%的汽车零部件都用到了激光加工技术，其中以激光焊接和激光切割为主，而在造船和航空航天器制造工业中也广泛使用高精度的激光焊接技术，一方面由于激光焊接的适用材料范围更广泛，比如一些专用合金甚至非金属材料的焊接；另一方面，高精度激光焊接有更高的焊接强度，更高的精度，更小的零部件体积。

我国光纤激光器产业起步较晚，而且受限于国外的核心技术封锁，国内的工业光纤激光产品主要以中小功率激光加工设备为主，如激光打标机、雕刻机、切割机、焊接机等也广泛应用各个行业，大功率光纤激光器工业加工应用尚是空白。

发明内容

本发明的目的是提供一种偏振稳定的高功率皮秒光纤激光器，可作为工业上LED蓝宝石基片切割、太阳能电池分离、晶圆划片、精细加工、打标等用途的理想光源。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种偏振稳定的高功率皮秒光纤激光器，特点在于该激光器包括电路及光路，其中：

所述电路包括电路板、声光调制驱动器以及作为泵浦源的数个半导体二极管，电路板上固定有低功率泵浦控制模块、声光调制驱动器控制模块及高功率泵浦控制模块，声光调制驱动器控制模块连接声光调制驱动器；低功率泵浦控制模块连接数个小功率泵浦半导体二极管；高功率泵浦控制模块连接数个高功率泵浦半导体二极管；电路板由外部电源进行供电；

所述光路包括振荡器、预放大器、声光调制器、主放大器、第一耦合器及第二耦合器，所述振荡器、第一耦合器、预放大器、声光调制器、第二耦合器及主放大器依次沿光路连接；

振荡器连接一小功率泵浦半导体二极管；第一耦合器另一输出端与电路板之间通过光电二极管连接；预放大器连接两个小功率泵浦半导体二极管；声光调制器与声光调制驱动器连接；第二耦合器另一输出端与电路板之间连接一光电二极管；主放大器连接一小功率泵浦半导体二极管和数个高功率泵浦半导体二极管，高功率泵浦半导体二极管串联连接。

所述振荡器为全光纤结构的锁模脉冲振荡器，采用非线性偏振旋转效应实现稳定的锁模脉冲输出；该振荡器包括带隔离器的波分复用器、第一增益光纤、电控偏振控制器、偏振分束器和滤波器，所述波分复用器、第一增益光纤、电控偏振控制器、偏振分束器和滤波器依次按照光路顺序首尾相连，形成闭合的环路结构。