[发明专利]一种全光纤超短脉冲激光器

说明书

本发明公开了一种全光纤超短脉冲激光器，包括：泵浦源、泵浦保护器、波分复用器、保偏光纤布拉格光栅、保偏增益光纤、保偏光纤耦合起偏混合器、保偏无源光纤、微光学准直聚焦滤波器、硼硅玻璃导向管、可饱和吸收体模块以及TEC制冷片。其中TEC制冷片与可饱和吸收体固定块固定，微光学准直聚焦滤波器与可饱和吸收体固定块通过硼硅玻璃导向管固定连接。采用本发明的技术方案，具有结构紧凑、调试简便，半导体可饱和吸收镜可通过旋转实现换点，能有效提高激光器输出稳定性的特点。

技术领域

本发明属于激光技术领域，尤其涉及一种全光纤超短脉冲激光器。

背景技术

近年来，超快激光器在医疗、科研以及材料加工领域的应用驱动下，其需求愈发扩大。特别是近两年迅猛增长的高端工业精密微加工市场对超快皮秒、飞秒激光器的需求强劲。然而对于工业应用领域来讲，其对超快激光器在不同应用环境下的稳定性及可靠性要求更高。以钛宝石激光器以及Kerr透镜锁模技术为代表的超快固体激光器在脉冲能量以及输出脉冲宽度方面一直具有很强的竞争力，但该系统存在价格昂贵，晶体热效应严重，环境稳定性低，锁模脉冲自启动困难等问题，这限制了其在工业医疗等领域的实际应用。与之相比，光纤激光器具有结构简单紧凑，成本较低，光束质量好，热管理性能优良等特点，作为第三代激光器的代表，近年来发展势头迅猛。结合保偏光纤技术，脉冲能够在光纤内沿单一轴向传输，光纤激光器能够输出线偏振激光，其稳定性和可靠性可进一步增强。正因为如此，目前越来越多的超快光纤激光器取代了部分固体激光器产品被用于各类应用中。

锁模振荡器作为产生超短脉冲的重要装置，其稳定性和可靠性直接决定了激光放大系统的性能。产生超短脉冲最主要的手段为锁模技术，锁模脉冲各纵模之间间隔固定并且初始相位保持固定的相位差，腔内纵模进行相干叠加，实现高相干度的超短脉冲输出。目前最常用的锁模方式包括非线性偏振旋转锁模和可饱和吸收体锁模。非线性偏振旋转锁模是基于克尔效应的可饱和吸收体，其锁模的物理机制是利用了光纤的非线性双折射效应。因此，这类激光器不能采用全保偏结构，其环境稳定性以及可靠性较差，不适合用于工业应用中。可饱和吸收体锁模是目前最成熟的被动锁模技术，其原理是基于材料在不同光强下其损耗特性的不同。可饱和吸收体锁模材料包括半导体可饱和吸收镜、碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯、拓扑绝缘体以及黑磷等。其中半导体可饱和吸收镜具有制备工艺成熟，稳定性强，插入损耗小，工作参数可控等优点，结合全保偏光纤结构，其长期工作稳定性和可靠性强，该种被动锁模技术是目前应用最广泛的锁模技术之一。

目前半导体可饱和吸收镜锁模光纤激光器的封装方式包括：1、贴片式封装，将半导体可饱和吸收镜直接粘贴至FC光纤跳线上；2、透镜耦合式封装，通过透镜组空间耦合至半导体可饱和吸收镜表面。第一种封装方式操作简单，调试方便，但该种封装方式中半导体可饱和吸收镜存在散热能力差，易损坏，工作寿命短，不能换点工作等问题。第二种封装方式为非接触式，可以调节半导体可饱和吸收镜表面的光斑大小，可换点工作，但这种封装方式体积大，结构复杂，可调节维度多，调试难度大，并且透镜组与半导体可饱和吸收镜之间是分离的，不利于激光器长期稳定工作。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种全光纤超短脉冲激光器，结构简单紧凑，输出偏振消光比高、近衍射极限的脉冲，光谱形状好，有利于后续脉冲放大。通过硼硅玻璃导管连接实现半导体可饱和吸收镜封装并可对半导体可饱和吸收镜进行换点，大幅提升光纤锁模激光器寿命，有利于工业应用及集成化。

本发明提供了一种全光纤超短脉冲激光器，包括：依次排列的泵浦源、泵浦保护器、波分复用器、保偏光纤布拉格光栅、保偏增益光纤、保偏光纤耦合、起偏混合器、保偏无源光纤以及半导体可饱和吸收镜封装模块，保偏光纤布拉格光栅与半导体可饱和吸收镜封装模块构成全光纤激光器的谐振腔。

其中，半导体可饱和吸收镜封装模块由微光学准直聚焦滤波器、硼硅玻璃导向管、可饱和吸收体模块以及TEC制冷片构成。所述TEC制冷片与可饱和吸收体固定块固定，微光学准直聚焦滤波器与可饱和吸收体固定块通过硼硅玻璃导向管实现固定连接。