[发明专利]可控的多波长光纤激光源

说明书

技术领域

本发明涉及具有多个输出波长的光纤激光源，并且尤其涉及用于在各波长控制能量的方法和系统。

背景技术

在过去的几年里在工业和科学应用中对于光纤激光源的利用在度量衡学、成像和材料加工应用已有增加。基于光纤的激光系统现在对于许多应用已为大家接受，并且尤其适于在低到中脉冲功率的高重复率应用。

非线性光学加工和介质可用于将光纤激光器的基本输出波长转换成光纤激光源不可用的另一波长。波长转换的信号可通过谐波转换、和频或差频混合、参量放大、拉曼位移、自相位调制（SPM）和/或其它合适的非线性过程来产生。

采用多个波长可能是有益的。例如，在太赫兹(THz)应用中，一个波长用于产生THz辐射，而另一波长用于检测THz脉冲。相似地，在时间选通的泵浦和探测测量中，第一波长用于激励对象，而第二波长用作探测(探针)。在一些激光加工应用中，第一波长可用于预加工靶材料，而第二波长用于进一步加工靶。

下述的专利、公开的专利申请和公开物至少部分涉及光纤激光器和放大器、光学测量技术和/或用于产生激光脉冲组的不同结构：美国专利5,450,427；US5,818,630；US5,880,877。另外，美国专利5,361,268披露了可切换的双波长频率转换激光系统。

不同的技术可用于泵浦和信号波长之间的切换。作为一个示例，可通过将非线性晶体移入和移出泵浦激光束或通过操纵泵浦激光束接通和断开晶体来进行在泵浦波长和信号波长之间切换激光输出。不过，这提供泵浦或信号作为单个输出，而没有连续或高分辨率控制泵浦或信号功率。此外，保持临界对准是困难的。作为一个可替换例，通过改变温度、入射角等来调整非线性晶体的相位匹配可以改变信号光的功率。不过，调节范围通常受限并且调整可能影响波长。作为另一个示例，可采用多个光学路径(光程)，使光调制器/偏转器选择性地将泵浦辐射引向非线性晶体或输出，但所述结构可增加系统的复杂性。

非线性晶体中的相位匹配条件通常对于输入和输出激光束的偏振态是敏感的。例如，当采用Ⅰ型(ooe)相位匹配，仅有其偏振平行于非线性晶体的正常轴的泵浦光有助于可用的非线性过程。因此，可通过改变泵浦源的偏振态来控制信号功率。

允许相位匹配的非线性晶体通常是双折射晶体。因此，透射光的偏振态会改变，除非最初的偏振平行于晶体的光轴。在所述情况下，输出激光偏振可能变成椭圆偏振。对于偏振是关键的有些应用来说，不明确的椭圆偏振态可能是不希望的。

波片(例如，四分之一波片和/或半波片)可用于校正相位延迟。不过，简单地将波片添加入光束路径(光路)可能不能完全补偿由非线性晶体产生的相位延迟。每当能量分布变化时偏振态可能变化，这需要调节波片。另外，如果没有事先在空间上被分离，波片会影响泵浦和信号波长的偏振态。分离泵浦和信号光以及调节波片增加了激光系统及其操作的复杂性。

发明内容

本发明的一个目的是提供简单和强劲的多波长光纤激光源，其中多波长间的能量/功率分布是可调节的。例如，控制泵浦和信号波长之间的能量的分布对于THz产生、材料加工、泵浦和探测测量和其它应用可能是有利的。

在一个方面，本发明的特征是波长转换单元，所述波长转换单元具有非线性晶体，以及设置在晶体前的偏振控制器。通过偏振控制器例如通过调节偏振控制部件在泵浦和信号波长之间可控制激光功率分布。波长转换单元可与下游的可切换光学滤波器结合以选择输出波长。

在本发明的另一方面，相位补偿器被设置在非线性晶体之后，以控制输出的偏振态。

至少一个实施例包括激光系统，所述激光系统包括：光纤激光源，所述光纤激光源产生具有第一波长的输入光束；偏振控制器，所述偏振控制器控制输入光束的偏振；和，波长转换器，所述波长转换器接收来自偏振控制器的输入光束并产生波长转换的光束。在第一波长的至少一部分光束功率被转换成第二波长的光束功率。偏振控制器被设置成使得在第一和第二波长的每一个的相对功率是可控的，并且激光系统输出包括在第一和第二波长可检测到的功率。

在一些实施例中，包括了光谱选择性滤波器，以选择第一波长或第二波长。