[发明专利]一种带宽和中心波长可调节的激光器

说明书

[技术领域]

本发明涉及一种带宽和中心波长可调节的激光器。

[背景技术]

随着上世纪80年代末和90年代初克尔锁模的发明，关于飞秒激光器的应用在世界各大研究机构迅速铺展开来。飞秒激光的产生，主要依赖种子源的锁模，而如今常规的商业飞秒激光系统的种子源大多仍然由固态的元件和激光晶体所构成，依靠这种固态激光技术所研发的种子源对温湿度要求高，对环境要求苛刻，且成本昂贵，并不适合下一代工业用超快激光器的普及。

近些年光纤锁模技术的发展大大推动了超快光纤激光振荡器的发展，基于掺杂稀土元素光纤的激光器于20世纪80年代出现，稳定的超短脉冲激光器的出现可追随到1989年Menyuk C R等人在Pulse propagation in an elliptically birefringent Kerr medium中提出的方法，光纤增益介质由于细长，易于散热，相同体积下其表面积体积比比固态激光器大2～3个数量级，另外光纤激光器的横模由光纤纤芯和数值孔径决定，不会因为热变形而变化，所以很容易保持单模运转，上述优势是固态激光器所不能比拟的。光纤激光器的发展经历了孤子锁模、展宽压缩型脉冲锁模、自相似锁模到全正色散锁模等几个阶段，早期的飞秒光纤激光器多采用通讯波长用的掺铒光纤，于是孤子锁模(soliton mode locking)和展宽压缩脉冲锁模(stretched pluse)锁模成为主流机制，进入新世纪以后，随着高掺杂掺镱光纤的发展，自相似和全正色散的锁模理论被提出，使得飞秒光纤振荡级的单脉冲能量图突破了10nJ(Chong A,Renninger W H,Wise F.All-normal-dispersion femtosecond fiber laser with pulse energy above 20nJ)，这种发展使人们对飞秒光纤振荡器有了更多的期待。

双包层稀土掺杂光纤(DCF)与普通的单包层增益光纤的最大区别是，能使用多模泵浦。近些年来，尽管工艺和技术不断提高，单管单模976PUMP的最大输出功率还仅仅在1W左右，而且价格昂贵。相比来说，近些年发展迅速的多模976PUMP，单管能够轻松输出几十W甚至上百W，而且10W的多模PUMP相比于1W的单模PUMP，其价格仅为后者的十分之一，近些年不断崛起的双包层增益光纤放大技术正是依托多模LD的强大输出功率和低廉价格优势。双包层光纤有两个包层，内包层比较小，一般只有5～10um或者大模场10～40um，内包层用来限制信号光的传输以及增益。而外包层通常直径在125um～400um之间，而且具有高达0.46的数值孔径用来限制泵浦光在内部传输。这样巧妙的结构设计，使得光纤容纳了更多的泵浦光同时，又保证了信号光的单模传输和放大，这种技术和大模场技术相结合，被广泛应用在通信和激光器的放大器中，但是在种子源中使用的却寥寥，原因在于种子源中的锁模器件耐受功率的限制以及锁模机制的限制。2012年麻省理工学院的Yue Zhou等人在“Nonlinear-polarization-evolution mode-locking in a hybrid cavity:a route toward low repetition-rate fiber lasers”中提到，他们用NPR锁模技术采用单模泵浦并加上滤波器效应在振荡器中得到119mW的锁模输出功率，单脉冲能量最大为10nJ，而我们常见的锁模激光器一般最多只有一百到两百毫瓦左右的直接输出，并且单脉冲能量在nJ量级。这种量级的输出功率不经过放大一般很难使用，这使得这类型的种子源不能直接应用于类似于薄膜刻划等中小功率的超快激光应用领域。

因此，有必要解决以上问题。

[发明内容]

本发明克服了上述技术的不足，提供了一种带宽和中心波长可调节的激光器，其调节灵活，适用范围广。

为实现上述目的，本发明采用了下列技术方案：