[发明专利]基于增益开关技术的双脉冲光纤激光输出方法

说明书

技术领域

本发明属于激光技术领域，特别涉及一种基于增益开关技术的双脉冲激光输出方法。

背景技术

随着脉冲激光的不断发展，激光加工技术和激光打孔技术也得到了进步。近年来，在陶瓷、金属等材料上打孔或者加工是业界广泛关注的热点，与单脉冲激光加工相比，双脉冲激光加工技术大大提高了加工质量和加工速度。此外，双脉冲激光在传感、材料等相关研究领域具有重要应用价值。

目前实现双脉冲激光器激光输出的主要方法包括：1、基于调Q技术，在固体激光器的谐振腔内放置倍频晶体和Q开关使得谐振腔的光学品质因数Q值突变来产生双脉冲的方法。其主要缺点为激光器结构过于复杂，脉冲能量由于受到这些元件损伤阈值的限制而降低。2、把一台激光器发射的激光分为两束，其中一路激光经过适当延时后，通过偏振或者倍频再与另一路激光合为一束，通过时间上的微小延迟来产生双脉冲。这种方法的缺点是延迟时间只能控制在50ns左右较短的时间内，而且对激光的光束质量要求很高。因此，发明一种结构简单，脉冲能量高的双脉冲激光器具有重要意义。

增益开关技术是除了常见的调Q技术和电调制连续激光外的另外一种可以产生高重复频率的纳秒脉冲序列的调制技术。增益开关双脉冲光纤激光器只有一个简单的激光谐振腔，无任何额外的腔内或腔外元器件，所以其具有结构简单、输出能量较高等优点。

发明内容

本发明应用了增益开关技术，提出了一种通过控制泵浦源的脉冲能量和脉冲宽度来产生纳秒双脉冲激光的方法。

本发明的方法包括以下几个步骤：

步骤（1）选择一个脉宽为T(10～900ns)重复率为100kHz的脉冲驱动器、一个波长为975nm的半导体激光器、一个975/1064nm的合束器、一段掺镱光纤和一个反射率在95%～100%布拉格光栅，一个反射率在50%～90%的布拉格光栅，两个光纤布拉格光栅具有相同的中心波长（1050nm至1080nm）；以脉冲驱动器来调制半导激光器使其产生脉宽为纳秒级的脉冲激光从而来作为泵浦源，掺镱光纤为激光器的工作介质，两个光纤布拉格光栅作为反射镜构成激光器的谐振腔。

步骤(2)将重复频率为100kHz、脉宽为T(10～900ns)的脉冲驱动器输出端接口接975nm半导体激光器以此来控制半导体激光器的输出脉冲宽度、脉冲能量和重复频率等值；将975nm半导体激光器的输出端口和975/1064nm合束器的泵浦端口光纤连接；反射率为95%～100%的光纤布拉格光栅（FBG1)的一端光纤和975/1064nm合束器的公共端口连接，光纤布拉格光栅（FBG1)的另一端光纤和长度为L的掺镱光纤的一端连接；长度为L的的掺镱光纤的另一端和反射率为50%～90%的光纤布拉格光栅（FBG2）的一段光纤连接；反射率为50%～90%的光纤布拉格光栅（FBG2）的另外一端作为激光输出端口。

步骤（3）开启脉宽为T(10～900ns)的脉冲驱动器和975nm半导体激光器，设定半导体激光器输出脉冲激光的泵浦重复率为100kHz，泵浦脉冲宽度为T恒定，将泵浦脉冲能量设定为E₀，此时输出的脉冲为单脉冲。然后逐步增加泵浦脉冲能量，直至输出激光双脉冲。在这个过程中，第一个激光脉冲产生于泵浦脉冲尚未到达它的峰值（即第一个脉冲已经产生，但是泵浦脉冲还尚未达到其峰值）期间上能级粒子被迅速的消耗。但是由于有一大部分的泵浦脉冲能量未在这段时间内被消耗掉。所以在第一个脉冲输出后上能级粒子数仍然在继续的积累并再次超越阈值，以至于在第一个脉冲形成后仍然有第二个脉冲输出，即双脉冲输出。

开启脉宽为T(10～900ns)的脉冲驱动器和975nm半导体激光器，设定半导体激光器输出脉冲激光的泵浦重复率为100kHz，泵浦脉冲能量为E恒定，将泵浦脉冲宽度设定为T₀，此时输出的脉冲为单脉冲。然后逐步增加泵浦脉冲宽度，当泵浦宽度增加到某一个值时泵浦脉冲能量未被第一个激光脉冲完全消耗，就会导致双脉冲的产生。

本发明主要适用于双脉冲激光器领域，通过改变泵浦源的脉冲能量或改变泵浦源的脉冲宽度两种方法获得双脉冲激光的输出。增益开关双脉冲光纤激光器由于结构简单、脉冲宽度较窄所以搭建这样一个激光器具有重要意义。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式