[发明专利]基于光纤固体级联放大的2μm高能量单频脉冲激光器

说明书

一种基于光纤固体级联放大的2μm高能量单频脉冲激光器。采用低功率连续单频种子源作为前端，采用声光调制器将连续单频种子源斩波为脉冲光，通过控制声光调制器的驱动重频、脉宽和波形来灵活控制斩波后的脉冲重频、脉宽和波形。后续分别经过保偏光纤放大器和固体放大器实现单频脉冲激光的能量放大，最终实现2μm高能量单频脉冲激光输出。低功率连续单频种子源单频性能稳定可靠，抗干扰能力强；前级采用保偏光纤放大器，有效提高小信号的放大能力；后级采用固体放大，易于产生高脉冲能量和高峰值功率的单频脉冲激光输出。该激光器结构简单、系统稳定、参数可调，不仅能适应一般的工作环境要求，还能适应机载和星载要求。

技术领域

本发明属于2μm激光器领域，特别是一种基于光纤固体级联放大的2μm高能量单频脉冲激光器。

背景技术

2μm激光器在大气与环境监测、激光医疗、激光精密测距、光电对抗、激光雷达等领域有广泛的应用。在多普勒测风或遥感探测大气浓度的激光雷达领域，2μm激光器作为其发射源，其线宽、频率稳定性、单脉冲能量、光束质量等参数直接决定激光雷达的测量精度和探测能力。因此，窄线宽、高能量、高性能的2μm单频脉冲激光器的研制对提升激光雷达系统的测量精度、时空分辨率、稳定性等有重大意义。

对于单频高能量2μm激光器，常用技术手段为采用种子注入振荡器实现单频脉冲输出，然后采用固体放大器实现高能量输出。该技术在过去数十年取得了巨大进展，但其原理决定了一些不可避免的缺点，主要体现在以下两点：

其一是激光脉冲的频率稳定性是由从动腔纵模的频率稳定性决定，而由于从动腔纵模频率相对于种子光频率有一个随机的抖动，从而使其频率稳定性相比于种子光的频率稳定性差；

其二是种子注入激光器要实现窄线宽输出，所需脉宽较宽，对应要求谐振腔腔长较长，造成激光器结构复杂，稳定性差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于光纤固体级联放大的2μm高能量单频脉冲激光器。该激光器中光谱特性由低功率的种子激光器确定，这使其即使在复杂的外界环境中，依然可以保持良好的单频特性。而且该激光器可以灵活控制输出脉冲的重频、脉宽、波形等参数，从而满足不同的、特别是种子注入激光器难以满足的应用需求。该激光器结构简单、系统稳定、参数可调，不仅能适应一般的工作环境要求，还能适应机载和星载要求。

本发明的基本思想是：

采用低功率单频种子源作为前端，经过声光调制器斩波后变为脉冲光，分别经过保偏光纤放大器和固体放大器实现单频脉冲激光的能量放大，最终实现2μm高能量单频脉冲激光输出。低功率单频种子源单频性能稳定可靠，抗干扰能力强；前级采用光纤放大器，可以有效提高小信号的放大能力；后级采用固体放大，发挥了固体激光易于产生高脉冲能量和高峰值功率的优势，有效避免高功率下光纤放大中较易出现的非线性效应，从而实现2μm单频、高能量激光脉冲输出。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于光纤固体级联放大的2μm高能量单频脉冲激光器，特点在于其结构包括单频种子源、光纤放大器、固体放大器三部分：

所述的单频种子源包括单频种子激光器，沿该种子激光器的输出方向依次设置第一光纤隔离器、第一合束器、第一增益光纤、第二光纤隔离器，上述器件首尾依次熔接。第一光纤泵浦源的输出端与第一合束器的泵浦输入端熔接；

所述的光纤放大器沿激光传输方向依次设置光纤声光调制器、第二合束器、第二增益光纤、光纤滤波隔离器、第三合束器、第三增益光纤、光纤准直镜。上述器件首尾依次熔接。第二光纤泵浦源的输出端与第二合束器的泵浦输入端熔接，第三光纤泵浦源的输出端与第三合束器的泵浦输入端熔接；所述的单频种子源的第二光纤隔离器的尾部与所述的光纤放大器的光纤声光调制器的头部熔接；