[发明专利]一种脉冲时域波形可调光纤激光器

说明书

本发明实施例提供了一种脉冲时域波形可调光纤激光器，波形发生器用于生成目标波形脉冲信号，并将生成的目标波形脉冲信号输入至控制电路中；控制电路用于将目标波形脉冲信号按照单脉冲能量均分为多个脉冲子信号，并将多个脉冲子信号分别传输至对应的低增益光纤放大器中，控制各个低增益光纤放大器按照各个脉冲子信号在时域上的顺序依次输出与对应的脉冲子信号时域波形一致的子脉冲激光；功率合束器用于将各个子脉冲激光在时域上拼接为目标波形脉冲激光。本发明实施例设计的光纤激光器，有效抑制了脉冲放大过程中产生的波形畸变，不需要提前计算预补偿信号，控制简单，可以直接实现任意波形脉冲激光的输出，能满足更广泛的工业加工需求。

技术领域

本发明涉及光纤激光技术领域，具体涉及一种脉冲时域波形可调光纤激光器。

背景技术

光纤激光器具有光束质量高、热管理方便、环境适应性强等优点，被广泛应用于现代工业加工技术中。高功率纳秒脉冲光纤激光器在金属打标、雕刻、除锈等方面具有很大的应用前景。为了进一步提升纳秒脉冲激光器的加工范围，满足更多加工工艺需求，需要实现高功率纳秒脉冲光纤激光器的脉冲时域波形可调，即实现任意时域波形脉冲激光的输出。

为了满足这一需求，现有技术公开了一种基于光电调制的脉冲整形的MOPA光纤激光器，通过调制半导体激光器种子源和电光调制器，对种子激光的脉冲波形预补偿，抑制脉冲前沿的畸变，实现方波脉冲输出。此外，现有技术还公开了一种用于激光除锈的大脉冲能量全光纤纳秒激光器，其原理是通过调制半导体激光器种子源和声光调制器，对脉冲波形预补偿，实现正弦型、三角型、抛物线型或者指数型的波形输出。

以上方案在数百瓦级功率的范围内实现了脉冲时域波形整形，消除了脉冲放大过程中产生的畸变，但是基于以上方案获得时域波形可调脉冲激光存在多个技术瓶颈。首先，以上方案采用声光调制器或电光调制器对脉冲种子光的时域波形进行预补偿，以消除脉冲在放大过程中产生的畸变，获得目标波形的脉冲，其所用的预补偿信号需要根据目标脉冲的时域波形、放大器的增益特性、脉冲种子光的时域特性等因素计算获得，因此对于每一种特定时域波形的脉冲激光，需要首先计算脉冲预补偿信号的时域波形，并且还需要根据激光器参数对预补偿信号进行修正，这一过程极为繁琐，因此采用以上方案难以实现任意时域波形的脉冲激光输出。其次，声光调制器和电光调制器会引入较大的损耗，导致脉冲种子光经过声光调制器或电光调制器后功率下降，若要获得高功率脉冲激光输出，需要加入多级预放大器，这增加了系统结构的复杂性。由于声光调制器和电光调制器的最大可承受功率在10W左右，不能直接裁剪主放大器最终输出的信号光时域波形，只能对进入光学放大器的种子光进行补偿。当输出功率提升时，光学放大器的增益比例会进一步变大，导致脉冲波形畸变增强，预补偿效果会下降，因此通常这种情况只能实现数百瓦级平均功率的脉冲时域波形整形。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供了一种脉冲时域波形可调光纤激光器。

具体地，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种脉冲时域波形可调光纤激光器，包括：依次设置的波形发生器、控制电路、低增益光纤放大器组合、功率合束器和QBH输出光纤；所述低增益光纤放大器组合中包括至少两个低增益光纤放大器；

所述波形发生器用于生成目标波形脉冲信号，并将生成的目标波形脉冲信号输入至所述控制电路中；

所述控制电路用于将所述目标波形脉冲信号按照单脉冲能量均分为多个脉冲子信号，并将所述多个脉冲子信号分别传输至对应的低增益光纤放大器中，控制各个低增益光纤放大器按照各个脉冲子信号在时域上的顺序依次输出与对应的脉冲子信号时域波形一致的子脉冲激光；其中，一个增益光纤放大器对应一个脉冲子信号，所述低增益光纤放大器组合中包括的低增益光纤放大器的数量等于所述脉冲子信号的数量；

所述功率合束器用于将各个低增益光纤放大器输出的子脉冲激光在时域上拼接为目标波形脉冲激光，并通过所述QBH输出光纤输出所述目标波形脉冲激光。