[发明专利]基于大色散量匹配的紧凑型大能量全光纤飞秒激光器

说明书

本发明提供一种基于大色散量匹配的紧凑型大能量全光纤飞秒激光器，解决现有飞秒光纤激光器放大过程中，非线性强、输出脉冲底座大、输出脉冲能量受限的问题。激光器包括预放大系统、主放大单元和压缩器；预放大系统包括依次连的飞秒锁模种子源、四端口环形器、多模放大器、声光降频器、带通滤波器和多模放大器，与四端口环形器连的第一啁啾光纤光栅和第二啁啾光纤光栅；主放大单元包括大模场光纤放大器及设在大模场光纤放大器出射光束的准直透镜、第一半波片和第一隔离器；压缩器包括依次设的半波片、第一偏振光分束器、45度旋光器、半波片、第二偏振光分束器、1/4波片和反射式啁啾体布拉格光栅及设在第二偏振光分束器反射光路的零度高反镜。

技术领域

本发明属于激光技术领域，涉及一种飞秒激光器，具体涉及一种基于大色散量匹配的紧凑型大能量全光纤飞秒激光器。

背景技术

目前光纤激光器由于具有集成度高，易于维护，散热好，光束质量好，放大增益高等优点，在激光器领域受到了越来越多的关注。但是在光纤超快激光技术领域，由于受到非线性效应的限制，脉冲输出能量受限，其全光纤结构主要是借助于啁啾脉冲放大技术，能够输出的脉冲能量大多限制在几个微焦到几十微焦的水平，同时，目前的展宽器，主要采用的是啁啾光纤光栅展宽器构成全光纤结构，对于大于10nm以上的宽光谱，目前商用的色散量最大的也只有～100ps/nm,通过大色散啁啾光纤光栅展宽，结合全光纤大模场光纤放大，一般输出能量最大可以达到数十微焦的压缩输出。

为了进一步提升输出脉冲的能量，需要对脉冲在时域上进行更大程度的展宽。目前的脉冲压缩器主要有传统的光栅对压缩器和新型的紧凑型体啁啾布拉格光栅压缩器。光栅对压缩器的主要优势是色散量可以通过光栅对间距进行灵活的调整，其主要的缺点是光栅对距离大(一般展宽到数百皮秒的脉冲压缩，一般需要1-2米的光栅对距离)，难于集成，也导致激光器整体的指向稳定性以及可靠性变差。体啁啾布拉格光栅压缩器具有体积小，集成度高，稳定可靠性强，因此受到了越来越多的关注。但是体啁啾布拉格光栅的色散量较小，应用最大的体啁啾布拉格光栅的色散量是～-100ps/nm。为了进一步降低系统的非线性积累，获得更高能量的飞秒输出，若前端的展宽量进一步增大，直接采用单块体光栅一次通过，则无法满足色散匹配要求。

发明内容

为了解决现有大能量飞秒光纤激光器放大过程中，存在非线性强、输出脉冲底座大、输出脉冲能量受限的技术问题，本发明提供了一种基于大色散量匹配的紧凑型大能量全光纤飞秒激光器。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种基于大色散量匹配的紧凑型大能量全光纤飞秒激光器，其特殊之处在于：包括依次连接的预放大系统、主放大单元和压缩器；

所述预放大系统包括飞秒锁模种子源、四端口环形器、第一啁啾光纤光栅、第二啁啾光纤光栅、第一多模放大器、声光降频器、带通滤波器和第二多模放大器；

所述飞秒锁模种子源与四端口环形器的1端口连接；

所述四端口环形器的2端口与第一啁啾光纤光栅连接，其3端口通过PM980光纤与第二啁啾光纤光栅连接，4端口通过依次设置的第一多模放大器、声光降频器、带通滤波器与第二多模放大器的输入端连接；

所述主放大单元包括大模场光纤放大器、准直透镜、第一半波片和第一隔离器，大模场光纤放大器的输入端与第二多模放大器的输出端连接，准直透镜、第一半波片和第一隔离器沿传输方向依次设置在大模场光纤放大器的出射光束上；

所述压缩器为基于偏振控制的双通压缩器，其包括沿第一隔离器出射光束传输方向依次设置的第二半波片、第一偏振光分束器、45度旋光器、第三半波片、第二偏振光分束器、1/4波片和反射式啁啾体布拉格光栅，以及设置在第二偏振光分束器反射光路上的零度高反镜。

进一步地，所述声光降频器包括同步信号处理电路、声光调制器驱动和声光调制器；