光纤皮秒和飞秒脉冲激光输出切换装置及其控制方法制造方法及图纸

皮秒和飞秒脉冲激光输出切换装置及其控制方法，输出切换装置包括沿光路顺次设置的光源、皮秒激光振荡器、可调滤波器、光纤放大器和折光镜，折光镜包括高反镜，用于将光路切换至两个不同的输出端口；其中一个端口顺次连接脉冲压缩器和飞秒倍频器；而另一端口连接皮秒倍频器，用于输出皮秒脉冲，当可调滤波器选取皮秒激光振荡器输出光谱边缘部分时，高反镜的位置使得光谱皮秒脉冲无偏折地通过折光镜后进入皮秒倍频器，当可调滤波器选取皮秒激光振荡器输出光谱中心部分时，高反镜转动至另一位置，以使光谱皮秒脉冲产生90度偏折后进入脉冲压缩器及飞秒倍频器。该输出切换装置及其控制方法实现窄带皮秒或宽带飞秒激光的快速切换输出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光
，尤其涉及一种高功率窄带光谱的皮秒脉冲激光和宽带光谱的飞秒脉冲激光的输出切换装置及其控制方法。
技术介绍
超短脉冲为脉冲宽度在飞秒到皮秒量级间的一类脉冲的总称。利用高功率皮秒和飞秒激光，可实现对金属、金属碳化物、硅片等工业材料进行高精度加工。与纳秒脉冲相比，飞秒和皮秒脉冲的时间宽度之短，可迅速达到材料的消融临界点所需要的峰值能量密度，并有效地减少激光辐射带来的热效应。飞秒激光的持续时间远远小于晶格热传导时间，在其与物质相互作用时，能量吸收限制在极小的范围内，电子达到极高的温度，随之物质从固态变为离子态，迅速从加工区域喷出。因此，利用飞秒和皮秒脉冲能克服激光热效应带来的弊端，实现高精度的加工。 提及高功率超短脉冲的产生方法，一般有两大类。一类是采用固体激光器、半导体激光二极管或光纤激光器作为窄带光谱的种子源，光谱宽度一般小于lnm，脉冲宽度为几个皮秒到几百皮秒。相比宽带光谱的皮秒激光，虽然该窄带光谱的皮秒脉冲无法压缩到飞秒脉冲，但该窄带光谱的皮秒脉冲光源的一个主要优势具有更高的倍频效率，有利于实现更短波长的激光输出。 另一类是以宽带光谱的飞秒激光或者宽带光谱的皮秒激光作为种子源，经过啁啾脉冲放大或者主振荡功率放大，最后采用脉冲压缩达到飞秒量级，实现更高的峰值功率。该技术会使用宽带光谱器件以确保最终输出激光光谱具有足够的带宽，实现更窄的飞秒脉冲。 以上两类超短脉冲的功率放大过程虽然看似相近，但到目前为止，并无法在一套激光系统里面同时实现这两种光谱形式(宽带光谱或者窄带光谱)的超短脉冲激光输出。其主要问题是脉冲激光种子源的输出参数基本决定了该激光系统的性能和特性。若需要实现不同形式的光谱输出，必须更换脉冲种子源。这必然会增加激光系统复杂度，并进而提高制造成本。
技术实现思路
(一)专利技术目的 本专利技术的目的是提供一种高功率窄带光谱的皮秒脉冲激光或宽带光谱的飞秒脉冲激光的输出切换装置及其控制方法。 ( 二 )技术方案 为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种皮秒和飞秒脉冲激光输出切换装置，包括沿光路顺次设置的光源、皮秒激光振荡器、可调滤波器、光纤放大器和折光镜，其中，皮秒激光振荡器，用于输出光谱；可调滤波器，用于选取皮秒激光振荡器输出光谱中不同波长的光谱成分；光纤放大器，用于将可调滤波器滤波后的脉冲的平均功率提升；折光镜，其包括高反镜，用于将光路切换至两个不同的输出端口，其中一个输出端口顺次连接有脉冲压缩器和飞秒倍频器，脉冲压缩器用于将宽带光谱的皮秒脉冲压缩至飞秒脉冲；飞秒倍频器用于将宽带光谱的皮秒脉冲压缩，最终输出飞秒脉冲；而另一个输出端口连接有皮秒倍频器，用于输出皮秒脉冲，当可调滤波器选取皮秒激光振荡器输出光谱边缘部分时，高反镜的位置使得光谱皮秒脉冲无偏折地通过折光镜后进入皮秒倍频器，当可调滤波器选取皮秒激光振荡器输出光谱中心部分时，高反镜转动至另一位置处，以使光谱皮秒脉冲产生90度偏折后进入脉冲压缩器及飞秒倍频器。 其中，还包括与可调滤波器和折光镜连接的飞秒/皮秒切换驱动器，用于驱动可调滤波器以及折光镜，以分别实现光谱的选取和高反镜的转动。 其中，可调滤波器和折光镜都是电控的。 其中，皮秒激光振荡器为非线性偏振旋转锁模的全正色散光纤激光器。 其中，可调滤波器为基于F-P腔的可调滤波器或光栅结构的滤波器或干涉滤光片结构的滤波器。 其中，光纤放大器包括光纤预放大器以及光纤主放大器。 其中，光纤预放大器为纤芯泵浦的光纤放大器，用于将20mW的功率提升至超过200mW。 其中，光纤主放大器为包层泵浦的光纤放大器，用于将200mW的功率提升至超过10W。 本专利技术还提供了一种皮秒和飞秒脉冲激光输出切换装置的控制方法，该方法包括以下步骤: S1:当需要输出皮秒脉冲激光时，调整可调滤波器，使其选取皮秒激光振荡器输出光谱边缘部分，同时将高反镜的位置调整至光谱皮秒脉冲无偏折地通过折光镜后进入皮秒倍频器的位置； S2:当需要输出飞秒脉冲激光时，调整可调滤波器，使其选取皮秒激光振荡器输出光谱中心部分，同时将高反镜的位置调整至光谱皮秒脉冲产生90度偏折后进入脉冲压缩器及飞秒倍频器的位置。 其中，该方法还包括以下步骤:通过飞秒/皮秒切换控制器控制可调滤波器和折光镜的调整。 (三)有益效果 1.本专利技术采用一台激光系统即可实现高功率窄带皮秒或宽带飞秒激光输出，且结构简单，制造成本小。采用电路驱动、可调滤波器及光路控制即可实现高功率窄带皮秒或宽带飞秒激光输出的切换。 2.采用电控驱动可调滤波器以及电控折光镜，光路切换速度快，不仅控制精度高、而且简单易行，可有效降低双路激光输出系统的制造成本。 3.分别采用两块倍频晶体有利于提高激光的倍频效率。飞秒倍频器中采用较短的倍频晶体，有利于宽带光谱的飞秒激光倍频。皮秒倍频器中采用较长的倍频晶体，有利于窄带光谱的皮秒激光倍频。 【附图说明】 图1是本专利技术的皮秒和光秒脉冲激光输出切换装置的总体结构示意图； 图2是皮秒激光振荡器输出的激光光谱，其示出了光谱边缘及光谱中心的位置； 图3a示出了电控可调滤波器选取出皮秒激光振荡器的中心光谱的脉冲宽度，图3b示出了经放大后的宽带光谱皮秒脉冲的光谱形状； 图4a示出了电控可调滤波器选取出皮秒激光振荡器的边缘光谱的脉冲宽度，图4b示出了经放大后的窄带光谱皮秒脉冲的光谱形状； 图5是光纤预放大器的示意图； 图6是光纤主放大器的示意图；以及 图7是电控折光镜的示意图。 【具体实施方式】 下面结合附图，以lym波段的掺镱光纤激光为例，对本专利技术进行详细说明。本领域技术人员应当理解，下面描述的实施例仅是对本专利技术的示例性说明，而非用于对其作出任何限制。在所有附图中，相同的附图标记表示相同或相似的部件。 如图1所示，该装置包括沿光路顺次设置的光源L、皮秒激光振荡器100、可调滤波器200、光纤放大器、折光镜500、脉冲压缩器600、飞秒倍频器800、皮秒倍频器700以及与电动可调滤波器200和折光镜500连接的飞秒/皮秒切换驱动器900。 具体地，光源L均采用Ιμπι波段适用的光学器件及光纤。 皮秒激光振荡器100用于输出光谱,并优选为非线性偏振旋转锁模的全正色散光纤激光器，其可为全光纤结构，也可为半空间半光纤结构。典型重复频率为60MHz，平均功率20mW，脉冲宽度为10ps。皮秒激光振荡器100典型的光谱范围如图2所示，覆盖1025-1035nm，光谱宽度Λ λ = 10nm。该类型光纤激光器环路内部皆由正色散光纤构成，由于自相位调制的作用使该脉冲中心附近较大范围的啁啾为线性且是正的，即输出脉冲的频率分布随着时间的增加而增加(上啁啾)。而脉冲两边的频谱变化较小。因此，皮秒激光振荡器100输出光谱中不同位置的光谱成分具有不同的脉冲宽度，光谱中心(如图2中右侧的虚线椭圆所示)的脉冲宽度较小，光谱两边(如图2中左侧的虚线椭圆所示)的脉冲宽度较大的特点。 电动可调滤波器200用于选取皮秒激光振荡器100输出光谱中不同波长的光谱成分，其可以为基于F-P腔的可调滤波器(调节腔长选波长)，或者是光栅结构的滤波器(调节光栅与入射光夹角选波长)，也可为干涉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种皮秒和飞秒脉冲激光输出切换装置，包括沿光路顺次设置的光源、皮秒激光振荡器、可调滤波器、光纤放大器和折光镜，其中，皮秒激光振荡器，用于输出光谱；可调滤波器，用于选取皮秒激光振荡器输出光谱中不同波长的光谱成分；光纤放大器，用于将可调滤波器滤波后的脉冲的平均功率提升；折光镜，其包括高反镜，用于将光路切换至两个不同的输出端口,其中一个输出端口顺次连接有脉冲压缩器和飞秒倍频器，脉冲压缩器用于将宽带光谱的皮秒脉冲压缩至飞秒脉冲；飞秒倍频器用于将宽带光谱的皮秒脉冲压缩，最终输出飞秒脉冲；而另一个输出端口连接有皮秒倍频器，用于输出皮秒脉冲，当可调滤波器选取皮秒激光振荡器输出光谱边缘部分时，高反镜的位置使得光谱皮秒脉冲无偏折地通过折光镜后进入皮秒倍频器，当可调滤波器选取皮秒激光振荡器输出光谱中心部分时，高反镜转动至另一位置处，以使光谱皮秒脉冲产生90度偏折后进入脉冲压缩器及飞秒倍频器。

【技术特征摘要】
1.一种皮秒和飞秒脉冲激光输出切换装置，包括沿光路顺次设置的光源、皮秒激光振荡器、可调滤波器、光纤放大器和折光镜，其中，皮秒激光振荡器，用于输出光谱；可调滤波器，用于选取皮秒激光振荡器输出光谱中不同波长的光谱成分；光纤放大器，用于将可调滤波器滤波后的脉冲的平均功率提升；折光镜，其包括高反镜，用于将光路切换至两个不同的输出端口，其中一个输出端口顺次连接有脉冲压缩器和飞秒倍频器，脉冲压缩器用于将宽带光谱的皮秒脉冲压缩至飞秒脉冲；飞秒倍频器用于将宽带光谱的皮秒脉冲压缩，最终输出飞秒脉冲；而另一个输出端口连接有皮秒倍频器，用于输出皮秒脉冲，当可调滤波器选取皮秒激光振荡器输出光谱边缘部分时，高反镜的位置使得光谱皮秒脉冲无偏折地通过折光镜后进入皮秒倍频器，当可调滤波器选取皮秒激光振荡器输出光谱中心部分时，高反镜转动至另一位置处，以使光谱皮秒脉冲产生90度偏折后进入脉冲压缩器及飞秒倍频器。2.根据权利要求1所述的输出切换装置，其中还包括与可调滤波器和折光镜连接的飞秒/皮秒切换驱动器，用于驱动可调滤波器以及折光镜，以分别实现光谱的选取和高反镜的转动。3.根据权利要求2所述的输出切换装置，其中可调滤波器和折光镜都是电控的。4.根据权利要求2所述的输出切换装置，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝强，曾和平，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31