一种光脉冲重复频率扩展器及激光应用系统技术方案

本实用新型专利技术适用于光电领域，提供了一种光脉冲重复频率扩展器及激光应用系统，所述光脉冲重复频率扩展器为由多个耦合器对依次连接而成的级联光纤耦合器，各耦合器对具有输入端、输出端和两个连接臂，其中一个连接臂较另一个连接臂长ΔLN＝c/(2×Nfn)，N为所述级联光纤耦合器的级数，n为所述光纤的纤芯折射率。本实用新型专利技术实施例在级联光纤耦合器的某个连接臂中引入光程差设计出一种全光纤化的光脉冲重复频率扩展器，结构简单、成本低。该光脉冲重复频率扩展器能够对当前常用的脉冲激光器进行重复频率扩展，尤其对重复频率为MHZ的皮秒脉冲及KHZ的纳秒脉冲激光器的进行重复频率的多级倍频扩展，用以提高当前脉冲光纤激光器的输出功率水平。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于光电领域，尤其涉及一种光脉冲重复频率扩展器及激光应用系统。
技术介绍
高功率皮秒或纳秒脉冲光纤激光器一般采用主振荡功率放大(MOPA)的结构，即利用光纤放大器对皮秒或纳秒种子脉冲激光器进行功率放大。放大后会产生高的峰值功率及大的单脉冲能量，从而引起强烈的非线性效应，同时放大后过大的脉冲能量和过高峰值功率会导致光纤输出端面受到激光损伤而烧毁端面。这样，强非线性效应及激光端面损伤效应限制了放大器的功率(平均功率)放大水平。而一般全光纤结构的被动锁模皮秒激光脉冲的重复频率受到腔长的限制，只能在 100MHZ左右；受到调制电路及调Q装置的限制，调制半导体激光器或调Q激光器产生的纳秒脉冲最大重复频率一般为几百KHZ。
技术实现思路
本技术实施例的目的在于提供一种光脉冲重复频率扩展器，旨在解决现有脉冲激光器重复频率及输出功率低的问题。本技术实施例是这样实现的，一种光脉冲重复频率扩展器，为由多个耦合器对依次连接而成的级联光纤耦合器，各耦合器对具有输入端、输出端和两个连接臂，其中一个连接臂较另一个连接臂长ALn = c/(2XNfn)，N为所述级联光纤耦合器的级数，η为所述光纤的纤芯折射率。本技术实施例的另一目的在于提供一种激光应用系统，所述激光应用系统包括上述光脉冲重复频率扩展器。本技术实施例在级联光纤耦合器的某个连接臂中引入光程差设计出一种全光纤化的光脉冲重复频率扩展器，结构简单、成本低。该光脉冲重复频率扩展器能够对当前常用的脉冲激光器进行重复频率扩展，尤其对重复频率为MHZ的皮秒脉冲及KHZ的纳秒脉冲激光器的进行重复频率的多级倍频扩展，从而克服限制其功率放大过程中的不良的非线性效应和高能量、峰值功率对光纤端面的损伤问题，用以提高当前脉冲光纤激光器的输出功率水平。附图说明图1是本技术第一实施例提供的光脉冲重复频率扩展器的结构示意图；图2是本技术第二实施例提供的光脉冲重复频率扩展器的结构示意图。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施3例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。本技术实施例在级联光纤耦合器的某个连接臂中引入光程差设计出一种全光纤化的光脉冲重复频率扩展器，结构简单、成本低。本技术实施例提供的光脉冲重复频率扩展器为由多个耦合器对依次连接而成的级联光纤耦合器，各耦合器对具有输入端、输出端和两个连接臂，其中一个连接臂较另一个连接臂长ALn = cA2XNfn)，N为所述级联光纤耦合器的级数，η为所述光纤的纤芯折射率。本技术实施例提供的激光应用系统包括上述光脉冲重复频率扩展器。以下结合具体实施例对本技术的实现进行详细描述。实施例一如图1所示，本技术实施例提供的光脉冲重复频率扩展器为基于1 X 2耦合器对的四倍频光脉冲重复频率扩展器，其包括第一耦合器11、第二耦合器12、第三耦合器13 及第四耦合器14，各耦合器的耦合比为50 50，各耦合器对的输入端和输出端均具有一个连接臂。第一耦合器11和第二耦合器12的两个输出端分别对应熔接形成两个连接臂，同时在其中一个连接臂接入一段长度为AL1 = c/2fn的第一光纤21，使该连接臂较另一个连接臂长AL1 = c/2fn，该两个耦合器形成第一耦合器对10 (即第一级倍频器10)，实现第一级倍频，即= 2Xf，此为二倍频。同样地，第三耦合器13和第四耦合器14构成第二耦合器对20(即第二级倍频器 20)，第一耦合器对的输出端15与第二耦合器对的输入端16熔接。在第二耦合器对20的一个连接臂引入一段长度为AL2 = cA2X2fn)的第二光纤22，使该连接臂较另一个连接臂长AL2 = cA2X2fn)，进行第二级倍频即可对输入的光脉冲进行四倍频后输出。依此类推，如果在第二耦合器对20之后级联更多的耦合器对即可实现更高级的倍频。当某一固定重复频率为f的光脉冲经过第一耦合器11时，第一耦合器11均分该光脉冲，其两连接臂的长度不等，长度差为AL1 = c/2fn，两光脉冲经过第二耦合器12进行叠加时将会产生一个时间差，该时间差为AT1= Δ L1TiA (η为所接入光纤的纤芯折射率， c为光速)。叠加后的光脉冲重复频率为原来重复频率的2倍，即= 2Χf，实现了对光脉冲重复频率的二倍频。当重复频率为f的光脉冲经过第三耦合器13时，第三耦合器13均分该光脉冲，其两连接臂的长度不等，长度差为AL2 = cA2X2fn)，两光脉冲经过第四耦合器14进行叠加时将会产生一个时间差，该时间差为Δ T2= Δ L2 ·η/( (η为所接入光纤的纤芯折射率，c为光速)。叠加后的光脉冲重复频率为原来重复频率的2倍，f2 = 2f, = 4f,实现第二级倍频， BP f2 = 22Xf = 4f，即四倍频。显然，第N级倍频需在第N耦合器对其中一个连接臂中引入长度差为ALn = c/ (2XNfn)的光纤，由2N个光纤耦合器构成第N级倍频器，实现第N级倍频，fN = 2NXf，即 2N倍频，从而实现对输入光脉冲重复频率扩展的目的。 由于1 X 2耦合器是将2 X 2耦合器的一个输入臂剪掉而实现的，因此基于1 X 2耦合器对的重复频率扩展器的缺点是每经过一个倍频器(耦合器对)，输出功率将会损耗一半，为此，设计了基于2X2耦合器对的重复频率扩展器。而实现第N级倍频需采用2N个光4纤華禹合器。实施例二如图2所示，本技术实施例提供的光脉冲重复频率扩展器为基于2X2耦合器对的四倍频光脉冲重复频率扩展器，其包括第一耦合器31、第二耦合器32及第三耦合器 33，各耦合器均为2X2型耦合器，各耦合器的耦合比均为50 50，各耦合器对的输入端和输出端均具有一个连接臂，其中第一耦合器31和第二耦合器32构成第一耦合器对30 (即第一级倍频器30)。该第一耦合器对30与第一实施例的第一耦合器对10的结构类似，区别在于本实施例中各耦合器对的输入端和输出端均具有两个连接臂。本技术实施例中，第一耦合器对30输出端两个连接臂17、18可以与第三耦合器33输入端两个连接臂27 J8分别熔接，避免了 1X2耦合器对的输出端中一个连接臂闲置导致的功率损耗。在第一耦合器对30后每级联一个2X2耦合器，其输出端任意一连接臂的光脉冲重复频率较上一耦合器输出端重复频率扩展一倍。相邻两个耦合器构成一耦合器对(一级倍频器)，如第二耦合器32与第一耦合器 31组成第一耦合器对30 (即第一级倍频器30)，第三耦合器33与第二耦合器32组成第二耦合器对40 (即第二级倍频器40)，第N耦合器与第N-I耦合器组成第N-I级倍频器，第N+1 耦合器与第N耦合器组成第N级倍频器。同样地，于第一耦合器对30 (即第一级倍频器30)其中一个连接臂引入一段长度为Δ L1 = CZ^fn的第一光纤51，于第二耦合器对40 (即第二级倍频器40)其中一个连接臂引入一段长度为AL2 = cA2X2fn)的第二光纤52，于第N级倍频器的一个连接臂中引入长度为ALN = cA2XNfn)的光纤，由N+1个光纤耦合器构成第N级倍频器，实现第N级倍频，fN = 2NXf，即2N倍本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种光脉冲重复频率扩展器，其特征在于，所述光脉冲重复频率扩展器为由多个耦合器对依次连接而成的级联光纤耦合器，各耦合器对具有输入端、输出端和两个连接臂，其中一个连接臂较另一个连接臂长ΔＬＮ＝ｃ／（２×Ｎｆｎ），Ｎ为所述级联光纤耦合器的级数，ｎ为所述光纤的纤芯折射率。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：阮双琛，郭春雨，陈祖聪，潘尔明，闫培光，
申请(专利权)人：阮双琛，郭春雨，深圳大学，
类型：实用新型
国别省市：94