可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器

深圳市創鑫雷射股份有限公司

基本介紹

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專利背景

發明內容

專利目的

技術方案

根據《可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器》的可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器，所述放大光纖的輸出端連線有第四隔離器，所述第四隔離器的輸出端作為所述光纖雷射器的輸出端。

根據《可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器》的可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器，所述第二泵浦雷射器為大功率泵浦雷射器，所述第四隔離器是帶準直輸出的大功率隔離器。

根據《可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器》的可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器，所述光纖雷射器預設一重複頻率值，當所述雷射器的重複頻率大於該預設值時，所述脈寬調節模組使所述脈衝雷射的脈衝寬度隨著重複頻率的增加而變窄。

根據《可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器》的可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器，當所述種子脈衝的重複頻率不大於所述預設值時，所述第一泵浦雷射器採用脈衝泵浦，當所述種子脈衝的重複頻率大於所述預設值時，所述第一泵浦雷射器採用連續泵浦。

根據《可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器》的可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器，所述電路模組包括脈衝觸發電路、泵浦驅動電路、自動溫度控制電路、自動光功率控制電路和接口控制電路。

根據《可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器》的可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器，所述放大光纖為有源雙包層光纖。

改善效果

《可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器》通過在脈衝光纖雷射器中加入頻率檢測模組，使其具有自動檢測雷射重複頻率的功能，同時還設定一脈寬調節模組，使其可以對雷射脈衝的寬度進行調節。具體的，用戶在脈衝雷射器內預設一重複頻率值，在工作過程中頻率檢測模組不斷檢測雷射脈衝的頻率，並對二數值進行對比，若預設值大於檢測值，則直接將種子脈衝雷射傳送至高功率脈衝雷射系統，如果預設值小於檢測值，則種子脈衝雷射通過脈寬調節模組的調節後再傳到高功率脈衝雷射系統，藉此可提高低頻時的可靠性和穩定性，以及在高頻下峰值功率的穩定性。

附圖說明

圖1是《可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器》的可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器的結構示意圖；

圖2是《可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器》一實施例種子脈衝雷射系統的結構示意圖；

圖3是《可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器》一實施例高功率脈衝雷射系統的結構示意圖；

圖4A～圖4C是《可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器》的可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器的外部結構示意圖。

技術領域

《可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器》涉及光纖雷射器技術，尤其涉及一種可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器。

權利要求

1.一種可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器，其特徵在於，所述雷射器至少包括：種子脈衝雷射系統，用於提供種子脈衝雷射，所述種子脈衝雷射系統包括順序連線的半導體種子雷射器、第一隔離器、第一泵浦合束器和第一放大光纖，所述第一泵浦合束器還連線有第一泵浦雷射器；頻率檢測模組，用於檢測所述脈衝雷射的重複頻率；脈寬調節模組，用於根據所述脈衝雷射的重複頻率信息調節所述脈衝雷射的脈衝寬度；高功率脈衝雷射系統，用於將所述脈衝雷射進行功率放大後輸出；所述光纖雷射器預設一重複頻率值M，當所述頻率檢測模組檢測到所述種子脈衝雷射的重複頻率不大於M時，不對其處理，並直接將所述種子脈衝雷射傳送至所述高功率脈衝雷射系統，若所述頻率檢測模組檢測到所述種子脈衝雷射的重複頻率大於M時，則將所述種子脈衝雷射傳入至所述脈寬調節模組，所述脈寬調節模組使所述脈衝雷射的脈衝寬度隨著重複頻率的增加而變窄，再將所述脈衝雷射傳送至所述高功率脈衝雷射系統；當所述種子脈衝的重複頻率不大於M值時，所述第一泵浦雷射器採用脈衝泵浦，當所述種子脈衝的重複頻率大於M值時，所述第一泵浦雷射器採用連續泵浦。

2.根據權利要求1所述的可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器，其特徵在於，所述第一放大光纖連線有第二隔離器。

3.根據權利要求1所述的可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器，其特徵在於，所述高功率脈衝雷射系統包括電路模組和光路模組，所述光路模組包括順序連線的第三隔離器、第二泵浦合束器及第二放大光纖，所述第二泵浦合束器還連線有第二泵浦雷射器。

4.根據權利要求3所述的可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器，其特徵在於，所述第二放大光纖的輸出端連線有第四隔離器，所述第四隔離器的輸出端作為所述光纖雷射器的輸出端。

5.根據權利要求4所述的可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器，其特徵在於，所述第二泵浦雷射器為大功率泵浦雷射器，所述第四隔離器是帶準直輸出的大功率隔離器。

6.根據權利要求3所述的可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器，其特徵在於，所述電路模組包括脈衝觸發電路、泵浦驅動電路、自動溫度控制電路、自動光功率控制電路和接口控制電路。

7.根據權利要求1或3所述的可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器，其特徵在於，所述放大光纖為有源雙包層光纖。

實施方式

為了使《可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器》的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對《可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器》進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋《可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器》，並不用於限定《可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器》。

參見圖1，《可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器》提供了一種可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器100，其包括種子脈衝雷射系統10、頻率檢測模組20、脈寬調節模組30和高功率脈衝雷射系統40，其中：

種子脈衝雷射系統10，用於提供種子脈衝雷射，且該系統10為整個光纖雷射器100的脈衝雷射源。

頻率檢測模組20，連線於種子脈衝雷射系統10的輸出端，用於檢測脈衝雷射的頻率。

脈寬調節模組30，連線於頻率檢測模組20，用於根據脈衝雷射的重複頻率信息調節脈衝雷射的脈衝寬度。

高功率脈衝雷射系統40，用於將脈衝雷射進行功率放大後輸出。

具體的，為保證高功率脈衝光纖雷射器100在高頻和低頻段均有較好的工作狀態，可預設一重複頻率值M，該頻率值M根據不同的輸出功率、種子脈衝寬度及不同的光纖類型決定。當頻率檢測模組20檢測到種子脈衝雷射的重複頻率小於M時，不對其處理，直接將種子脈衝雷射傳送至高功率脈衝雷射系統40；若頻率檢測模組20檢測到種子脈衝雷射的重複頻率大於M時，則將該種子脈衝傳入至脈寬調節模組30，其按照種子脈衝的頻率對脈衝寬度進行相應的調節，藉此使種子脈衝進入高功率脈衝雷射系統40放大後，輸出的光脈衝峰值功率隨著重複頻率的增加而不會有大幅度減低，藉此可確保該種脈衝光纖雷射器100在低頻時候的可靠性和穩定性，在高重複頻率情況下的脈衝峰值功率的穩定性。

《可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器》的一具體實施例中，參見圖2，種子脈衝雷射系統10具體包括順序連線的半導體種子雷射器11、第一隔離器12、第一泵浦合束器13和放大光纖14及第二隔離器16，第一泵浦合束器13還連線有第一泵浦雷射器15。其中，半導體種子雷射器11為1064納米半導體雷射器，放大光纖14為有源雙包層光纖，第一泵浦雷射器15優選採用980納米泵浦雷射器，第二隔離器16為大功率的隔離混合器件，且該第二隔離器16的輸出端即是種子脈衝雷射系統10的輸出端。更好的，種子脈衝雷射系統10還配有電路模組18，該電路模組至少包括脈衝觸發電路、泵浦驅動電路和溫度控制電路，其中溫度控制電路可分為兩級自動溫度控制電路。該電路模組18連線一納秒級脈衝發生電路17，用於為半導體種子雷射器11提供工作脈衝。

實際套用中，半導體種子雷射器11經納秒級脈衝發生電路17驅動，產生10～230納秒的脈衝雷射，該脈衝雷射的功率非常微弱，當其經過由第一泵浦合束器13、放大光纖14和第一泵浦雷射器組成的第一級特殊超高增益光纖放大器後，就可以得到千瓦級峰值功率的光纖脈衝雷射輸出，經功率放大後的脈衝雷射由第二隔離器16輸出。

更好的，在該實施例中，當頻率檢測模組20檢測到種子脈衝雷射的重複頻率小於M時，第一泵浦雷射器15採用脈衝泵浦，使得每個脈衝泵浦能量固定，從而使輸出的每個雷射脈衝的能量固定，最高輸出脈衝峰值功率也固定，藉此使輸出的雷射峰值功率最大值固定，避免了連續泵浦在低頻的情況下造成輸出峰值功率過大，燒斷光纖的情況；當頻率檢測模組20檢測到種子脈衝雷射的重複頻率大於M時，脈寬調節模組30根據頻率的範圍段自動調節種子脈衝寬度，使種子脈衝寬度隨著重複頻率的增加而自動變窄，藉此，種子脈衝在經過後續的二級光纖放大器放大後，輸出的光脈衝峰值功率不會隨著重複頻率的增加而大幅降低，從而保證該種光纖雷射器100從低頻到高頻的整個工作頻段範圍內，都有很好的峰值功率。

《可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器》提供的高功率脈衝雷射系統40的結構如圖3所示，其包括光路模組和電路模組47，光路模組包括順序連線的第三隔離器41、第二泵浦合束器42、放大光纖43及第四隔離器45，第二泵浦合束器42連線有第二泵浦雷射器44，電路模組47和種子脈衝輸入端之間連線有納秒級脈衝發生電路46。且在該實施例中，放大光纖43為有源雙包層光纖，第二泵浦雷射器44為大功率泵浦雷射器，第四隔離器45的輸出端作為脈衝光纖雷射器100。優選的是，第四隔離器45是帶準直輸出的大功率隔離器，其可以將功率放大後的脈衝雷射進行準直輸出。種子脈衝雷射經高功率脈衝雷射系統40功率放大後可以達到20千瓦峰值功率和10-50瓦平均功率，且可以實現脈衝雷射1～500千赫茲的高重複頻率的輸出。

功率脈衝雷射系統40的電路模組47包括脈衝觸發電路、泵浦驅動電路、自動溫度控制電路、自動光功率控制電路和接口控制電路，其可以實現脈衝觸發、溫度控制提高脈衝光纖雷射器波長穩定性等多種功能，同時，還可以外設保護電路，使其可以對整個雷射器進行自動保護，提高雷射的可靠性。

圖4A～圖4C是《可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器》光纖雷射器一外觀結構示意圖，光纖雷射器具有光纖出口101，用於雷射信號的輸出，其可連線光路模組的輸出端；控制接口102，用於對輸出雷射參數的設定，具體包括設定雷射器100的脈寬、重複頻率以及輸出功率；電源接口103，用於連線工作電源；數據傳輸接口104，用於傳輸數據。

下面結合圖示具體說明《可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器》的一個工作過程，半導體種子雷射器11發出種子雷射，經由第一泵浦合束器13、放大光纖14和第一泵浦雷射器組成的第一級特殊超高增益光纖放大器後，得到千瓦級峰值功率的種子光纖脈衝雷射，該種子脈衝雷射經第二隔離器16處理後輸出，同時，頻率檢測模組20對該輸出的種子脈衝雷射進行頻率檢測，如果其頻率小於M，則第一泵浦雷射器15採用脈衝泵浦，且種子脈衝雷射系統10產生的種子脈衝雷射直接傳入高功率脈衝雷射系統40，如果檢測頻率大於M則第一泵浦雷射器15採用連續泵浦，種子脈衝通過脈寬調節模組30對脈衝寬度進行調節後再傳送至高功率脈衝雷射系統40。種子脈衝傳入高功率脈衝雷射系統40後經由第三隔離器41後，再經由第二泵浦合束器42、放大光纖43和第二泵浦雷射器44組成的第二級光纖放大器功率放大後經第四隔離器輸出。

《可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器》的脈衝光纖雷射器100可以達到如下技術標準：

工作波長：1064納米波段；脈衝能量1毫焦；脈衝寬度10納秒-230納秒可調；脈衝重複頻率1千赫茲-500千赫茲；輸出平均功率10-50瓦級。同時，《可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器》確保了在低頻時候的可靠性和穩定性，在高頻情況下的脈衝峰值功率的穩定性，即通過適當調節脈衝寬度和重複頻率，使峰值功率更高、脈衝形狀更規則，可以廣泛套用於高精度雷射成像雷達、高精度光纖溫度感測系統、高精度光纖微振動感測系統、高精度雷射加工、雷射都卜勒測風雷達、雷射通訊系統、雷射醫療、光電對抗以及科學研究等。

綜上所述，《可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器》通過在脈衝光纖雷射器中加入頻率檢測模組，使其具有自動檢測雷射重複頻率的功能，同時還設定一脈寬調節模組，使其可以對雷射脈衝的寬度進行調節。具體的，用戶在脈衝雷射器內預設一重複頻率值，在工作過程中頻率檢測模組不斷檢測雷射脈衝的頻率，並對二數值進行對比，若預設值大於檢測值，則直接將種子脈衝雷射傳送至高功率脈衝雷射系統，如果預設值小於檢測值，則種子脈衝雷射通過脈寬調節模組的調節後再傳到高功率脈衝雷射系統，藉此可提高低頻時的可靠性和穩定性，以及在高頻下峰值功率的穩定性。

當然，《可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器》還可有其它多種實施例，在不背離《可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器》精神及其實質的情況下，熟悉該領域的技術人員當可根據《可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器》作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於《可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器》所附的權利要求的保護範圍。

榮譽表彰

2020年7月14日，《可調脈寬的高功率脈衝光纖雷射器》獲得第二十一屆中國專利優秀獎。