飞秒激光种子源装置及紫外飞秒激光器的制作方法

1.本技术涉及激光器技术领域，特别涉及一种飞秒激光种子源装置及紫外飞秒激光器。


背景技术：

2.由于激光加工技术具有无污染、加工效率高、精度高等特点，因此被广泛应用于汽车、电子、电器、航空、冶金行业。同时，用于产生激光的激光器也在相应地快速发展，其中，光纤激光器由于具有空间紧凑、稳定性高、散热性能好等特点，使得光纤激光器的市场占有率逐渐提升。
3.现阶段的光纤飞秒激光器，为了实现自启动锁模，增加了腔长，但是这也造成了色散的增加，从而导致脉宽增加，致使光纤飞秒激光器发出的激光的脉宽无法达到飞秒级。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种飞秒激光种子源装置及紫外飞秒激光器，能补偿腔内产生的色散。
5.为实现上述目的，第一方面，本技术实施例提供一种飞秒激光种子源装置，所述飞秒激光种子源装置包括第一泵浦源、第一波分复用器、第一掺镱光纤、单模保偏光纤、非互易相移器、第一大啁啾光纤光栅和第一隔离器；
6.所述第一泵浦源、所述第一波分复用器、所述第一掺镱光纤、所述非互易相移器和所述第一大啁啾光纤光栅依次连接；所述单模保偏光纤的两端分别与所述第一波分复用器和所述非互易相移器连接；所述第一隔离器与所述非互易相移器连接；
7.其中，所述第一大啁啾光纤光栅用于补偿色散，所述第一大啁啾光纤光栅补偿色散后的光束干涉后从所述第一隔离器射出。
8.在第一方面的一些可能的实施方式中，所述非互易相移器包括沿光路依次设置的第一偏振分光棱镜、第一法拉第旋光镜、λ/4波片、第二法拉第旋光镜和第二偏振分光棱镜，所述第一偏振分光棱镜与所述第一掺镱光纤和所述单模保偏光纤连接，所述第二偏振分光棱镜与所述第一大啁啾光纤光栅连接，所述第一隔离器与所述第二偏振分光棱镜连接。
9.在第一方面的一些可能的实施方式中，所述飞秒激光种子源装置还包括：
10.泵浦保护器，所述泵浦保护器连接于所述第一泵浦源和所述第一波分复用器之间。
11.第二方面，本技术实施例提供一种紫外飞秒激光器，所述紫外飞秒激光器包括：
12.如上述任意一项技术方案所述的飞秒激光种子源装置；
13.倍频装置，所述倍频装置与所述第一隔离器连接，所述倍频装置用于输出紫外飞秒激光。
14.在第二方面的一些可能的实施方式中，所述紫外飞秒激光器还包括：
15.功率放大装置，所述功率放大装置连接于所述第一隔离器与所述倍频装置之间。
16.在第二方面的一些可能的实施方式中，所述功率放大装置为多级放大装置。
17.在第二方面的一些可能的实施方式中，所述功率放大装置包括依次连接的预放大单元、一级放大单元、二级放大单元和光子晶体放大单元，所述预放大单元与所述第一隔离器连接，所述光子晶体放大单元与所述倍频装置连接。
18.在第二方面的一些可能的实施方式中，所述预放大单元包括依次连接的第二泵浦源、第二波分复用器、第二掺镱光纤和第二隔离器，所述第二波分复用器与所述第一隔离器连接，所述第二隔离器与所述一级放大单元连接；
19.所述一级放大单元包括依次连接的第三泵浦源、第三波分复用器、第三掺镱光纤和第三隔离器，所述第三波分复用器与所述预放大单元连接，所述第三隔离器与所述二级放大单元连接；
20.所述二级放大单元包括依次连接的第四泵浦源、第四波分复用器、第四掺镱光纤和第四隔离器，所述第四波分复用器与所述一级放大单元连接，所述第四隔离器与所述倍频装置连接。
21.在第二方面的一些可能的实施方式中，所述预放大单元还包括声光调声器，所述声光调声器连接于所述第二隔离器与所述一级放大单元之间。
22.在第二方面的一些可能的实施方式中，所述光子晶体放大单元包括依次连接的第五泵浦源、第一准直透镜、二向色镜、聚焦透镜、光子晶体和第二准直透镜，所述二向色镜与所述二级放大单元连接，所述第二准直透镜与所述倍频装置连接。
23.在第二方面的一些可能的实施方式中，所述紫外飞秒激光器还包括：
24.脉冲展宽单元，所述脉冲展宽单元连接于所述第一隔离器与所述功率放大装置之间；
25.脉冲压缩单元，所述脉冲压缩单元连接于所述功率放大装置与所述倍频装置之间。
26.本技术实施例提供的飞秒激光种子源装置及紫外飞秒激光器的第一泵浦源、第一波分复用器、第一掺镱光纤、非互易相移器和第一大啁啾光纤光栅依次连接，并且单模保偏光纤的两端分别与第一波分复用器和非互易相移器连接，以用于产生激光，并且该空间布局可以使得输出的激光更稳定；非互易相移器用于产生附加相移，第一大啁啾光纤光栅用于补偿色散，以对脉宽进行压缩，使得经过第一大啁啾光纤光栅进行色散补偿后的激光干涉后从第一隔离器位置处射出；由于通过第一大啁啾光纤光栅对脉宽进行了色散补偿，使得从第一隔离器发射的激光脉宽达到飞秒级。
附图说明
27.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
28.图1为本技术紫外飞秒激光器一实施例的结构示意图。
29.附图标号说明：
30.1、第一泵浦源；2、第一波分复用器；3、第一掺镱光纤；4、单模保偏光纤；5、非互易
相移器；51、第一偏振分光棱镜；52、第一法拉第旋光镜；53、λ/4波片；54、第二法拉第旋光镜；55、第二偏振分光棱镜；6、第一大啁啾光纤光栅；7、第一隔离器；8、泵浦保护器；9、倍频装置；
31.10、功率放大装置；101、预放大单元；1011、第二泵浦源；1012、第二波分复用器；1013、第二掺镱光纤；1014、第二隔离器；1015、声光调声器；102、一级放大单元；1021、第三泵浦源；1022、第三波分复用器；1023、第三掺镱光纤；1024、第三隔离器；103、二级放大单元；1031、第四泵浦源；1032、第四波分复用器；1033、第四掺镱光纤；1034、第四隔离器；104、光子晶体放大单元；1041、第五泵浦源；1042、第一准直透镜；1043、二向色镜；1044、聚焦透镜；1045、光子晶体；1046、第二准直透镜；
32.20、脉冲展宽单元；201、第二大啁啾光纤光栅；202、环形器；
33.30、脉冲压缩单元；301、光栅对；302、第一反射镜；
34.40、第二反射镜；100、飞秒激光种子源装置。
35.本技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
36.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
37.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
38.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
39.应当理解，在本技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
40.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
41.本技术实施例提供一种飞秒激光种子源装置及紫外飞秒激光器，用于解决色散增加的技术问题。
42.在本技术实施例中，如图1所示，该飞秒激光种子源装置100包括第一泵浦源1、第一波分复用器2、第一掺镱光纤3、单模保偏光纤4、非互易相移器5、第一大啁啾光纤光栅6和第一隔离器7；第一泵浦源1、第一波分复用器2、第一掺镱光纤3、非互易相移器5和第一大啁啾光纤光栅6依次连接；单模保偏光纤4的两端分别与第一波分复用器2和非互易相移器5连接；第一隔离器7与非互易相移器5连接。其中，第一大啁啾光纤光栅6用于补偿色散，第一大
啁啾光纤光栅6补偿色散后的光束干涉后从第一隔离器7射出。
43.本技术实施例的第一泵浦源1、第一波分复用器2、第一掺镱光纤3、非互易相移器5和第一大啁啾光纤光栅6依次连接，并且单模保偏光纤4的两端分别与第一波分复用器2和非互易相移器5连接，以用于产生激光，并且该空间布局可以使得输出的激光更稳定；非互易相移器5用于产生附加相移，第一大啁啾光纤光栅6用于补偿色散，以对脉宽进行压缩，使得经过第一大啁啾光纤光栅6进行色散补偿后的激光在第二偏振分光棱镜55发生干涉后，从第一隔离器7位置处射出；由于通过第一大啁啾光纤光栅6对脉宽进行了色散补偿，使得从第一隔离器7发射的激光脉宽达到飞秒级。
44.可以理解地，本实施例中的飞秒激光种子源装置100可以直接用作激光器，也可以增加其他装置，以改变激光的功率等参数后，再用作激光器。
45.在一实施例中，如图1所示，非互易相移器5包括沿光路依次设置的第一偏振分光棱镜51、第一法拉第旋光镜52、λ/4波片53、第二法拉第旋光镜54和第二偏振分光棱镜55，第一偏振分光棱镜51与第一掺镱光纤3和单模保偏光纤4连接，第二偏振分光棱镜55与第一大啁啾光纤光栅6连接，第一隔离器7与第二偏振分光棱镜55连接。在激光到达第二偏振分光棱镜55时，能够产生附加相移，可以缩短光纤的长度，进而缩短脉宽。到达第二偏振分光棱镜55的激光一部分会进入第一隔离器7进行输出，另一部分会进入第一大啁啾光纤光栅6进行色散补偿，在第二偏振分光棱镜55内发生干涉后，从第一隔离器7输出。
46.在一实施例中，如图1所示，飞秒激光种子源装置100还包括泵浦保护器8，泵浦保护器8连接于第一泵浦源1和第一波分复用器2之间，以通过泵浦保护器8保护第一泵浦源1。
47.此外，如图1所示，本技术实施例还提供一种紫外飞秒激光器，该紫外飞秒激光器包括倍频装置9和上述任一实施例述及的飞秒激光种子源装置100；倍频装置9与第一隔离器7连接，倍频装置9用于输出紫外飞秒激光。
48.本技术实施例提供的紫外飞秒激光器，该紫外飞秒激光器包括倍频装置9和飞秒激光种子源装置100，该飞秒激光种子源装置100的具体结构参照上述实施例，由于该紫外飞秒激光器采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。其中，从第一隔离器7输出的激光经过倍频装置9转换，可以使得倍频装置9输出紫外飞秒激光。
49.在一实施例中，如图1所示，紫外飞秒激光器还包括功率放大装置10，功率放大装置10连接于第一隔离器7与倍频装置9之间。功率放大装置10用于功率放大，以便可以在倍频装置9输出高功率的紫外飞秒激光。
50.在一实施例中，功率放大装置10为多级放大装置。经过多级放大，可以使得激光功率逐级增大，避免信号光功率太低，导致功率放大装置10产生过多的自发辐射光，进而导致功率放大装置10损坏。
51.在一实施例中，如图1所示，功率放大装置10包括依次连接的预放大单元101、一级放大单元102、二级放大单元103和光子晶体放大单元104，预放大单元101与第一隔离器7连接，光子晶体放大单元104与倍频装置9连接。通过预放大单元101、一级放大单元102、二级放大单元103和光子晶体放大单元104，可以逐级放大激光的功率。在激光的功率被放大到预设功率后，经过倍频装置9转换为紫外飞秒激光进行输出。
52.在一实施例中，如图1所示，预放大单元101包括依次连接的第二泵浦源1011、第二
波分复用器1012、第二掺镱光纤1013和第二隔离器1014，第二波分复用器1012与第一隔离器7连接，第二隔离器1014与一级放大单元102连接。
53.在一实施例中，如图1所示，一级放大单元102包括依次连接的第三泵浦源1021、第三波分复用器1022、第三掺镱光纤1023和第三隔离器1024，第三波分复用器1022与预放大单元101连接，第三隔离器1024与二级放大单元103连接。
54.在一实施例中，如图1所示，二级放大单元103包括依次连接的第四泵浦源1031、第四波分复用器1032、第四掺镱光纤1033和第四隔离器1034，第四波分复用器1032与一级放大单元102连接，第四隔离器1034与倍频装置9连接。
55.可以理解地，第二隔离器1014与第三波分复用器1022连接，第三隔离器1024与第四波分复用器1032连接，第四隔离器1034与二向色镜1043连接。
56.在一实施例中，如图1所示，预放大单元101还包括声光调声器1015，声光调声器1015连接于第二隔离器1014与一级放大单元102之间。声光调声器1015用于调制激光功率和脉冲个数。
57.在一实施例中，如图1所示，光子晶体放大单元104包括依次连接的第五泵浦源1041、第一准直透镜1042、二向色镜1043、聚焦透镜1044、光子晶体1045和第二准直透镜1046，二向色镜1043与二级放大单元103连接，第二准直透镜1046与倍频装置9连接。
58.在一实施例中，如图1所示，紫外飞秒激光器还包括脉冲展宽单元20和脉冲压缩单元30，脉冲展宽单元20连接于第一隔离器7与功率放大装置10之间；脉冲压缩单元30连接于功率放大装置10与倍频装置9之间。先将脉宽展宽后再进行功率放大，可以降低峰值功率，从而降低非线性效应，避免损坏功率放大装置10。在功率放大之后，再对脉宽进行压缩，可以输出高功率的飞秒激光。然后再通过倍频装置9进行转换，可以得到高功率的紫外飞秒激光。
59.在一实施例中，如图1所示，脉冲展宽单元20包括第二大啁啾光纤光栅201和环形器202，第二大啁啾光纤光栅201、第一隔离器7和功率放大装置10均与环形器202连接。第二大啁啾光纤光栅201用于脉冲展宽。
60.具体地，第二波分复用器1012与环形器202连接。
61.在一实施例中，如图1所示，脉冲压缩单元30包括沿光路依次设置的光栅对301和第一反射镜302。从功率放大装置10输出的激光从光栅对301进入到第一反射镜302，并经第一反射镜302反射后经过该光栅对301，再从光栅对301输出到倍频装置9。
62.在一实施例中，如图1所示，紫外飞秒激光器还包括第二反射镜40，第二反射镜40设置于脉冲压缩单元30和倍频装置9之间的光路上，第二反射镜40用于将脉冲压缩单元30输出的激光反射到倍频装置9进行输出。
63.以上所述仅为本技术的优选实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是在本技术的发明构思下，利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本技术的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种飞秒激光种子源装置，其特征在于，所述飞秒激光种子源装置包括第一泵浦源、第一波分复用器、第一掺镱光纤、单模保偏光纤、非互易相移器、第一大啁啾光纤光栅和第一隔离器；所述第一泵浦源、所述第一波分复用器、所述第一掺镱光纤、所述非互易相移器和所述第一大啁啾光纤光栅依次连接；所述单模保偏光纤的两端分别与所述第一波分复用器和所述非互易相移器连接；所述第一隔离器与所述非互易相移器连接；其中，所述第一大啁啾光纤光栅用于补偿色散，所述第一大啁啾光纤光栅补偿色散后的光束干涉后从所述第一隔离器射出。2.如权利要求1所述的飞秒激光种子源装置，其特征在于，所述非互易相移器包括沿光路依次设置的第一偏振分光棱镜、第一法拉第旋光镜、λ/4波片、第二法拉第旋光镜和第二偏振分光棱镜，所述第一偏振分光棱镜与所述第一掺镱光纤和所述单模保偏光纤连接，所述第二偏振分光棱镜与所述第一大啁啾光纤光栅连接，所述第一隔离器与所述第二偏振分光棱镜连接。3.如权利要求2所述的飞秒激光种子源装置，其特征在于，所述飞秒激光种子源装置还包括：泵浦保护器，所述泵浦保护器连接于所述第一泵浦源和所述第一波分复用器之间。4.一种紫外飞秒激光器，其特征在于，所述紫外飞秒激光器包括：如权利要求1至3任意一项所述的飞秒激光种子源装置；倍频装置，所述倍频装置与所述第一隔离器连接，所述倍频装置用于输出紫外飞秒激光。5.如权利要求4所述的紫外飞秒激光器，其特征在于，所述紫外飞秒激光器还包括：功率放大装置，所述功率放大装置连接于所述第一隔离器与所述倍频装置之间。6.如权利要求5所述的紫外飞秒激光器，其特征在于，所述功率放大装置为多级放大装置。7.如权利要求5所述的紫外飞秒激光器，其特征在于，所述功率放大装置包括依次连接的预放大单元、一级放大单元、二级放大单元和光子晶体放大单元，所述预放大单元与所述第一隔离器连接，所述光子晶体放大单元与所述倍频装置连接。8.如权利要求7所述的紫外飞秒激光器，其特征在于，所述预放大单元包括依次连接的第二泵浦源、第二波分复用器、第二掺镱光纤和第二隔离器，所述第二波分复用器与所述第一隔离器连接，所述第二隔离器与所述一级放大单元连接；所述一级放大单元包括依次连接的第三泵浦源、第三波分复用器、第三掺镱光纤和第三隔离器，所述第三波分复用器与所述预放大单元连接，所述第三隔离器与所述二级放大单元连接；所述二级放大单元包括依次连接的第四泵浦源、第四波分复用器、第四掺镱光纤和第四隔离器，所述第四波分复用器与所述一级放大单元连接，所述第四隔离器与所述倍频装置连接。9.如权利要求8所述的紫外飞秒激光器，其特征在于，所述预放大单元还包括声光调声器，所述声光调声器连接于所述第二隔离器与所述一级放大单元之间。10.如权利要求7所述的紫外飞秒激光器，其特征在于，所述光子晶体放大单元包括依
次连接的第五泵浦源、第一准直透镜、二向色镜、聚焦透镜、光子晶体和第二准直透镜，所述二向色镜与所述二级放大单元连接，所述第二准直透镜与所述倍频装置连接。11.如权利要求5至10任意一项所述的紫外飞秒激光器，其特征在于，所述紫外飞秒激光器还包括：脉冲展宽单元，所述脉冲展宽单元连接于所述第一隔离器与所述功率放大装置之间；脉冲压缩单元，所述脉冲压缩单元连接于所述功率放大装置与所述倍频装置之间。

技术总结
本申请适用于激光器技术领域，提供一种飞秒激光种子源装置及紫外飞秒激光器，该飞秒激光种子源装置包括第一泵浦源、第一波分复用器、第一掺镱光纤、单模保偏光纤、非互易相移器、第一大啁啾光纤光栅和第一隔离器；第一泵浦源、第一波分复用器、第一掺镱光纤、非互易相移器和第一大啁啾光纤光栅依次连接；单模保偏光纤的两端分别与第一波分复用器和非互易相移器连接；第一隔离器与非互易相移器连接。本申请实施例通过第一大啁啾光纤光栅对腔内色散进行补偿，使得从第一隔离器发射的激光脉宽达到飞秒级。达到飞秒级。达到飞秒级。


技术研发人员：赵显锋 金艳丽 李育俊 高云峰
受保护的技术使用者：大族激光科技产业集团股份有限公司
技术研发日：2023.03.17
技术公布日：2023/8/17