高出力パルスファイバーレーザー用音響光学変調器

概要：
本発明は、入力ピグテール、コリメートレンズ、音響光学デバイス、集束レンズ、および出力ピグテールを含む、高出力パルスファイバレーザー用の音響光学変調器に関する。入力ピグテールは水平面に対して3.7°に配置され、出力テールはファイバーと水平面が0°または3.7°に配置され、入力ピグテールとコリメートレンズが一緒に取り付けられて入力ファイバーコリメータを形成し、出力ピグテールと集束レンズを一緒に取り付けて出力ファイバーコリメータを形成し、次に入力、出力ファイバーコリメータと音響光学デバイスを全体として組み立てます。音響光学デバイスと出力ファイバコリメータの間に狭帯域フィルタを配置でき、入力ファイバコリメータと出力ファイバコリメータを1つのファイバコリメータに組み合わせて、狭帯域高反射器を追加できます。本発明は、レーザーシステムの機械的安定性を効果的に改善し、ドープされたファイバーの非線形効果を効果的に抑制し、異なるコンポーネントをコーティングすることによって高出力、狭スペクトルパルスレーザー出力を実現する。

 

1.入力ピグテール（101）、コリメートレンズ（102）、音響光学デバイス（103）、集束レンズ（104）、出力ピグテール（105）を含む、高出力パルスファイバーレーザー用の音響光学変調器。入力ピグテール（１０１）および出力ピグテール（１０５）は、ファイバエンドキャップと融合され、それぞれが斜めの８°平面に研磨され、広帯域ＡＲコーティングが、入力ピグテール（１０１）の斜めの８°平面にめっきされる。入力ピグテール（１０１）は水平面に対して３．７°に配置され、入力ピグテール（１０１）およびコリメートレンズ（１０２）は一緒に設置されて、入力ファイバコリメータ、出力ピグテール（１０５）および集束レンズ（１０）を形成する。 104）一緒に取り付けて出力ファイバコリメータを形成し、次に入力ファイバコリメータ、出力ファイバコリメータ、および音響光学デバイス（103）を全体（100）に組み立てます。これは、出力ピグテール（105）と水平平面それを0°に置き、ouの斜めの8°平面に狭帯域反射防止コーティングをメッキしますtputピグテール（105）。

2.高出力パルスファイバーレーザーに使用される音響光学変調器は、音響光学デバイス（103）と出力ピグテール（105）および集束レンズ（104）で構成される出力ファイバーコリメーターが間に配置されることを特徴とします。狭帯域フィルター（１０６）、および出力ピグテール（１０５）は水平面に対して３．７°に配置され、出力ピグテール（１０５）は、斜め８°平面上に広帯域反射防止コーティングでメッキされ、音響光学デバイス（１０３）と狭帯域フィルタ（１０６）が一緒に設置され、狭帯域フィルタ（１０６）と音響光学デバイス（１０３）の一次回折方向が対応する角度に配置され、狭帯域フィルタが（106）は、設定された波長に対して最大の透過率を持ち、他の波長の光を音響光学デバイス（103）に反射して入力ファイバコリメータに戻し、入力ファイバコリメータ、出力ファイバコリメータ、音響を組み立てることはできません。光学デバイス（103）と狭帯域フィルター（106）全体として（100）。

3.高出力パルスファイバーレーザー用の音響光学変調器は、入力ピグテールと出力ピグテールが組み合わされてピグテール（301）になり、集束レンズ（104）が取り外され、狭帯域高リフレクター（107）を追加し、ピグテール（301）と水平面を3.7°に配置し、ピグテール（301）の端をファイバーエンドキャップと融合させて8°のベベルに研磨し、ベベルをコーティングします。広帯域反射防止コーティングを施し、コリメートレンズ（102）と一緒に取り付けてファイバーコリメータを形成し、音響光学デバイス（103）と狭帯域高反射ミラー（107）を一緒に取り付け、狭帯域高反射ミラー（１０７）は、音響光学装置（１０３）を通過する一次回折光の方向に垂直であり、次に、２つの部品を全体（１００）に組み立てる。

背景技術

Qスイッチダブルクラッドファイバーレーザーは、リモートセンシング、測距、医療、軍事、産業処理、非線形などの多くの分野で、低価格、コンパクトな構造、高効率、狭い線幅、調整可能な波長などの多くの利点があります。光学アプリケーションなど。広く使用されています。
現在、ダブルクラッドファイバを介して高出力パルスを取得するために一般的に使用されている方法は、メインオシレータが「シード」パルスを提供し、それをダブルクラッドファイバ増幅（M0PA）に注入して取得することです。シード発振器（M0）は、モードロックレーザーまたは従来のQスイッチ固体レーザーを使用することがよくあります[先行技術：CLE02002、CThX3、591を参照]。より簡単な方法は、Qスイッチデバイスをダブルクラッドファイバーレーザーキャビティに直接挿入して、高ピークパワーと高エネルギーレーザーを取得することです。パルス[先行技術：CLE02003,626を参照]。上記の2つの方法で高出力のパルスレーザー出力を得ることができますが、レーザーのフルファイバーレーザーを実現することは容易ではありません。
ファイバーレーザーの完全なファイバー化を実現するための１つの方法は、変調半導体レーザーをＭ０ＰＡ構造、すなわち多段ファイバー増幅構造のＭ０として使用することである［先行技術：Ｏｐｔ。 Lett。、30（24）、2005、P3299]。この方法の欠点は、シードソースの出力電力が小さく、必要な電力を達成するために多段増幅が必要であり、増幅の各段階の前に光アイソレータが必要であるため、ファイバに非線形効果が発生しやすいことです。 、出力電力を制限します。さらに増加し​​、コストが高くなります。別の方法は、ピグテール付きQスイッチデバイスをダブルクラッドファイバーレーザーキャビティに挿入することです。この方法はまた、レーザーの完全な繊維化を実現し、レーザーをよりコンパクトにしますが、高出力での持ち運びが容易です。キャビティ内の自励発振の新しい問題も、レーザー出力のさらなる増加を制限します。

本発明の目的は、従来技術における上記の問題を克服し、高出力パルスファイバレーザー用の音響光学変調器を提供することである。本発明の音響光学変調器は、ピグテール入力および出力を有し、これは、全光ファイバを容易に実現することができる。ピグテールの端面の対応する処理は、ドープされたファイバの自励発振を抑制し、高出力のパルスレーザー出力を実現し、さまざまなコンポーネントをコーティングすることで狭スペクトルレーザー出力を実現します。
本発明の高出力パルスファイバレーザー用の音響光学変調器の構造を図１、図２および図３に示す。
入力ピグテール１０１、コリメートレンズ１０２、音響光学デバイス１０３、集束レンズ１０４および出力ピグテール１０５を含む、高出力パルス光用の音響光学変調器。入力ピグテール１０１は、水平面に対して３．７°に配置され、出力ピグテール１０５は水平面に対して０°に配置され、入力ピグテール１０１とコリメートレンズ１０２は一緒に取り付けられて入力ファイバコリメータを形成し、出力ピグテール１０５と集束レンズ１０４は一緒に取り付けられて出力ファイバコリメータを形成する。次に、入力ファイバコリメータ、出力ファイバコリメータ、および音響光学デバイス１０３が全体として組み立てられる１００。入力ピグテール１０１および出力ピグテール１０５は、ファイバエンドキャップと融合され、それぞれが斜めの８°に接地される。図１に示すように、広帯域反射防止フィルムは、入力ピグテール１０１の斜め８°平面にメッキされ、狭帯域透過フィルムは、出力ピグテール１０５の斜め８°平面にメッキされる。

本発明の別の構造の音響光学変調器を図２に示す。入力ピグテール１０１は、水平面に対して３．７°に配置されている。入力ピグテール１０１とコリメートレンズ１０２は一緒に取り付けられて、入力ファイバコリメータを形成する。ファイバ１０１の端部は、ファイバエンドキャップと融合され、それぞれが斜めの８°平面に研磨され、広帯域反射防止コーティングが斜めの８°平面にめっきされる。音響光学デバイス１０３、出力ピグテール１０５、および集束レンズ１０４によって形成される出力ファイバは、コリメートされる。狭帯域フィルタ１０６がデバイス間に配置され、出力ピグテール１０５は、水平面から３．７°に配置される。広帯域反射防止コーティングは、出力ピグテール１０５の斜めの８°平面上にめっきされる。音響光学デバイス１０３および狭帯域フィルタ１０６は、一緒に設置される。 、および狭帯域フィルタ１０６および音響光学デバイス１０３の一次回折方向は、対応する角度に配置され、狭帯域フィルタ１０６は、設定された波長に対して最大の透過率を有し、他を反射することができない。光の波長が音響光学デバイスに戻るデバイス１０３は、入力ファイバコリメータに入り、次に、入力ファイバコリメータ、出力ファイバコリメータ、および音響光学デバイス１０３および狭帯域フィルタ１０６が全体として組み立てられる１００。

本発明の音響光学変調器の別の構造を図３に示す。入力ピグテールと出力ピグテールを組み合わせてピグテール３０２にし、集束レンズ１０４を取り外し、狭帯域高反射器１０７を追加する。 ピグテール３０２は水平面に接続されている。 それを３．７°に置き、それをコリメートレンズ１０２と共に取り付けて、ファイバーコリメータを形成する。 ピグテール３０２の端部は、ファイバエンドキャップと融合され、８°ベベルに研磨され、ベベルは、広帯域反射防止コーティング、音響光学デバイス１０３でメッキされ、狭帯域高反射ミラー１０７が一緒に取り付けられる。 、および狭帯域高反射ミラー１０７は、音響光学デバイス１０３を通る一次回折光に垂直であり、次いで、２つの部品が全体１００に組み立てられる。

本発明の３つの音響光学変調器は、内部調整がなく、システム全体の機械的安定性を大幅に改善する。
1064±0.5nmの反射防止コーティングは、出力ピグテール105の8度の傾斜面にメッキされています。Ybドープファイバーレーザーの場合のみ、対応する波長の反射防止コーティングは、の動作波長に応じて選択できます。ドープされたファイバー。反射防止コーティングは、1064 + 0.5nmレーザーに対して高い透明性を備えているため、この波長のレーザーがキャビティ内で振動出力を形成し、他の波長の光は斜めに大きな反射損失を持ち、それによっての幅が狭くなります。レーザー出力スペクトル。
狭帯域フィルタ１０６は、音響光学変調器１０３に対してある角度で配置され、表面は狭帯域透過フィルムでコーティングされている。対応する波長の狭帯域透過膜は、ゲインファイバの動作波長に応じて選択できます。たとえば、Ybドープファイバーレーザーは1064±でコーティングされています。0.5nmの狭帯域透過フィルムは、設定された波長のレーザーがキャビティ内で振動出力を形成し、他の波長の光に斜めに面していることを保証します。反射損失が大きいため、レーザー出力スペクトルの幅が狭くなります。

狭帯域高反射ミラー１０７の表面は、狭帯域高反射フィルムでコーティングされている。ゲインファイバの動作波長に応じて、対応する波長の狭帯域高反射膜を選択できます。たとえば、Ybドープファイバーレーザーの場合、1064 + 0.5nmの狭帯域高反射フィルムがコーティングされ、音響光学デバイスの1次回折方向に垂直に配置されて、セットのレーザーが確実になります。波長はキャビティ内で振動出力を形成し、他の波長の光は大きな透過損失を持ち、それによってレーザー出力スペクトルの幅が狭くなります。

本発明は、ピグテール入力および出力を備えた音響光学変調器であり、実現が容易な全ファイバファイバレーザーであり、レーザーシステムの機械的安定性を効果的に改善し、ドープされたファイバの非線形効果を効果的に抑制し、さまざまなコンポーネント高出力、狭スペクトルのパルスレーザー出力を実現するためにフィルムをコーティングする方法。

特定の実装
図4に示すように、ピグテール付き915nm励起半導体レーザー401は全反射ファイバーグレーティング402に融合され、全反射ファイバーグレーティングはゲインファイバー403に融合され、ゲインファイバーは入力ピグテール404に融合され、入力はピグテールはファイバ端に融着されています。キャップは8°の傾斜面に研磨され、次に広帯域反射防止コーティングがメッキされ、水平から3.7°に配置されます。利得ファイバによって生成されたレーザーは、入力ピグテール４０４およびコリメートレンズ４０５を通過して、音響光学系にコリメートされたビームを形成する。デバイス４０６は、ブラッグ回折を生成し、回折された一次光は、ピグテール４０８を介して結合される。集束レンズ４０７。出力ピグテール４０８は、ファイバエンドキャップと融合され、８°ベベルに研磨され、狭帯域反射防止コーティングでコーティングされ、水平面から０°に配置される。このようにして、一次回折光に設定された狭帯域波長のみが出力ピグテール４０８に入ることができ、他の波長を反射し、反射された他の波長は音響光学デバイスを介して出力ピグテールに入ることができず、出力ピグテール４０８および反射ファイバグレーティング４０９の一部が接合されている。このようにして、ファイバグレーティング４０２および４０９は、共振空洞を形成する。出力ピグテール４０８および斜め８°表面は、狭帯域反射防止コーティングでコーティングされているため、他の波長の励起が抑制され、このように形成されたパルスファイバレーザーは、狭い線幅出力を有する。非線形波長は現れません。この構造を使用して、周波数20kHz、パルス幅40ns、ピーク電力2.5kWで平均出力2Wを取得します。図５は、本発明を用いた音響光学変調器の出力スペクトルを示し、通常の音響光学変調器によって生成された同じ電力レベルのスペクトルと比較すると、スペクトルが広く、ラマン波長を有することが明らかである。 。

図４：本発明の特定の実施形態の概略図。

図５：本発明の音響光学変調器の出力スペクトルを使用するかどうかを示し、スペクトルを一般的な音響光学変調器によって生成された同じ電力レベルと比較するグラフ。