光纤激光器和激光设备的制作方法
1.本发明涉及光纤激光技术领域，尤其涉及一种光纤激光器和激光设备。
背景技术：
2.多光子成像技术由于具有低侵入性、强穿透力、高空间分辨率等优点，自问世以来便成为生物医学研究的有力工具，在癌症病理、神经疾病及脑功能成像等方面取得了一系列较好的研究成果。尤其是1100nm中心波长的光源在多光子成像应用较多。目前现有技术中实现超短脉冲光谱覆盖到1100nm的方法主要包括以下几种：
3.(1)自相位调制效应扩谱方法：首先通过线性啁啾脉冲放大技术产生百fs(飞秒)量级的高功率脉冲激光，然后将该高功率脉冲激光耦合进一段非线性单模光纤，利用脉冲激光在光纤内的高峰值功率密度实现自相位调制效应扩谱。通过控制耦合进光纤的脉冲激光的功率，可以改变输出脉冲的光谱宽度，使的输出脉冲的长波长覆盖1100nm。
4.(2)增益管理非线性放大技术：通过对近傅里叶变换极限宽度的nj(纳焦)级脉冲直接放大，脉冲会在放大过程中受到正散与自相位调制效应的作用，演化成放大自相似子；随着脉冲在增益光纤中继续传输与放大，受到增益整形作用的影响，自相似子的特性会受到破坏，脉冲宽度与光谱宽度持续展宽，脉冲能量持续提升，同时放大后脉冲的光谱相位在增益整形效应的影响下较为平坦，因此放大后的脉冲经过光栅对压缩可以实现亚50fs近傅里叶变换极限的脉冲宽度，光谱范围可以覆盖1000-1180nm。
5.现有的自相位调制效应扩谱方法和增益管理非线性放大技术输入的脉冲均是中心波长在1030nm附近的fs级脉冲，经过自相位调制效应扩谱方法和增益管理非线性放大技术展宽后的光谱只有长波部分覆盖1100nm，而光谱中1030nm及更短波长也占有较大比例，为了实现良好的成像，现有技术中需要将1100nm长波部分进行滤波筛选出来，而滤波后的1100nm光谱分量对应的脉冲能量会大大降低，降低了整个系统的转换效率。
技术实现要素：
6.本发明提供一种光纤激光器和激光设备，用以解决现有技术中得到的激光脉冲信号中1100nm光谱分量对应的脉冲能量较低的技术问题。
7.本发明提供一种光纤激光器，其包括：光纤锁模振荡器、信号放大模块和预啁啾处理模块；
8.所述光纤锁模振荡器用于产生种子激光信号；所述信号放大模块用于对所述种子激光信号进行脉冲放大处理，得到第一激光信号；所述预啁啾处理模块用于对所述第一激光信号进行预负啁啾处理，得到预负啁啾脉冲信号；所述信号放大模块还用于对所述预负啁啾脉冲信号进行脉冲放大处理，得到目标激光信号。
9.根据本发明提供的一种光纤激光器，其还包括光栅压缩器；
10.所述光栅压缩器用于对所述目标激光信号的时域宽度进行压缩处理，得到飞秒级的目标激光信号。
11.根据本发明提供的一种光纤激光器，所述信号放大模块包括光环形器、多模泵浦源、光纤合束器和增益光纤；
12.所述光环形器用于接收所述种子激光信号并通过第一端口将所述种子激光信号发送给所述光纤合束器；
13.所述多模泵浦源用于产生泵浦光信号，并将所述泵浦光信号输入到所述光纤合束器中；
14.所述光纤合束器用于对所述种子激光信号和泵浦光信号进行耦合处理，并将耦合处理后的种子激光信号和泵浦光信号输入到所述增益光纤中；所述增益光纤用于吸收所述泵浦光信号以对所述种子激光信号进行脉冲功率放大，得到所述第一激光信号。
15.根据本发明提供的一种光纤激光器，所述信号放大模块还包括第一光纤准直器；
16.所述第一光纤准直器设置在所述光纤锁模振荡器与光环形器之间的光路上，用于对所述光纤锁模振荡器产生的种子激光信号进行准直、聚焦处理，以使得所述种子激光信号进入所述光环形器。
17.根据本发明提供的一种光纤激光器，所述光谱展宽模块预啁啾处理模块包括第一光栅对；
18.所述第一光栅对用于对所述第一激光信号进行预负啁啾处理，得到所述预负啁啾脉冲信号。
19.根据本发明提供的一种光纤激光器，还包括第一反射镜，所述第一反射镜用于对所述预负啁啾脉冲信号进行反射，使得所述预负啁啾脉冲信号经过所述第一光栅对后进入所述增益光纤。
20.根据本发明提供的一种光纤激光器，还包括第二光纤准直器；所述第二光纤准直器设置在所述增益光纤与第一光栅对之间的光路上，用于对所述增益光纤与第一光栅对之间传输的信号进行准直、聚焦处理。
21.根据本发明提供的一种光纤激光器，还包括第一半波片；
22.所述第一半波片设置在所述第二光纤准直器和第一光栅对之间的光路上，用于对所述第二光纤准直器输出的光信号进行角度旋转。
23.根据本发明提供的一种光纤激光器，所述信号放大模块还用于对所述预负啁啾脉冲信号进行脉冲放大处理，得到所述目标激光信号包括：
24.所述增益光纤还用于吸收所述泵浦光信号对预负啁啾脉冲信号进行脉冲功率放大，得到所述目标激光信号；
25.所述光环形器还包括第二端口，用于输出所述目标激光信号。
26.根据本发明提供的一种光纤激光器，所述光栅压缩器包括第二光栅对和屋脊棱镜；
27.所述第二光栅对用于对输入的所述目标激光信号进行负啁啾处理，得到第一光信号；所述屋脊棱镜用于对所述第一光信号进行反射使得所述第一光信号进入第二光栅对，所述第二光栅对还用于对所述第一光信号进行负啁啾处理，得到所述飞秒级的目标激光信号。
28.根据本发明提供的一种光纤激光器，所述光栅压缩器还包括第三光纤准直器；
29.所述第三光纤准直器用于对从所述光环形器的第二端口输出的目标激光信号进
行准直处理后输入所述第二光栅对。
30.根据本发明提供的一种光纤激光器，所述光栅压缩器还包括第二半波片；
31.所述第二半波片设置在所述第三光纤准直器和第二光栅对之间的光路上，用于对所述第三光纤准直器输出的目标激光信号进行角度旋转。
32.根据本发明提供的一种光纤激光器，所述光栅压缩器还包括d形光学反射镜；
33.所述d形光学反射镜设置在所述第二半波片和第二光栅对之间的光路上，所述d形光学反射镜用于对所述第二半波片输出的目标激光信号进行折射，使得所述目标激光信号进入所述第二光栅对；
34.所述d形光学反射镜还用于对所述第二光栅对出射的所述飞秒级的目标激光信号进行反射，使得所述飞秒级的目标激光信号沿着与所述第二半波片输出的目标激光信号不同的光路出射。
35.根据本发明提供的一种光纤激光器，所述光纤锁模振荡器包括空间光路结构，用于生成中心波长为1095nm、半高宽为13.5nm的种子激光信号。
36.本发明还提供一种激光设备，其包括如上所述的光纤激光器。
37.本发明提供的光纤激光器，其包括光纤锁模振荡器、信号放大模块和预啁啾处理模块。通过信号放大模块对光纤锁模振荡器产生的种子激光信号进行两次放大处理，使得输出的目标激光信号具有较高的脉冲能量，同时在一次放大后，通过预啁啾处理模块对第一次放大后的第一激光信号进行预负啁啾处理，使得在二次放大的过程中脉冲信号的光谱可以充分展宽，以得到脉冲能量较高且光谱宽度较宽的目标激光信号。
附图说明
38.为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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获得其他的附图。
39.图1是本发明提供的光纤激光器结构示意图之一；
40.图2是本发明提供的光纤激光器结构示意图之二；
41.图3是本发明提供的光纤激光器结构示意图之三；
42.图4是本发明提供的光纤锁模振荡器输出的种子激光信号的光谱示意图；
43.图5是本发明提供的光纤锁模振荡器输出的种子激光信号的脉冲序列示意图；
44.图6是本发明的激光器最终输出的飞秒级目标激光信号的光谱示意图；
45.图7是本发明的激光器最终输出的飞秒级目标激光信号的自相关曲线示意图。
46.附图标记：
47.1：光纤锁模振荡器；2：信号放大模块；3：预啁啾处理模块；4：光栅压缩器；21：第一光纤准直器；22：光环形器；23：多模泵浦源；24：光纤合束器；25：增益光纤；26：第二光纤准直器；28：第一光栅对；29：第一反射镜；41：第三光纤准直器；42：第二半波片；43：d形光学反射镜；44：第二光栅对；45：屋脊棱镜。
具体实施方式
48.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
49.本发明提供一种光纤激光器，其将双通道放大技术和预啁啾管理脉冲放大技术相结合，通过信号放大模块实现双通道放大技术，以对种子激光信号进行两次放大处理，使得输出的目标激光信号具有较高的脉冲能量，同时在二次信号放大过程中，通过预啁啾处理模块对第一次放大后的第一激光信号进行预负啁啾处理，即预啁啾处理模块通过控制脉冲时域相位，实现对光纤中的非线性相位累积过程进行控制，使得在二次放大的过程中脉冲信号的光谱可以充分展宽，以得到脉冲能量较高且光谱宽度较宽的目标激光信号。
50.进一步地，本发明的光纤激光器还包括光栅压缩器；光栅压缩器用于对目标激光信号的时域宽度进行压缩处理，即通过光栅压缩器对目标激光信号进行散补偿，得到近傅里叶变换极限的飞秒级脉冲宽度的目标激光信号。
51.下面结合图1-图2对本发明的光纤激光器结构进行说明。
52.实施例一：
53.如图1为本技术的光纤激光器结构示意图，本实施例的光纤激光器包括：光纤锁模振荡器1、信号放大模块2和预啁啾处理模块3。
54.其中，本技术的光纤锁模振荡器1用于产生种子激光信号；信号放大模块2用于对种子激光信号进行脉冲放大处理，得到第一激光信号；预啁啾处理模块3用于对第一激光信号进行预负啁啾处理，得到预负啁啾脉冲信号；信号放大模块2还用于对预负啁啾脉冲信号进行脉冲放大处理，得到目标激光信号。本实施例中，将双通道放大技术和预啁啾管理脉冲放大技术相结合，通过信号放大模块2实现双通道放大技术，以对种子激光信号进行两次放大处理，使得输出的目标激光信号具有较高的脉冲能量，同时在二次信号放大过程中，通过预啁啾处理模块3对第一次放大后的第一激光信号进行预负啁啾处理，即预啁啾处理模块3通过控制脉冲时域相位，实现对光纤中的非线性相位累积过程进行控制，使得在二次放大的过程中脉冲信号的光谱可以充分展宽，以得到脉冲能量较高且光谱宽度较宽的目标激光信号。
55.实施例二：
56.如图2为本实施例提供光纤激光器结构示意图，本实施例的光纤激光器包括：光纤锁模振荡器1、信号放大模块2、预啁啾处理模块3和光栅压缩器4。其中，本技术的光纤锁模振荡器1用于产生种子激光信号；信号放大模块2用于对种子激光信号进行脉冲放大处理，得到第一激光信号；预啁啾处理模块3用于对第一激光信号进行预负啁啾处理，得到预负啁啾脉冲信号；信号放大模块2还用于对预负啁啾脉冲信号进行脉冲放大处理，得到目标激光信号。本实施例中，将双通道放大技术和预啁啾管理脉冲放大技术相结合，通过信号放大模块2实现双通道放大技术，以对种子激光信号进行两次放大处理，使得输出的目标激光信号具有较高的脉冲能量，同时在二次信号放大过程中，通过预啁啾处理模块3对第一次放大后的第一激光信号进行预负啁啾处理，即预啁啾处理模块3通过控制脉冲时域相位，实现对光纤中的非线性相位累积过程进行控制，使得在二次放大的过程中脉冲信号的光谱可以充分
展宽，以得到脉冲能量较高且光谱宽度较宽的目标激光信号。光栅压缩器4用于对目标激光信号的时域宽度进行压缩处理，得到飞秒级的目标激光信号。
57.其中，本实施例的光纤锁模振荡器1包括空间光路结构，本实施例的光纤锁模振荡器1基于非线性环路放大反射镜锁模，通过调节腔内损耗，使得光纤锁模振荡器1生成中心波长在1095nm、半高宽为13.5nm的种子激光信号，便于后续光路中通过非线性放大手段对种子激光信号进行直接放大，而不需要额外的非线性移频手段，并且此波长满足多光子深度成像的波长要求。如图4和图5所示，例如本实施例中光纤锁模振荡器1输出的平均功率2.24mw、重复频率24.4mhz、中心波长1095nm的种子激光信号。
58.其中，本实施例中信号放大模块2对脉冲信号进行两次功率放大可以理解为采用双通道技术结合预啁啾技术实现脉冲信号功率放大，实现高增益，能够将光纤锁模激光器1输出的2.24mw光脉冲直接放大至压缩前658mw；通过预啁啾处理，实现信号光光谱的充分展宽，放大后的脉冲具有线性正啁啾，可以通过光栅压缩器进行散补偿，得到近傅里叶变换极限的58.7fs脉冲宽度。
59.具体的，请参照图3，本实施例的信号放大模块2包括光环形器22、多模泵浦源23、光纤合束器24和增益光纤25。其中，光环形器22用于接收种子激光信号并通过第一端口将种子激光信号发送给光纤合束器24；多模泵浦源23用于产生泵浦光信号，并将泵浦光信号输入到光纤合束器24中。光纤合束器24用于对种子激光信号和泵浦光信号进行耦合处理，并将耦合处理后的种子激光信号和泵浦光信号输入到增益光纤25中，换言之，光纤合束器24将种子激光信号和泵浦光信号一起耦合进增益光纤25中。增益光纤25用于吸收泵浦光信号以对种子激光信号进行脉冲功率放大，得到第一激光信号。即泵浦光由多模泵浦源23经过光纤合束器24传输至增益光纤25的包层中，增益光纤25吸收包层的泵浦光对种子激光信号进行脉冲功率放大。
60.在一种实施例中，信号放大模块2还包括第一光纤准直器21，第一光纤准直器21设置在光纤锁模振荡器1与光环形器22之间的光路上，第一光纤准直器21用于对光纤锁模振荡器1产生的种子激光信号进行准直、聚焦处理，以使得种子激光信号更好的进入光环形器22中，避免能量损失。
61.其中，本实施例中的预啁啾处理模块包括第一光栅对28；第一光栅对28用于对第一激光信号进行预负啁啾处理，得到预负啁啾脉冲信号。换言之，进行预负啁啾处理可以理解为控制二通放大的脉冲在光纤中的非线性演化过程，实现光谱充分展宽。可以理解的是，本实施例的预负啁啾处理目的是对第一次放大后的种子激光信号提供负散。
62.在一种实施例中，激光器还包括第一反射镜29，第一反射镜29设置在光栅对28的出射光路上，第一反射镜29用于对光栅对28出射的预负啁啾脉冲信号进行反射，使得预负啁啾脉冲信号反射后经过第一光栅对28进入增益光纤25中进行二次放大。
63.在一种实施例中，激光器还包括第二光纤准直器26；第二光纤准直器26设置在增益光纤25与第一光栅对28之间的光路上，第二光纤准直器26用于对增益光纤25与第一光栅对28之间传输的光信号进行准直、聚焦处理，使得光信号聚焦性更好，避免能量损失。
64.在一种实施例中，激光器还包括第一半波片3；第一半波片3设置在第二光纤准直器26和第一光栅对28之间的光路上，第一半波片3用于对第二光纤准直器26输出的光信号进行角度旋转，使得输出的光信号进入第一光栅对28中。
65.在本实施例中，对脉冲信号的两次放大均是在信号放大模块2中实现的，例如信号放大模块2对预负啁啾脉冲信号进行脉冲放大处理，得到目标激光信号具体包括：增益光纤25还用于吸收泵浦光信号对预负啁啾脉冲信号进行脉冲功率放大，得到目标激光信号。另外，本实施例的光环形器还包括第二端口，第二端口用于输出目标激光信号。
66.本实施例中的光栅压缩器4包括第二光栅对44和屋脊棱镜45；第二光栅对44用于对输入的目标激光信号进行负啁啾处理，得到第一光信号；屋脊棱镜45设置在第二光栅对44的出射光路上，第二光栅对44用于对第一光信号进行反射使得第一光信号再次进入第二光栅对44中，第二光栅对44还用于对第一光信号进行负啁啾处理，得到飞秒级的目标激光信号。
67.在一种实施例中，光栅压缩器4还包括第三光纤准直器41；第三光纤准直器41用于对从光环形器22的第二端口输出的目标激光信号进行准直和聚焦处理后输入第二光栅对44。
68.在一种实施例中，所述光栅压缩器4还包括第二半波片42；第二半波片42设置在第三光纤准直器41和第二光栅对44之间的光路上，第二半波片42用于对第三光纤准直器41输出的目标激光信号进行角度旋转或角度调节。
69.在一种实施例中，光栅压缩器4还包括d形光学反射镜43；d形光学反射镜43设置在第二半波片42和第二光栅对44之间的光路上，d形光学反射镜43用于对第二半波片输出的目标激光信号进行折射，使得目标激光信号进入第二光栅对44中；同时，d形光学反射镜43还用于对第二光栅对44出射的飞秒级的目标激光信号进行反射，使得飞秒级的目标激光信号沿着与第二半波片42输出的目标激光信号不同的光路出射。例如，使得最终得到的飞秒级的目标激光信号与第二半波片42输出的目标激光信号的光路垂直，从而输出飞秒级的目标激光信号。
70.结合上述分析以及图3可知，本实施例采用双通道的放大方式，使得激光器本技术包含的光学器件较少，硬件成本低且结构紧凑，同时具有高度稳定性。
71.本实施例的激光器采用采用单级、双通放大的全保偏结构。利用光环形器22和反射镜实现信号光脉冲的双通放大，利用第一光栅对28调节一通放大后信号的预啁啾，控制二通放大的脉冲在增益光纤25中的非线性演化过程，实现光谱充分展宽，放大后的光脉冲经过光栅压缩器4进行压缩，通过综合调节预啁啾过程中第一光栅对间距、光纤放大器中的泵浦功率以及第二光栅对44的间距，最终实现19.8nj，58.7fs脉冲输出，如图6为本发明的激光器最终输出的飞秒级目标激光信号的光谱示意图，如图7是本发明的激光器最终输出的飞秒级目标激光信号的自相关曲线示意图。
72.实施例三：
73.本实施例提供一种激光设备，其包括如上述实施例一或二提供的光纤激光器。
74.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
75.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管
参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
