一种可充电电池驱动的手持式脉冲光纤激光器的制作方法

1.本实用新型涉及一种手持式脉冲光纤激光器，特别是涉及一种可充电电池驱动的手持式脉冲光纤激光器，由可充电电池驱动，属于光纤激光器领域。


背景技术：

2.超短脉冲激光在现代工业应用和基础科学研究中发挥着越来越重要的作用，广泛应用于精密微加工、生命医学、航空航天、军事国防、材料科学、光谱特性探测以及非线性光学等。随着近年来工业领域向高端化、智能化方向发展速度不断加快，超短脉冲光纤激光器的技术日渐成熟，以其结构紧凑、高电光效率、优异的光束质量、高可靠性、维护成本低等优势，逐渐取代传统的固体激光器，成为目前激光技术领域最为热门的研究方向之一。
3.近年来，激光器市场上已有多家公司推出了成熟的超短脉冲光纤激光器系列产品，通常目前商用的超短脉冲光纤激光器均需要泵浦光源对激光工作物质进行激励，从低能级抽运到高能级，以实现粒子数反转；然后通过波分复用器进入谐振腔，谐振腔内采用可饱和吸收机制实现锁模产生超短脉冲，并利用光隔离器实现单向运转；最后通过光耦合器输出稳定的脉冲光。其中泵浦光源需要通过外接电源进行供电，容易受到电源供给或电缆长度的限制，另外诸多器件甚至空间器件的使用导致整个激光器系统尺寸较大、成本较高，容易受到外界环境扰动的影响，无法实现随身便携使用，极大地约束了超短脉冲光纤激光器的应用范围。因此，搭建一台输出稳定、小型紧凑的手持式超短脉冲光纤激光器，并实现低功耗抗振动便携化，具有重大的实用化意义。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术问题，本实用新型的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种可充电电池驱动的手持式脉冲光纤激光器，针对现有超短脉冲光纤激光器体积大、需外接电源供电、不易携带的缺陷，该激光器由可充电电池作为供电电源，使用全光纤结构实现小型集成化，旨在提高脉冲光纤激光器的灵活便携性。
5.为达到上述发明创造目的，本实用新型采用下述技术方案：
6.一种可充电电池驱动的手持式脉冲光纤激光器，包括泵浦光模块和振荡器模块，泵浦光模块内部包括一个可充电电池驱动一个半导体激光二极管，由一个泵浦驱动控制电路控制，并与外壳上的一个开关按钮和一个显示控制屏相连完成控制；所述振荡器模块由一个波分复用器、一个增益光纤、一个输出耦合器、一个可饱和吸收器件和一个偏振无关隔离器顺次相连形成谐振腔，并由一个泵浦光模块的半导体激光二极管提供泵浦能量，输出端连接至激光器外壳的光纤输出端口。
7.优选地，所述激光器外部设置充电接口、开关按钮和显示控制屏，可通过外部电源对电池充电，通过开关对其电源进行接通或切断，通过显示控制屏控制泵浦电流的大小。
8.优选地，所述激光器内部振荡器模块中均采用保偏光纤器件，通过光纤熔接相连，实现全保偏结构；将光纤紧凑缠绕并进行固定封装；所述振荡器模块中的可饱和吸收体，采
用具有可饱和吸收效应的锁模器件。
9.优选地，所述振荡器模块与泵浦光模块相连，激光二极管产生泵浦连续光连接至波分复用器的泵浦输入端口，将泵浦光耦合至振荡器内，而后波分复用器的公共端连接一段增益光纤以吸收泵浦光并进行放大，再与输出耦合器的输入端相连，将输出耦合器的其中一个输出端口作为激光器的输出信号端，另一输出端口插入可饱和吸收体后与偏振无关隔离器输入端相连，而后偏振无关隔离器的输出端连接至波分复用器的信号输入端构成全光纤环形谐振腔。
10.优选地，所述振荡器模块中采用的增益光纤和其他单模光纤的长度可视情况调整，可使用色散补偿光纤对腔内色散进行管理，以实现不同脉冲整形机制的锁模脉冲输出。
11.优选地，所述激光器外壳设有充电接口，可通过充电接口为电池充电。
12.优选地，所述激光器外壳设有开关键和显示控制模块，可通过开关键接通或切断激光器电源，控制键调节泵浦电流大小并由显示屏显示。
13.优选地，所述增益光纤为稀土离子掺杂的石英玻璃光纤，泵浦激光二极管的工作波段与增益光纤的吸收波长相对应，振荡器内其他光纤器件的工作波段与增益光纤的工作波段相对应。
14.优选地，所述可饱和吸收体为单壁碳纳米管薄膜，也可为半导体可饱和吸收镜、石墨烯、黑磷、拓扑绝缘材料等其他具有可饱和吸收效应的锁模器件。
15.优选地，所述增益光纤和其他单模光纤的色散和长度可视情况调整，可使用色散补偿光纤对腔内色散进行管理，以实现不同脉冲整形机制的锁模脉冲。
16.本实用新型与现有技术相比较，具有如下实质性特点和优点：
17.1.现有的超短脉冲光纤激光器一般采用外接电源供电，不同激光器产品对其供电电压、供电电缆、供电接口要求各有不同，本实用新型提出一种由内置电池驱动的手持式脉冲光纤激光器，同时配备充电器可为其充电，不受电源、电缆、接口类型限制，大大提高了脉冲光纤激光器的灵活性；
18.2.现有的超短脉冲光纤激光器一般需使用自由空间器件，整体激光器系统体积较大、且需多重复杂的机械固定，本实用新型所述光纤激光器振荡器仅由保偏光纤器件组成，实现全保偏全光纤化，并进行紧凑固定封装，输出稳定、结构紧凑、体积小巧，大大提高了脉冲光纤激光器的便携性和稳定性；
19.3.本实用新型装置结构简单，使用方便，维护简单。
附图说明
20.图1为本发明的可充电电池驱动的手持式脉冲光纤激光器的结构示意图。
21.图2为本发明实施例中泵浦光模块示意图。
22.图3为本发明实施例中振荡器模块示意图。
23.图4为本发明实施例中输出脉冲光谱图和自相关轨迹曲线。
具体实施方式
24.本实用新型的优选实施例详述如下：
25.实施例一：
26.参见图1～图3，一种可充电电池驱动的手持式脉冲光纤激光器，主要由泵浦光模块101和振荡器模块102组成，泵浦光模块101内部包括一个可充电电池201驱动一个半导体激光二极管203，由一个泵浦驱动控制电路202控制，并与外壳上的一个开关按钮104和一个显示控制屏107相连完成控制；所述振荡器模块102由一个波分复用器301、一个增益光纤302、一个输出耦合器303、一个可饱和吸收器件304和一个偏振无关隔离器305顺次相连形成谐振腔，并由一个泵浦光模块的半导体激光二极管203提供泵浦能量，输出端连接至激光器外壳的光纤输出端口105。
27.本实施例可充电电池驱动的手持式脉冲光纤激光器由可充电电池作为供电电源，使用全光纤结构实现小型集成化，旨在提高脉冲光纤激光器的灵活便携性。
28.实施例二
29.本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
30.在本实施例中，所述激光器外部设置充电接口、开关按钮104和显示控制屏107，可通过外部电源对电池充电，通过开关对其电源进行接通或切断，通过显示控制屏控制泵浦电流的大小。
31.在本实施例中，所述激光器内部振荡器模块102中均采用保偏光纤器件，通过光纤熔接相连，实现全保偏结构；将光纤紧凑缠绕并进行固定封装；所述振荡器模块102中的可饱和吸收体，采用具有可饱和吸收效应的锁模器件。
32.在本实施例中，所述振荡器模块102与泵浦光模块相连，激光二极管产生泵浦连续光连接至波分复用器的泵浦输入端口，将泵浦光耦合至振荡器内，而后波分复用器的公共端连接一段增益光纤以吸收泵浦光并进行放大，再与输出耦合器的输入端相连，将输出耦合器的其中一个输出端口作为激光器的输出信号端，另一输出端口插入可饱和吸收体后与偏振无关隔离器输入端相连，而后偏振无关隔离器的输出端连接至波分复用器的信号输入端构成全光纤环形谐振腔。
33.在本实施例中，所述振荡器模块102中采用的增益光纤和其他单模光纤的长度可视情况调整，可使用色散补偿光纤对腔内色散进行管理，以实现不同脉冲整形机制的锁模脉冲输出。
34.在本实施例中，所述激光器外壳设有充电接口，可通过充电接口为电池充电。
35.在本实施例中，所述激光器外壳设有开关键和显示控制模块，通过开关键接通或切断激光器电源，控制键调节泵浦电流大小并由显示屏显示。
36.本实施例装置由内置电池驱动的手持式脉冲光纤激光器，同时配备充电器可为其充电，不受电源、电缆、接口类型限制，大大提高了脉冲光纤激光器的灵活性；本实施例光纤激光器振荡器仅由保偏光纤器件组成，实现全保偏全光纤化，并进行紧凑固定封装，输出稳定、结构紧凑、体积小巧，大大提高了脉冲光纤激光器的便携性和稳定性。
37.实施例三
38.本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
39.如图1所示，一种可充电电池驱动的手持式脉冲光纤激光器，内部由泵浦光模块101和振荡器模块102组成，内部设一隔层固定板103，外壳设开关按钮104、光纤输出端口105、充电接口106及显示控制屏107。
40.具体地，如图2所示为泵浦光模块的俯视图，激光器内部底部安装可充电电池201
(虚线)，为泵浦驱动控制电路202提供电源进行供电，半导体激光二极管203焊接在泵浦驱动控制电路202上，激光二极管203由泵浦驱动控制电路202的驱动，产生中心波长为976nm的连续光，其尾纤与图3中波分复用器301的泵浦光端口通过光纤熔接相连。
41.具体地，如图3所示为振荡器模块的俯视图，波分复用器301的泵浦光端口与泵浦光模块的半导体激光二极管203相连，将连续泵浦光注入环形谐振腔；而后进入掺铒光纤302，对输入光信号提供放大增益作用；掺铒光纤302的另一端连接至耦合比为60:40的输出耦合器303的输入端，其中输出耦合器303的60％输出端作为整个脉冲光纤激光器系统的信号输出端，连接至激光器外壳上的光纤输出端口105；而40％输出端连接光纤连接器304，作为可饱和吸收体的单壁碳纳米管薄膜夹在两个光纤连接器304之间继续在腔中循环；另一端传输至偏振无关隔离器305的输入端，偏振无关隔离器305用来保证激光在环形腔内进行单向循环；偏振无关隔离器305的输出端与波分复用器301的信号光端口相连，从而构成全光纤环形谐振腔。本实施例中保偏掺铒光纤长度为0.68m，其他均为标准单模光纤；激光腔内为全负色散，工作在孤子锁模区域。
42.本实施例的工作过程叙述如下：
43.在电池有电的情况下，按下外壳上开关按钮104，为泵浦驱动控制电路202供电，按下显示控制屏107上的“start”键接通泵浦控制电路，“ ”“－”键控制泵浦电流以驱动半导体激光二极管203，并逐渐提升其泵浦电流，在输出耦合器303的输出端口，即激光器输出端口105连接光谱仪或示波器等仪器进行信号监测，直至稳定的锁模脉冲光谱或脉冲序列出现。如图4(a)所示，在泵浦功率升至锁模阈值以上，即当泵浦功率升至72.8mw时，在中心波长为1556.83nm处出现稳定的锁模光谱，光谱带宽为6.35nm；图4(b)为此时示波器上稳定的脉冲序列，脉冲间隔为31.7ns，对应其重复频率为31.48mhz；用频谱仪对信号进行测量可得图4(c)，在基频31.48mhz处信噪比为60db，插图为3.2ghz范围内的频谱分布图，进一步证明锁模脉冲的稳定性；同时测其自相关轨迹如图4(d)，经双曲正割拟合，得其未经压缩的脉冲宽度为378fs；此时输出脉冲平均功率为5.34mw。
44.以上仅是对发明的优选实施方式进行了叙述，并不将本发明的技术方案限制于此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。例如，所述脉冲光纤激光器不局限于工作在1.5μm波段，通过更换相应工作波段的增益光纤、器件、可饱和吸收体等，可实现其他波段如1μm、2μm处的脉冲光稳定输出；所述脉冲光纤激光器的输出脉冲不局限于传统孤子脉冲，通过色散管理等其他手段也可实现展宽脉冲、耗散孤子、自相似子等其他脉冲整形机制的脉冲光纤激光器。
45.综上所述，上述实施例可充电电池驱动的手持式脉冲光纤激光器，包括泵浦光模块和振荡器模块，泵浦光模块包括可充电电池、泵浦驱动控制电路、半导体激光二极管、开关、显示控制模块，振荡器模块包括波分复用器、增益光纤、输出耦合器、可饱和吸收体、偏振无关隔离器。本发明中通过内置电池为半导体激光二极管进行供电，为振荡器提供泵浦能量，并且外壳设置充电接口，可通过外部电源为电池充电，使得激光器不受电源、电缆、接口类型的限制，同时振荡器实现全保偏光纤化，输出稳定、结构紧凑、易于封装，大大提高了脉冲光纤激光器的灵活性和便携性。此外，上述实施例装置结构简单、体积小巧、成本低廉、功耗较低，可实现脉冲激光种子源的模块化设计，具有广阔的商业应用前景。
46.上面结合附图对本实用新型实施例进行了说明，但本实用新型不限于上述实施
例，还可以根据本实用新型的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本实用新型技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本实用新型的发明目的，只要不背离本实用新型的技术原理和实用新型构思，都属于本实用新型的保护范围。