一種白光激光產生系統的制作方法
【專利摘要】本發明實施例提供了一種白光激光產生系統，屬于光纖激光器領域。所述白光激光產生系統包括脈沖光纖激光器、功率放大器、超連續譜產生裝置以及白光提取裝置。脈沖光纖激光器發出的脈沖激光入射到功率放大器。經功率放大器放大后的脈沖激光入射到超連續譜產生裝置，經超連續譜產生裝置光譜展寬處理后入射到白光提取裝置，經白光提取裝置的分離處理后輸出白光激光。相比于現有的白光激光產生裝置，本實施例提供的白光激光產生系統穩定性較好，具有更高的白光激光輸出功率。
【專利說明】
一種白光激光產生系統
技術領域
[0001 ]本發明涉及光纖激光器領域，具體而言，涉及一種白光激光產生系統。
【背景技術】
[0002]白光激光具有空間相干性和較寬的光譜范圍，被廣泛地應用于彩色顯示、特種照明、外科診斷等領域。由于不同頻率的激光會相互影響，通過多種單色激光(紅、綠、藍)混合，很難形成白光激光。目前實現白光激光的方法一般為采用可見光波段的栗浦激光器直接栗浦非線性材料實現寬譜可見光輸出。但是由于可見光波段的栗浦激光器一般采用固體激光器，光路為空間結構，穩定性差，并且由于固體激光器的增益介質受限，功率難以提升，導致產生的白光激光功率較低且穩定性難以保證。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供一種白光激光產生系統，以改善上述問題。
[0004]為了實現上述目的，本發明實施例采用的技術方案如下:
[0005]第一方面，本發明實施例提供了一種白光激光產生系統，包括脈沖光纖激光器、功率放大器、超連續譜產生裝置以及白光提取裝置。所述脈沖光纖激光器發出的脈沖激光入射到所述功率放大器，經所述功率放大器放大后的脈沖激光入射到所述超連續譜產生裝置，經所述超連續譜產生裝置光譜展寬處理后入射到所述白光提取裝置，經所述白光提取裝置的分離處理后輸出白光激光。
[0006]結合第一方面，本發明實施例還提供了第一方面的第一種可能實施方式，其中，所述白光提取裝置包括第一光調節器、可見光反射裝置、第二光調節器，由所述超連續譜產生裝置出射的激光入射到所述第一光調節器，經所述第一光調節器準直后入射到所述可見光反射裝置，入射到所述可見光反射裝置的可見光波段的激光經所述可見光反射裝置反射到所述第二光調節器，經所述第二光調節器會聚形成白光激光輸出。
[0007]結合第一方面的第一種可能實施方式，本發明實施例還提供了第一方面的第二種可能實施方式，其中，所述白光提取裝置還包括殼體，所述第一光調節器、所述可見光反射裝置、所述第二光調節器均集成在所述殼體內，所述殼體上設置有第一通光孔和第二通光孔，所述第一光調節器通過所述第一通光孔與所述超連續譜產生裝置耦合，所述第二光調節器與所述第二通光孔耦合。
[0008]結合第一方面的第二種可能實施方式，本發明實施例還提供了第一方面的第三種可能實施方式，其中，所述白光提取裝置還包括第一光纖和第二光纖，所述第一光纖的一端穿過所述第一通光孔與所述殼體內的第一光調節器耦合，所述第二光纖的一端穿過所述第二通光孔與所述殼體內的第二光調節器耦合。
[0009]結合第一方面的第二種可能實施方式或第一方面的第三種可能實施方式，本發明實施例還提供了第一方面的第四種可能實施方式，其中，所述白光提取裝置還包括第三光調節器和第三通光孔，所述第三光調節器設置在所述殼體內部，所述第三通光孔設置在所述殼體上，入射到所述可見光反射裝置的非可見光波段的激光透過所述可見光反射裝置入射到所述第三光調節器，經所述第三光調節器會聚到所述第三通光孔輸出。
[0010]結合第一方面的第四種可能實施方式，本發明實施例還提供了第一方面的第五種可能實施方式，其中，所述白光提取裝置還包括第三光纖，所述第三光纖的一端穿過所述第三通光孔與所述殼體內的第三光調節器耦合，經所述第三光調節器會聚后輸出的非可見光波段的激光經所述第三光纖輸出。
[0011]結合第一方面的第五種可能實施方式，本發明實施例還提供了第一方面的第六種可能實施方式，其中，所述第三光纖為多模光纖。
[0012]結合第一方面的第六種可能實施方式，本發明實施例還提供了第一方面的第七種可能實施方式，其中，所述白光激光產生系統還包括激光吸收裝置，所述激光吸收裝置用于吸收經所述第三光調節器會聚后由所述第三光纖輸出的非可見光波段的激光。
[0013]結合第一方面的第一種可能實施方式，本發明實施例還提供了第一方面的第八種可能實施方式，其中，所述第一光調節器和所述第二光調節器均為可見光消色差準直器，所述第一光調節器用于準直由所述超連續譜產生裝置出射的激光并對其中包含的可見光波段的激光進行消色差;所述第二光調節器用于會聚經所述可見光反射裝置反射的可見光波段的激光并對所述可見光波段的激光進行消色差。
[0014]結合第一方面，本發明實施例還提供了第一方面的第九種可能實施方式，其中，所述脈沖光纖激光器為鎖模摻鐿光纖激光器。
[0015]本發明實施例提供的白光激光產生系統采用具有高的光光轉換效率的脈沖光纖激光器作為種子光源，通過功率放大器將種子光源發出的脈沖激光進行功率放大，通過超連續譜產生裝置將放大后的脈沖激光的光譜展寬到可見光范圍，最后通過白光提取裝置從超連續譜產生裝置輸出的激光中的分離出白光激光。相比于現有的白光激光產生裝置，本白光激光產生系統穩定性較好，具有更高的白光激光輸出功率。
【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。通過附圖所示，本發明的上述及其它目的、特征和優勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分。并未刻意按實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在于示出本發明的主旨。
[0017]圖1示出了本發明實施例提供的一種白光激光產生系統的結構示意圖；
[0018]圖2示出了本發明實施例提供的另一種白光激光產生系統的結構示意圖。
[0019]圖中，附圖標記分別為:
[0020]白光激光產生系統100;脈沖光纖激光器110;功率放大器120;超連續譜產生裝置130;白光提取裝置140;殼體141;第一通光孔1411;第二通光孔1412;第三通光孔1413;第一光調節器142;可見光反射裝置143;第二光調節器144;第三光調節器145;第一光纖146;第二光纖147;第三光纖148。
【具體實施方式】
[0021]為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。
[0022]因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發明的范圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0023]應注意到:相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。
[0024]在本發明的描述中，需要說明的是，術語“上”、“下”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，或者是該發明產品使用時慣常擺放的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”等僅用于區分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0025]在本發明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“設置”、“親合”、“連接”應做廣義理解，例如，“親合”可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接;可以是機械連接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
[0026]目前實現白光激光的方法一般為采用可見光波段的栗浦激光器直接栗浦非線性材料實現寬譜可見光輸出。但是由于可見光波段的栗浦激光器一般采用固體激光器，光路為空間結構，穩定性差，并且由于固體激光器的增益介質受限，功率難以提升，導致產生的白光激光功率較低且穩定性難以保證。鑒于此，本發明實施例提供了一種白光激光產生系統，用于輸出較高功率的白光激光。
[0027]如圖1所示，本發明實施例提供的白光激光產生系統100包括脈沖光纖激光器110、功率放大器120、超連續譜產生裝置130以及白光提取裝置140。其中，脈沖光纖激光器110具有較高的光光轉換效率。
[0028]脈沖光纖激光器110發出的脈沖激光入射到功率放大器120。功率放大器120對所述脈沖激光進行功率放大，并將放大后的脈沖激光入射到超連續譜產生模塊。超連續譜產生模塊對放大后的脈沖激光進行光譜展寬，使得放大后的脈沖激光的光譜范圍展寬到可見光波段，并將光譜范圍展寬到可見光波段的脈沖激光入射到白光提取裝置140。白光提取裝置140將光譜范圍展寬到可見光波段的脈沖激光中的可見光波段范圍的激光分離出來并形成白光激光輸出。
[0029]其中，脈沖光纖激光器110作為形成白光激光的種子光源。本實施例中，脈沖光纖激光器110為摻鐿(Yb)波段的超短脈沖光纖激光器，輸出中心波長為1064納米的脈沖激光。摻Yb波段的超短脈沖光纖激光器具有較高的激光產生效率，其栗浦光與所產生的脈沖激光的光光轉換效率可以達到80%。因此，本白光激光產生系統100可以實現數百瓦的超短脈沖放大，從而實現百瓦級的超連續譜激光輸出。其中，可見光部分占比可以達到10%，即可實現十瓦級甚至更高功率的白光激光輸出。優選的，脈沖光纖激光器110為鎖模摻鐿光纖激光器。
[0030]本實施例中，功率放大器120可以為利用光纖的非線性效應制作的光纖放大器，如拉曼光纖放大器，也可以為利用半導體制作的半導體光放大器，還可以為稀土摻雜的光纖放大器。本實施例中，功率放大器120優選采用稀土摻雜的光纖放大器，且當脈沖光纖激光器110采用鎖模摻鐿光纖激光器時，功率放大器120優選為摻鐿光纖放大器。采用稀土摻雜的光纖放大器一方面有利于提高功率放大器120的增益系數，另一方面有利于實現白光激光產生系統100結構的全光纖化。
[0031]超連續譜產生裝置130用于將脈沖激光的光譜范圍展寬到可見光波段。例如，當脈沖光纖激光器110采用鎖模摻鐿光纖激光器時，將鎖模摻鐿光纖激光器輸出的中心波長為1064納米的脈沖激光的光譜范圍展寬到可見-紅外波段。本實施例中，超連續譜產生裝置130可以包括光子晶體光纖，當然，也可以采用其它高非線性光纖。
[0032]白光提取裝置140用于從超連續譜產生裝置130輸出的激光中分離出白光激光輸出。例如，白光提取裝置140可以包括準直透鏡、激光濾光片以及會聚透鏡。其中，激光濾光片的工作波長在可見光波段。超連續譜產生裝置130輸出的激光入射到準直透鏡，經準直透鏡準直后入射到激光濾光片。通過激光濾光片可以將超連續譜產生裝置130輸出的激光中的可見光波段的激光透射到會聚透鏡，經會聚透鏡會聚形成白光激光輸出。
[0033]具體的，如圖2所示，本發明實施例中，白光提取裝置140包括殼體141、第一光調節器142、可見光反射裝置143、第二光調節器144。第一光調節器142、可見光反射裝置143、第二光調節器144均集成在殼體141內。殼體141上設置有第一通光孔1411和第二通光孔1412，超連續譜產生裝置130通過第一通光孔1411與第一光調節器142耦合，第二光調節器144與第二通光孔1412耦合。其中，第一通光孔1411用于超連續譜產生裝置130輸出的激光進入白光提取裝置140的殼體141，從而入射到第一光調節器142。第二通光孔1412用于白光激光的輸出。
[0034]其中，可見光反射裝置143具有選頻特性，用于反射可見光，透過非可見光。本實施例中，可見光反射裝置143優選為可見光高反鏡。
[0035]進一步地，為了得到穩定的白光激光，第一光調節器142除了用于準直由超連續譜產生裝置130出射的激光外，還具有對可見光波段的激光進行消色差的功能。此外，第二光調節器144除了用于會聚經可見光反射裝置143反射的可見光波段的激光外，也具有對可見光波段的激光進行消色差的功能。也就是說，第一光調節器142和第二光調節器144均為具有消色差功能的準直透鏡組。優選的，第一光調節器142和第二光調節器144均為可見光消色差準直器。
[0036]本實施例中，為了便于超連續譜產生裝置130輸出的激光與白光提取裝置140的耦合，所述白光提取裝置140還可以包括第一光纖146。第一光纖146的一端穿過第一通光孔1411與殼體141內的第一光調節器142耦合。使用時，將第一光纖146的另一端與超連續譜產生裝置130的輸出端耦合。同理，為了便于白光提取裝置140所分離出的白光激光的輸出及應用，白光提取裝置140還可以包括第二光纖147，第二光纖147的一端穿過第二通光孔1412與殼體141內的第二光調節器144耦合，此時，白光提取裝置140所分離出的白光激光由第二光纖147的另一端輸出。
[0037]由超連續譜產生裝置130出射的激光經第一光纖146進入白光提取裝置140的殼體141內，入射到第一光調節器142，經第一光調節器142準直后入射到可見光反射裝置143。此時，入射到可見光反射裝置143的激光包括可見光波段的激光及非可見光波段的激光。其中，可見光波段的激光經可見光反射裝置143反射到第二光調節器144，經第二光調節器144會聚后形成白光激光并親合到第二光纖147中輸出。
[0038]入射到可見光反射裝置143的非可見光波段的激光由可見光反射裝置143透射，為了避免透過可見光反射裝置143的非可見光波段的激光入射到殼體141內壁后，經殼體141內壁多次反射后混入白光激光中輸出，本實施例提供的白光提取裝置140還包括第三光調節器145和第三通光孔1413。第三光調節器145設置在殼體141內部，第三通光孔1413設置在殼體141上。透過可見光反射裝置143的非可見光波段的激光入射到第三光調節器145，經第三光調節器145會聚到第三通光孔1413輸出。
[0039]第三光調節器145用于將透過可見光反射裝置143的非可見光波段的激光會聚到第三通光孔1413輸出。本實施例中，第三光調節器145優選為紅外激光準直器。
[0040]為了方便控制由第三通光孔1413輸出的非可見光激光，白光提取裝置140還包括第三光纖148。第三光纖148的一端穿過第三通光孔1413與第三光調節器145耦合。經第三光調節器145會聚后輸出的非可見光波段的激光經第三光纖148輸出。且為了提高第三光調節器145會聚后輸出的非可見光波段的激光與第三光纖148的耦合效率，第三光纖148優選為多模光纖。
[0041]另外，為了避免由本白光激光產生系統100出射的非可見光波段的激光造成安全隱患，本實施例提供的白光激光產生系統100還包括激光吸收裝置。所述激光吸收裝置設置在白光提取裝置140的殼體141外，用于吸收經第三光調節器145會聚后由第三光纖148輸出的非可見光波段的激光。
[0042]當脈沖光纖激光器110采用鎖模摻鐿光纖激光器，功率放大器120采用摻鐿光纖放大器，超連續譜產生裝置130包括光子晶體光纖時，本發明實施例提供的白光激光產生系統100的工作過程可以為:
[0043]鎖模摻鐿光纖激光器產生的中心波長為1064納米的脈沖激光作為種子激光入射到摻鐿光纖放大器。所述種子激光經所述摻鐿光纖放大器功率放大后入射到超連續譜產生裝置130。超連續譜產生裝置130利用光子晶體光纖實現功率放大后的種子激光的超寬光譜展寬，使得種子激光的光譜范圍展寬至可見-紅外波段范圍。超連續譜產生裝置130輸出的可見-紅外波段范圍的激光經第一光纖146耦合進入白光提取裝置140的殼體141內，入射到第一光調節器142，經第一光調節器142準直后入射到可見光反射裝置143。可見光反射裝置143將可將光波段的激光反射到第二光調節器144，經第二光調節器144會聚耦合到第二光纖147形成白光激光輸出。可見光反射裝置143將紅外波段的激光透射到第三光調節器145，經第三光調節器145會聚耦合到第三光纖148中輸出。第三光纖148中輸出的紅外波段的激光可以被激光吸收裝置吸收。
[0044]因此，綜上所述，本發明實施例提供的白光激光產生系統100采用具有較高光光轉換效率的脈沖光纖激光器110作為種子光源。通過功率放大器120將種子光源發出的脈沖激光進行功率放大，通過超連續譜產生裝置130將放大后的脈沖激光的光譜展寬到可見光范圍，最后通過白光提取裝置140從超連續譜產生裝置130輸出的激光中的分離出白光激光。相比于現有的白光激光產生裝置，本白光激光產生系統100具有更高的白光激光輸出功率，結構緊湊，穩定可靠。
[0045]以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種白光激光產生系統，其特征在于，包括脈沖光纖激光器、功率放大器、超連續譜產生裝置以及白光提取裝置； 所述脈沖光纖激光器發出的脈沖激光入射到所述功率放大器，經所述功率放大器放大后的脈沖激光入射到所述超連續譜產生裝置，經所述超連續譜產生裝置光譜展寬處理后入射到所述白光提取裝置，經所述白光提取裝置的分離處理后輸出白光激光。2.根據權利要求1所述的白光激光產生系統，其特征在于，所述白光提取裝置包括第一光調節器、可見光反射裝置、第二光調節器，由所述超連續譜產生裝置出射的激光入射到所述第一光調節器，經所述第一光調節器準直后入射到所述可見光反射裝置，入射到所述可見光反射裝置的可見光波段的激光經所述可見光反射裝置反射到所述第二光調節器，經所述第二光調節器會聚形成白光激光輸出。3.根據權利要求2所述的白光激光產生系統，其特征在于，所述白光提取裝置還包括殼體，所述第一光調節器、所述可見光反射裝置、所述第二光調節器均集成在所述殼體內，所述殼體上設置有第一通光孔和第二通光孔，所述第一光調節器通過所述第一通光孔與所述超連續譜產生裝置耦合，所述第二光調節器與所述第二通光孔耦合。4.根據權利要求3所述的白光激光產生系統，其特征在于，所述白光提取裝置還包括第一光纖和第二光纖，所述第一光纖的一端穿過所述第一通光孔與所述殼體內的第一光調節器耦合，所述第二光纖的一端穿過所述第二通光孔與所述殼體內的第二光調節器耦合。5.根據權利要求3或4所述的白光激光產生系統，其特征在于，所述白光提取裝置還包括第三光調節器和第三通光孔，所述第三光調節器設置在所述殼體內部，所述第三通光孔設置在所述殼體上，入射到所述可見光反射裝置的非可見光波段的激光透過所述可見光反射裝置入射到所述第三光調節器，經所述第三光調節器會聚到所述第三通光孔輸出。6.根據權利要求5所述的白光激光產生系統，其特征在于，所述白光提取裝置還包括第三光纖，所述第三光纖的一端穿過所述第三通光孔與所述殼體內的第三光調節器耦合，經所述第三光調節器會聚后輸出的非可見光波段的激光經所述第三光纖輸出。7.根據權利要求6所述的白光激光產生系統，其特征在于，所述第三光纖為多模光纖。8.根據權利要求7所述的白光激光產生系統，其特征在于，還包括激光吸收裝置，所述激光吸收裝置用于吸收經所述第三光調節器會聚后由所述第三光纖輸出的非可見光波段的激光。9.根據權利要求2所述的白光激光產生系統，其特征在于，所述第一光調節器和所述第二光調節器均為可見光消色差準直器，所述第一光調節器用于準直由所述超連續譜產生裝置出射的激光并對其中包含的可見光波段的激光進行消色差;所述第二光調節器用于會聚經所述可見光反射裝置反射的可見光波段的激光并對所述可見光波段的激光進行消色差。10.根據權利要求1所述的白光激光產生系統，其特征在于，所述脈沖光纖激光器為鎖模摻鐿光纖激光器。
【文檔編號】H01S3/067GK105846297SQ201610409819
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年6月12日
【發明人】李超, 趙磊, 封建勝, 梁小寶, 張昊宇, 徐振源, 黎玥, 周泰斗, 王建軍, 景峰
【申請人】中國工程物理研究院激光聚變研究中心