Разновидность метода производства оптического волокна с высокой частотой повторения зеленого света и ультрафиолетового лазера мощностью 15 Вт.

 

1. Изобретение относится к области лазеров, в частности к высокочастотным, субнаносекундным, полностью волоконным лазерам зеленого света и ультрафиолетового излучения.

 

 

Техника фона:

 

2. В последние годы быстро развиваются твердотельные лазеры, и все больше внимания привлекают зеленые лазеры. Зеленый лазер имеет короткую длину волны и высокую точность обработки, поэтому он имеет очень широкий спектр применения при резке и сверлении керамики, стекла, печатных плат, солнечных элементов и других материалов, особенно субнаносекундный зеленый лазер в лазер Есть важные приложения в микрообработке, обнаружении лазера и световых индикаторах.

3. Известный уровень техники, своего рода одномодовый лазер зеленого света с узкой шириной импульса с высокой частотой повторения, раскрытый в патентном документе с номером заявки cn201410295146.3, и субнаносекундный зеленый лазер, раскрытый в патентном документе с номером заявки cn201810974644. 9 Все оптические лазеры являются твердотельными зелеными лазерами с полноразмерной структурой; 1. Поскольку твердотельные зеленые лазеры имеют полноразмерную структуру, к ним предъявляются относительно высокие требования по стабильности и экологической чистоте, и они не могут быть долговременно стабильными и надежными в практических промышленных применениях. Рабочий, необслуживаемый; 2. Частота повторения лазерных импульсов твердотельных лазеров может достигать нескольких сотен кГц, поэтому приложения с более высокой эффективностью обработки (частоты повторения от нескольких МГц до десятков сотен МГц) не могут удовлетворить спрос; 3. Твердотельные. В настоящее время ширина импульса лазера может составлять всего 10 нс, что не может удовлетворить потребности в более точной обработке (обычно от 100 пс до 1 нс). Он может выдавать световой сигнал мощностью не более 100 Вт, что не может удовлетворить растущие требования отрасли к повышению мощности.

 

ультрафиолетовый лазер  | зеленый лазер  | Ультрафиолетовые лазеры  | ультрафиолетовый лазер dpss  | наносекундный лазер  | УФ лазерный источник  | Твердотельные лазеры

Элементы технической реализации:

 

4. Целью настоящего изобретения является создание субнаносекундного полностью оптоволоконного лазера зеленого света и ультрафиолетового лазера с высокой частотой повторения для решения проблем, поднятых в вышеупомянутой базовой технологии.

5. Для достижения вышеуказанной цели настоящее изобретение предлагает следующие технические решения:

6. Высокочастотный субнаносекундный полностью волоконный зеленый и ультрафиолетовый лазер, в том числе одночастотный непрерывный узкополосный dfb.

-

полупроводниковый затравочный лазер ld, dfb

-

Циркулятор, решетка msg и мах расположены на оси выходного конца полупроводникового затравочного лазера ld последовательно.

-

модулятор интенсивности Zehnder;

7. Два Маха в каскаде

-

После модуляции модулятором интенсивности Цендера получается регулируемый субнаносекундный оптический импульсный сигнал источника затравки, а субнаносекундный оптический импульсный сигнал источника затравки подвергается усилению первого уровня, усилению второго уровня, усилению третьего уровня и каскадному преобразованию частоты. для достижения высокой эффективности раз. частота.

8. Предпочтительно одночастотная непрерывная узкая линия шириной dfb

-

Мощность полупроводникового затравочного лазера ld составляет 30 мВт.

-

100 мВт, субнаносекундный импульсный сигнал источника света представляет собой регулируемый импульсный сигнал с высоким коэффициентом затухания 50-60 дБ и шириной импульса 150 пс-2 нс.

9. Усилитель первой ступени предпочтительно содержит разделительный фильтр, сохраняющий поляризацию, легированное иттербием волокно, источник накачки 1d с синхронизированной длиной волны 976 нм и усилительную структуру из двухтактных одномодовых вдм, расположенных последовательно , а сердцевина волокна, легированного иттербием, составляет 5 мкм, оболочка 130 мкм;

10. Вторичное усиление включает в себя полностью волоконный аналоговый переходник mfa, изолирующий фильтр с сохранением поляризации, легированное иттербием волокно, объединитель (2+1) и источник накачки ld с синхронизированной длиной волны 976 нм, которые расположены последовательно. Сердцевина волокна 12 мкм, оболочка 130 мкм;

11. Трехкаскадное усиление включает в себя полностью волоконный аналоговый адаптер mfa, изолирующий фильтр с сохранением поляризации, хиральное волокно с большим полем моды, легированное иттербием, объединитель (6+1), волоконную решетку fbg и фиксированную длину волны. 976 нм. Источник накачки ld и анализатор поляризации, сердцевина хирального волокна с большим полем моды, легированного иттербием, составляет 33 мкм, а оболочка - 125 мкм.

12. Каскадное преобразование частоты предпочтительно содержит двухкаскадный пространственный оптический изолятор, коллиматорную линзу, фокусирующую линзу и кристалл трибората лития, которые расположены последовательно.

13. Предпочтительно одночастотная непрерывная узкая линия шириной dfb

-

Полупроводниковый затравочный лазер 113 соединен каскадом на два Маха.

-

Модулятор интенсивности Zehnder выполняет две последовательные модуляции. Полоса модуляции двух модуляторов интенсивности Маха-Цендера из ниобата лития составляет 10 ГГц, а время нарастания фронта составляет 70 пс. ВЧ-вход двух каскадных модуляторов интенсивности. Сигнал, амплитуда входного напряжения и ширина импульса модуляции одинаковы, а генерируемый импульс имеет прямоугольную форму с резкими фронтами нарастания и спада. Ширина импульса и частота повторения равны τ и 1/t соответственно. Статический коэффициент ослабления (ser) измеряется при отсутствии электрического сигнала, вводимого в РЧ-порт модулятора интенсивности Маха-Цендера, коэффициент ослабления сигнального света после прохождения через модулятор составляет:

[0014] [0015]

где р

мин

- минимальный выходной сигнал, полученный для регулировки напряжения смещения постоянного тока порта постоянного тока, p

Макс

— максимальный выходной сигнал, der измеряется с использованием РЧ-сигнала, посылаемого на РЧ-порт mzim, напряжение смещения постоянного тока устанавливается равным минимальной точке возбуждения передаточной функции mzim, средняя оптическая мощность p

авеню

, выраженный следующим образом:

[0016] [0017]

где р

Макс

6,22 мВт, ч

мин

получено как ч

мин

= 57,9nw, что эквивалентно p

Макс

=ч

Макс

При дер 50,3дб, а в каскадной модуляции обеспечивается дер 44дб, оптический импульс содержит 90% всей энергии, а превышение 10дб является эталоном качества импульса.

[0018]

желательно мах.

-

4 дБ, а коэффициент динамического затухания der составляет 50,3 дБ. С помощью схемы каскадной модуляции улучшение коэффициента затухания исходного источника составляет более 20 дБ.

[0019]

Предпочтительно каскадное преобразование частоты дополнительно включает в себя модуль удвоения частоты внешнего резонатора, модуль удвоения частоты внешнего резонатора соединяет несколько групп кристаллов трибората лития 111 последовательно и соответственно регулирует температуру и температуру первой группы кристаллов в двух группах. кристаллов в ряду 149,5°С, длина кристалла 14 мм; температура второй группы кристаллов 148,5°С, длина кристалла 9мм. В ряду из трех групп кристаллов температура первой группы кристаллов составляет 150°С, а длина кристалла - 14 мм; температура второй группы кристаллов 149°С, длина кристалла 9мм; третья группа кристаллов Температура 148°С, длина кристалла 7 мм.

[0020]

Предпочтительно, после того, как лазерный источник затравки разделен на лучи, после трехступенчатого усиления и многоступенчатого каскадного удвоения частоты, лазерные лучи объединяются для реализации более мощных оптоволоконных лазеров зеленого света и ультрафиолетовых лазеров.

[0021]

Рабочие этапы высокочастотного субнаносекундного полностью волоконного зеленого света и ультрафиолетового лазера следующие:

[0022]

1) Сначала используйте одночастотную непрерывную узкую линию шириной dfb.

-

Испускаемый им полупроводниковый источник затравочного лазера 113 связывается и выводится волокном, сохраняющим поляризацию, а затем поступает в порт 1 циркулятора 101, а затем выводится из порта 2 и проходит через

После того, как режим выбирает сообщение с высокой инверсией решетки и контроллер поляризации, он выводится из порта 3 и проходит через два каскадных Маха.

-

После модуляции модулятором 114 интенсивности Zehnder получается регулируемый субнаносекундный затравочный импульсный сигнал света;

[0023]

2) Сигнал светового импульса источника субнаносекундной затравки сначала подвергается усилению первого уровня, усиление первого уровня принимает структуру усиления двустороннего одномодового wdm103, а затем входит в усиление второго уровня после прохождения через все -оптоволоконный аналоговый переходник МФА;

[0024]

3) Усиление второй ступени использует метод обратной накачки для реализации усиления второй ступени, а мощность входящего начального света увеличивается до уровня 0,5-1 Вт, а затем входит в усиление третьей ступени через все- оптоволоконный аналоговый адаптер mfa;

[0025]

4) Хиральное волокно 106 с полем больших мод, легированное иттербием, используется в трехкаскадном усилении, а наклонная решетка волокна fbg встроена в хвостовой конец хирального волокна 106 с полем больших мод, легированного иттербием, для управления модой и В трехступенчатом усилении для обратной накачки используется 6+1) объединитель лучей 117, а для накачки используются пять групп источников накачки мощностью 130 Вт с длиной волны 976 нм, а косичка оставлена ​​для состояния поляризации сигнальный свет. Мониторинг и анализ с активной обратной связью с контроллером поляризации в источнике затравки;

[0026]

5) В соответствии с мониторингом и анализом состояния поляризации света основной частоты трехступенчатого усиления, самоадаптирующейся обратной связи в реальном времени и регулированием состояния поляризации конца исходного источника для достижения усиления света основной частоты. наилучшего коэффициента экстинкции через трехкаскадный цельноволоконный свет. Усиленный основной частотный свет мощностью в сотни ватт проходит через двухкаскадный пространственный оптический изолятор 108, коллиматорную линзу 109 и фокусирующую линзу 110, а затем подвергается внешнему частотному резонатору. дублирующий модуль. Модуль удвоения частоты внешнего резонатора использует несколько групп кристаллов трибората лития 111 последовательно и каскадное удвоение частоты для дальнейшего повышения эффективности удвоения частоты света основной частоты.

[0027]

6) Наконец, на выходе устанавливается дихроматическое зеркало, чтобы отфильтровать участвующий инфракрасный свет основной частоты и получить окончательный выходной зеленый свет.

[0028]

По сравнению с предшествующим уровнем техники полезные эффекты настоящего изобретения заключаются в следующем:

[0029]

1) В патенте настоящего изобретения предлагается полностью волоконный зеленый лазер с высокой частотой повторения и высокой средней мощностью. Полностью волоконное решение обеспечивает стабильность и надежность, что было проверено при применении мощных лазеров с непрерывным волокном;

[0030]

2) Поскольку это техническое решение использует структуру усиления мощности основного колебания mopa, это мощный импульсный выход, реализованный путем многоступенчатого усиления полупроводникового источника затравки, ширина импульса и частота повторения которого могут регулироваться произвольно. Частота имеет большой диапазон регулировки, а также может достигать высокой частоты повторения от Гц до 100 МГц и сверхузкой настройки ширины импульса от 50 пс до 2 нс;

[0031]

3) Наконец, поскольку усиливающее волокно волоконного лазера, легированное усиливающей средой, имеет очень большое отношение площади поверхности к объему по сравнению с объемным кристаллом усиливающей среды, используемым в твердом состоянии, а способность рассеивания тепла намного выше, чем у твердого тела. лазер, средняя мощность волоконного лазера может достигать нескольких киловатт или даже десятков тысяч ватт, он может полностью удовлетворить растущий спрос на мощность в промышленной обработке.

Описание рисунков

[0032]

На рис. 1 представлена ​​схематическая структурная схема субнаносекундного полностью волоконного зеленого и ультрафиолетового лазера с высокой частотой повторения.

[0033]

На рис. 2 представлена ​​схематическая структурная схема каскадного модулятора интенсивности Маха-Цандера в высокочастотном, субнаносекундном, полностью волоконном зеленом свете и ультрафиолетовом лазере.

[0034]

3 представляет собой схематическую структурную диаграмму сигнала с перестраиваемой шириной импульса 150 пс-2 нс при высокой частоте повторения, субнаносекундном полностью оптоволоконном зеленом свете и ультрафиолетовом лазере.

[0035]

4 представляет собой схематическую структурную схему схемы управления смещением с обратной связью модулятора интенсивности Маха-Цандера mzim в субнаносекундном полностью волоконном зеленом и ультрафиолетовом лазере с высокой частотой повторения.

[0036]

На рис. 5 представлена ​​схематическая структурная схема многокристальной каскадной схемы в высокочастотном субнаносекундном полностью волоконном зеленом и ультрафиолетовом лазере.

[0037]

ИНЖИР. 6 представляет собой схематическую структурную схему схемы повышения мощности для объединения нескольких лазеров с высокой частотой повторения, субнаносекундного полностью оптоволоконного зеленого света и ультрафиолетового лазера.

Подробные способы

[0038]

Технические решения настоящего изобретения будут описаны более подробно ниже в связи с конкретными вариантами осуществления.

[0039]

См. Рисунок 1. Высокочастотный, субнаносекундный, полностью волоконный зеленый и ультрафиолетовый лазер, включающий одночастотный непрерывный сигнал с узкой шириной линии dfb.

-

ld полупроводниковый затравочный лазер 113, dfb

-

Циркулятор 101, решетка msg и мах расположены на оси выходного конца полупроводникового затравочного лазера 113 последовательно.

-

Zehnder Intensity Modulator 114, два Маха в каскаде

-

После модуляции модулятором 11 интенсивности Цендера получается регулируемый субнаносекундный оптический импульсный сигнал источника затравки, и субнаносекундный оптический импульсный сигнал источника затравки последовательно подвергается усилению первого уровня, усилению второго уровня, усилению третьего уровня. усиление и каскадное преобразование частоты для достижения высокоэффективного удвоения частоты;

[0040]

Одночастотная непрерывная узкая линия шириной dfb

-

Мощность полупроводникового затравочного лазера 113 составляет 30 мВт.

-

100 мВт, субнаносекундный импульсный сигнал источника света представляет собой регулируемый импульсный сигнал с высоким коэффициентом затухания 50-60 дБ и шириной импульса 150 пс-2 нс.

[0041]

В частности, усиление первой ступени включает в себя изолирующий фильтр 102, сохраняющий поляризацию, легированное иттербием волокно 104, источник накачки ld115 с фиксированной длиной волны 976 нм и усиливающую структуру двустороннего одномодового wdm103. Световод иттербиевого волокна 104 Сердцевина 5 мкм, оболочка 130 мкм; усилитель второй ступени включает полностью волоконный аналоговый адаптер mfa, сохраняющий поляризацию изолирующий фильтр 102, волокно 104, легированное иттербием, сумматор 103 (2+1) и фиксированную длину волны 976 нм. Источник 115 накачки из легированного иттербием волокна 104 имеет сердцевину 12 мкм и оболочку 130 мкм; трехкаскадное усиление включает в себя полностью волоконный аналоговый адаптер mfa, изолирующий фильтр с сохранением поляризации 102, хиральное волокно 106 с ручным легированием иттербием, легированное полем большой моды, комбайнер 117 (6+1), волоконная решетка fbg, источник накачки ld115 с синхронизированной длиной волны 976 нм и анализатор поляризации 107, сердцевина хирального волокна 106 с большим полем моды, легированного иттербием, составляет 33 мкм, слой оболочки составляет 125 мкм; каскадное преобразование частоты включает в себя двухкаскадный пространственный оптический изолятор 108, коллиматорную линзу 109, фокусирующую линзу 110 и кристалл 111 трибората лития, расположенные последовательно.

[0042]

В качестве дополнительного решения варианта осуществления настоящего изобретения см. фиг. 2, одночастотная непрерывная узкая ширина линии dfb

-

Полупроводниковый затравочный лазер 113 соединен каскадом на два Маха.

-

Модулятор интенсивности Zehnder выполняет две последовательные модуляции. Полоса модуляции двух модуляторов интенсивности Маха-Цендера из ниобата лития составляет 10 ГГц, а время нарастания фронта составляет 70 пс. ВЧ-вход двух каскадных модуляторов интенсивности Сигнал, амплитуда входного напряжения и ширина импульса модуляции одинаковы, см. рисунок 3, генерируемый импульс имеет прямоугольную форму с резкими передними и задними фронтами, ширина импульса и частота повторения равны τ и 1/t, соответственно, и статический коэффициент ослабления (ser).

[0043] [0044]

где р

мин

- минимальный выходной сигнал, полученный для регулировки напряжения смещения постоянного тока порта постоянного тока, p