CN100379102C - 板条状双包层光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
一种板条状双包层光纤激光器，其特征是在一板条状双包层光纤的两个端面各紧贴一个激光谐振腔镜而构成，所述的板条状双包层光纤的横截面为多层结构的长方形，包括掺有激光激活离子的激活层、不掺杂的内包层和保护性的外包层，由上到下依次是第一外包层、第一内包层、激活层、第二内包层和第二外包层，所述的外包层的折射率小于内包层的折射率，内包层的折射率又小于激活层的折射率。本发明具有横截面上的可扩展性，获得较大的光纤横截面积，在大功率激光输出时，避免了光纤端面的损伤；结构简单，不需要对传统光纤激光器的其它装置进行改动，便于推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及光纤激光器，特别是一种板条状双包层光纤激光器，尤其是高光束质量的大功率输出的光纤激光器。
背景技术
目前大功率光纤激光器采用的双包层光纤，结构上多为环形的外包层环绕着圆形的激活层，整个光纤成细长的圆柱形。由于散热和模式控制的要求，不可能有很大的横截面，不具有横截面的可扩展性。由于光纤的横截面较小，当激光器采用端面泵浦方式时，大功率的泵浦光不易耦合进入光纤，另一方面，横截面较小的光纤激光器在大功率输出时会导致光纤端面的损伤，从而限制了光纤激光器的最高输出功率。
发明内容
为了在保证散热和模式控制需求的情况下，得到具有大横截面积的光纤激光器，本发明提供一种板条状双包层光纤激光器，该光纤激光器可以在保证散热和模式控制需求的同时，提供较大的横截面积。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种板条状双包层光纤激光器，其构成：在板条状双包层光纤的两个端面各紧贴一个激光谐振腔镜而构成，所述的板条状双包层光纤的横截面为多层结构的长方形，由掺有激光激活离子的激活层、不掺杂的内包层和保护性的外包层构成，由上到下依次是第一外包层、第一内包层、激活层、第二内包层和第二外包层，所述的外包层的折射率小于内包层的折射率，内包层的折射率又小于激活层的折射率。
所述的激活层在厚度方向的V值小于π/2，在宽度方向的V值大于π/2，其中V值定义为 k0是激光场的在真空中波矢，d是激活层的厚度或宽度，n2是激活层的折射率，n1是内包层的折射率，在宽度方向为空气的折射率。
泵浦光可以由板条状双包层光纤的端面入射进入光纤，也可以由板条状双包层光纤的侧面入射进入光纤；泵浦光在入射光纤时，经过透镜聚焦，入射在内包层中，由于内包层的折射率小于外包层的折射率被限制在内包层中传输。激光束在掺有激活离子的激活层中产生，并由于激活层的折射率小于内包层的折射率被限制在激活层中传输。由于激活层在厚度方向的V值小于π/2，在宽度方向的V值大于π/2，其中V值定义为 k0是激光场的在真空中波矢，d是激活层的厚度或宽度，n2是激活层的折射率，n1是内包层的折射率(在宽度方向为空气的折射率)，故激活层在激光介质的厚度方向形成单模波导，在激光介质的宽度方向形成多模波导。光纤的横截面积可根据激光器设计要求的最大输出功率在宽度方向进行扩展。光纤宽度的选取应使激光平均功率小于光纤端面的损伤阈值。不论采用何种光纤宽度，保持光纤的外包层、内包层和激活层在厚度方向的尺寸和结构不变，以保证散热和模式控制的要求。在光纤两个端面各紧贴一个平面双色镜构成激光谐振腔，激光由光纤的端面输出。
本发明的优点是：
在保证散热和模式控制的要求下，具有横截面上的可扩展性，获得较大的光纤横截面积，从而在大功率激光输出时，避免光纤端面的损伤。同时结构简单，不需要对传统光纤激光器的其它装置进行改动，便于推广和生产。
附图说明
图1是本发明板条状双包层光纤的横截面结构图。
图2是本发明板条状双包层光纤的外包层，内包层和激活层的相对折射率示意图。
图3本发明的第一实施例图。
图4本发明的第二实施例图。
图5本发明的第三实施例图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，板条状双包层光纤11宽1000微米，第一外包层和第二外包层1由聚酯塑料构成，厚度约100微米，第一内包层和第二内包层2由纯石英构成，厚度100微米，激活层3由掺杂有25％镱的石英构成，厚度8微米。如图2所示外包层的折射率4为1.35，内包层的折射率5为1.45，激活层的折射率6为1.451。激活层3在厚度方向的V值等于1.28，在宽度方向的V值等于3100。如图3所示半导体泵浦源7为输出波长940nm的半导体激光器，输出总功率为700W，聚焦透镜9为非球面透镜，泵浦光8由板条状双包层光纤11端面的输入耦合镜10输入，输入耦合镜10镀有在940nm波段增透而1100nm波段全反的双色膜，板条状双包层光纤11长度20m，板条状双包层光纤11的另一输出端面的输出耦合镜12镀有在940nm波段为高反射率而在1100nm波段的反射率为4％的双色膜，激光输出13总输出功率为560W。
实施例2
如图4所示，实施例2中采用双端泵浦，第一半导体泵浦源7和第二半导体泵浦源16分别通过第一透镜9和第二透镜14汇聚，由板条状双包层光纤11的两端输入，光纤总长度为25m，第一半导体泵浦源7和第二泵浦源16的总输入功率为1400W，输出耦合镜12镀有在940nm波段为高透过率而在1100nm波段为高反射率的双色膜，倾斜45°放置，其它装置与实施例1相同，激光输出13总输出功率为1120W。
实施例3
如图5所示，本实施例中采用侧面泵浦，第一半导体泵浦源7通过透镜9聚焦，由紧贴在板条状双包层光纤11侧面的棱镜17射入，棱镜17与紧贴光纤端面的反射镜10相距0.5m；第二半导体泵浦源16通过透镜14聚焦，由紧贴在板条状双包层光纤11侧面的棱镜18射入，棱镜18与紧贴板条状双包层光纤的光纤端面的反射镜10相距10m。光纤总长度30m；第一半导体泵浦源7和第二泵浦源16的总输入功率为1400W，反射镜10镀有1100nm全反的高反膜，输出耦合镜12镀有在940nm波段为高反射率而在1100nm波段反射率为4％的双色膜，其它装置与实施例1相同，激光输出13总输出功率为1120W。
Claims (2)
1.一种板条状双包层光纤激光器，其特征是在一板条状双包层光纤的两个端面各紧贴一个激光谐振腔镜而构成，所述的板条状双包层光纤的横截面为多层结构的长方形，由掺有激光激活离子的激活层、不掺杂的内包层和保护性的外包层构成，由上到下依次是第一外包层、第一内包层、激活层、第二内包层和第二外包层，所述的外包层的折射率小于内包层的折射率，内包层的折射率又小于激活层的折射率。
2.根据权利要求1所述的板条状双包层光纤激光器，其特征是所述的激活层在厚度方向的V值小于π/2，在宽度方向的V值大于π/2，其中V值定义为 k0是激光场的在真空中的波矢，n2是激活层的折射率，利用V值定义式计算激活层厚度方向的V值时，d是激活层的厚度，n1是内包层的折射率；在利用V值定义式计算激活层宽度方向的V值时，d是激活层的宽度，n1是空气的折射率。
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