CN101478110A

CN101478110A - 全光纤激光器谐振腔及其制备方法

Info

Publication number: CN101478110A
Application number: CNA2009100364331A
Authority: CN
Inventors: 冉洋; 任纪康; 杜卫冲; 刘伟平
Original assignee: Jinan University; Institute of Industry Technology Guangzhou of CAS
Current assignee: Jinan University; Institute of Industry Technology Guangzhou of CAS
Priority date: 2009-01-06
Filing date: 2009-01-06
Publication date: 2009-07-08

Abstract

本发明公开了一种全光纤激光器谐振腔及其制备方法，该谐振腔包括有掺杂双包层光纤、前端单模双包层光纤、后端单模双包层光纤，各光纤的模场相匹配，前端单模双包层光纤、后端单模双包层光纤分别熔接在掺杂双包层光纤的前端与后端，在前端单模双包层光纤、后端单模双包层光纤上分别刻制有前端光纤光栅、后端光纤光栅，前端光纤光栅与后端光纤光栅的波长带宽至少部分重叠，且前端光纤光栅的反向率小于后端光纤光栅的反射率。本发明制备方法是在前端单模双包层光纤、后端单模双包层光纤上刻制光纤光栅，并将其分别熔接在掺杂双包层光纤的两端并使其模场匹配。本发明制备方法简单易行，产品的性能得到提高，能有效满足光纤激光器的需求。

Description

全光纤激光器谐振腔及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种全光纤激光器谐振腔及其制备方法。

背景技术

双包层泵浦的概念在1988年首次公布，自此之后，包层泵浦的光纤激光器真正实现了高功率输出，双包层泵浦技术现已广泛的应用于光纤激光器和光纤放大器等领域，高功率双包层光纤激光器以其结构紧凑、小体积、高功率和长寿命等优点，在空间领域、精密加工、激光雷达、激光测距、激光医疗等领域有着重要的应用前景，在短短的十几年时间里，单根双包层光纤激光器的单模输出功率从开始的几十毫瓦发展到几百瓦，各国的科学家现在仍致力于研制更高功率的光纤激光器，以往的光纤激光器的增益谐振腔采用双透镜或光纤环形器结构：

1、线性双透镜腔

线性双透镜腔利用磨抛处理的光纤端面设计平行平面谐振腔，这种腔对光轴与腔镜面的垂直要求严格，同时要求光纤端面具有很好的光学质量，以减小腔损耗；这种方式受到一定的限制，首先泵浦光聚焦后必须能透过腔镜进入光纤，其次高的泵浦功率将带来输出线宽的问题，难以获得窄线宽输出，因为即使对腔镜介质膜进行特别设计，输出线宽也会达到5-10nm；

2、光纤环形谐振腔

无源光纤环是直接将一个光纤祸合器的两个输出端连接起来，或者将一个输入端和一个输出端连接起来而构成的，耦合器起腔镜的反馈作用，从而构成谐振腔，耦合器的分束比类似于F-P腔镜的反射率，决定了谐振腔的精细度，这两种方法给泵浦光的耦合以及光纤激光器的封装都带来很大困难，不利于光纤激光器的实用化和商品化，受外界环境因素的影响特别明显。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全光纤激光器谐振腔及其制备方法，本发明制备方法简单易行，产品的性能得到提高，能有效满足光纤激光器的需求。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种全光纤激光器谐振腔，其包括有掺杂双包层光纤，该掺杂双包层光纤远离泵浦源一的端为前端、靠近泵浦源的一端为后端；该谐振腔还包括前端单模双包层光纤、后端单模双包层光纤，前端单模双包层光纤、后端单模双包层光纤及掺杂双包层光纤的模场相匹配，前端单模双包层光纤、后端单模双包层光纤分别熔接在掺杂双包层光纤的前端与后端，在前端单模双包层光纤、后端单模双包层光纤上分别刻制有前端光纤光栅、后端光纤光栅，前端光纤光栅与后端光纤光栅的波长带宽至少部分重叠，且前端光纤光栅的反射率小于后端光纤光栅的反射率，同时前端光纤光栅的反射带宽较小，便于形成窄带激光输出，后端光纤光栅反射带宽较大，有利波长范围的选择。

本发明所述谐振腔用于激光传输时，在前端光纤光栅、后端光纤光栅处分别形成谐振腔，由于前端单模双包层光纤、后端单模双包层光纤及掺杂双包层光纤的模场相匹配，其传输损耗小，前端光纤光栅的反向率小于后端光纤光栅的反射率，可以保证能高效的向前端传输，仅有少量的激光向泵浦源方向反射；由于采用本发明所述结构，在制备该谐振腔时，直接将刻制有光纤光栅的单模双包层光纤熔接在掺杂双包层光纤即可，本发明所述谐振腔可直接在光纤中实现，无需其它外设，且制备方法简单易行(具体制备方法如后所述)。

所述掺杂双包层光纤为掺镱双包层光纤。

所述后端光纤光栅的反射率为99％以上，以保证谐振腔内激光振荡的进行同时隔离反向光。

本发明所述全光纤激光器谐振腔的制备方法至少包括如下步骤：a、将单模双包层光纤上的涂覆层剥离；b、在单模双包层光纤上、其涂覆层剥离部位分别刻制前端光纤光栅、后端光纤光栅；c、将刻制有前端光纤光栅的前端单模双包层光纤熔接在掺杂双包层光纤的前端，将刻制有后端光纤光栅的后端单模双包层光纤熔接在掺杂双包层光纤的后端，并保证前端单模双包层光纤、后端单模双包层光纤及掺杂双包层光纤的模场相匹配。

在前述b步骤中，在刻制前端光纤光栅、后端光纤光栅时，通过控制施加在单模双包层光纤两端的拉力来控制所述前端光纤光栅、后端光纤光栅的波长；通过激光器发出紫外光，将该紫外光聚光后照射到单模双包层光纤上，通过控制其爆光时间来控制所述前端光纤光栅、后端光纤光栅的反射率。本制备方法可用于大量生产制备，易于控制，制备精度高。

在前述a步骤中，采用可调剥纤钳将所述单模双包层光纤上的涂覆层剥离，采用剥纤钳剥离的方式可最大可能的避免对光纤的损耗，减少光栅刻写的难度，增加刻写的安全性，提高刻写后光纤的稳定性。

在前述a步骤之前还有一个步骤a0，在前述c步骤之后还有一个步骤c1，其中：a0、将单模双色层光纤经载氢处理；c1、通过高温退火处理，除去光纤光栅中的氢分子或氘分子。本制备方法不需对光纤进行载氢前处理，保持了光纤的韧性，避免光纤发生损坏，该方法简单易行，适合生产需要。

附图说明

图1是本发明所述谐振腔的结构图；

图2是本发明所述制备方法示意图；

附图标记说明：

1、掺杂双包层光纤，2、前端单模双包层光纤，3、后端单模双包层光纤，4、前端光纤光栅，5、后端光纤光栅，6、激光器，7、反射镜，8、柱透镜，9、相位模板，10、调谐支架，11、拉力计，12、光谱分析仪，13、耦合器，14、光源。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种全光纤激光器谐振腔，其包括有掺杂双包层光纤1，该掺杂双包层光纤1远离泵浦源一的端为前端、靠近泵浦源的一端为后端，该谐振腔还包括前端单模双包层光纤2、后端单模双包层光纤3，前端单模双包层光纤2、后端单模双包层光纤3及掺杂双包层光纤1的模场相匹配，前端单模双包层光纤2、后端单模双包层光纤3分别熔接在掺杂双包层光纤1的前端与后端，在前端单模双包层光纤2、后端单模双包层光纤3上分别刻制有前端光纤光栅4、后端光纤光栅5，前端光纤光栅4与后端光纤光栅5的波长带宽至少部分重叠，且前端光纤光栅4的反向率小于后端光纤光栅5的反射率，同时前端光纤光栅4的反射带宽较小，便于形成窄带输出，后端光纤光栅5带宽较宽，有利波长范围的选择。

本实施例中，所述掺杂双包层光纤1为掺镱双包层光纤，前端光纤光栅4、后端光纤光栅5的反射率分别为20％、99％。

本实施例所采用的全光纤激光器谐振腔的制备方法包括如下步骤：

a0、将单模双色层光纤经载氢处理；a、采用可调剥纤钳将单模双包层光纤上的涂覆层剥离；b、在单模双包层光纤上、其涂覆层剥离部位分别刻制前端光纤光栅4、后端光纤光栅5，在刻制时，将该紫外光聚光后照射到单模双包层光纤上，通过控制施加在单模双包层光纤两端的拉力来控制所述前端光纤光栅4、后端光纤光栅5的波长，通过控制其爆光时间来控制前端光纤光栅4、后端光纤光栅5的反射率；c、将刻制有前端光纤光栅4的前端单模双包层光纤2熔接在掺杂双包层光纤1的前端，将刻制有后端光纤光栅5的后端单模双包层光纤3熔接在掺杂双包层光纤1的后端，并保证前端单模双包层光纤2、后端单模双包层光纤3及掺杂双包层光纤1的模场相匹配，c1、通过高温退火处理，除去光纤光栅中的氢分子或氘分子。

详细的制备方法如下：

先将经载氢处理后的单模双包层光纤2用可调剥纤钳在适当位置剥开一段长度的涂覆层，将此裸光纤部分固定于调谐支架10上，将相位模板9放置于待刻写的单模双包层光纤2处，保证相位模板9中的掩模方向与光敏双包层光纤方向垂直，将此段单模双包层光纤2的一端与耦合器13相连接，耦合器13输入两端分别连接1060nm波段宽带光源14以及光谱分析仪12，为光栅刻写提供光源参照以及观察光栅反射光谱，同时将单模双包层光纤2另一端也同光谱分析仪12相连接，观察透射光谱；此时，将单模双包层光纤2的待刻写部分利用拉力计11施加拉力调节光纤光栅的中心反射波长，使反射光栅的反射波长与输出波长相同；将准分子激光器6开启出射紫外光，紫外光斑通过反射镜7，改为射向相位模板9方向，此光束通过柱透镜8聚焦后经过相位模板9，将待刻写的单模双包层光纤2部分曝光后形成光纤内部周期性折射率改变，从而得出前端光纤光栅4及后端光纤光栅5；由于光栅的反射率随曝光时间的增加而加大，因此，控制刻写过程的曝光时间可以得到不同反射率的前端光纤光栅4及后端光纤光栅5；光纤激光器谐振腔的高反射光栅与低反射光栅的反射率要求不同，所以谐振腔的高反低反光栅可以以此完成；在前端光纤光栅4及后端光纤光栅5刻写完成后，通过高温退火技术，除去其中的氢、氘等分子，保持前端光纤光栅4及后端光纤光栅5的性能稳定；然后，将前端单模双包层光纤2、后端双包层光纤3分别熔接在掺杂双包层光纤1的前端与后端，由于带熔接光纤模场匹配，因此可以形成低损耗一体化谐振腔。

Claims

1、一种全光纤激光器谐振腔，其包括有掺杂双包层光纤，该掺杂双包层光纤远离泵浦源一的端为前端、靠近泵浦源的一端为后端，其特征在于，该谐振腔还包括前端单模双包层光纤、后端单模双包层光纤，前端单模双包层光纤、后端单模双包层光纤及掺杂双包层光纤的模场相匹配，前端单模双包层光纤、后端单模双包层光纤分别熔接在掺杂双包层光纤的前端与后端，在前端单模双包层光纤、后端单模双包层光纤上分别刻制有前端光纤光栅、后端光纤光栅，前端光纤光栅与后端光纤光栅的波长带宽至少部分重叠，且前端光纤光栅的反向率小于后端光纤光栅的反射率。

2、如权利要求1所述全光纤激光器谐振腔，其特征在于，所述掺杂双包层光纤为掺镱双包层光纤。

3、如权利要求1或2所述全光纤激光器谐振腔，其特征在于，所述后端光纤光栅的反射率为99％以上。

4、一种全光纤激光器谐振腔的制备方法，其特征在于，该方法至少包括如下步骤：

a、将单模双包层光纤上的涂覆层剥离；

b、在单模双包层光纤上、其涂覆层剥离部位分别刻制前端光纤光栅、后端光纤光栅；

c、将刻制有前端光纤光栅的前端单模双包层光纤熔接在掺杂双包层光纤的前端，将刻制有后端光纤光栅的后端单模双包层光纤熔接在掺杂双包层光纤的后端，并保证前端单模双包层光纤、后端单模双包层光纤及掺杂双包层光纤的模场相匹配。

5、如权利要求5所述全光纤激光器谐振腔的制备方法，其特征在于，在前述b步骤中，在刻制前端光纤光栅、后端光纤光栅时，通过控制施加在单模双包层光纤两端的拉力来控制所述前端光纤光栅、后端光纤光栅的波长。

6、如权利要求5所述全光纤激光器谐振腔的制备方法，其特征在于，在前述b步骤中，通过激光器发出紫外光，将该紫外光聚光后照射到单模双包层光纤上，通过控制其爆光时间来控制所述前端光纤光栅、后端光纤光栅的反射率。

7、如权利要求5至7中任一项所述全光纤激光器谐振腔的制备方法，其特征在于，在前述a步骤中，采用可调剥纤钳将所述单模双包层光纤上的涂覆层剥离。

8、如权利要求5至7中任一项所述全光纤激光器谐振腔的制备方法，其特征在于，在前述a步骤之前还有一个步骤a0，在前述c步骤之后还有一个步骤c1，其中：

a0、将单模双色层光纤经载氢处理；

c1、通过高温退火处理，除去光纤光栅中的氢分子或氘分子。