CN102684049A

CN102684049A - 光纤激光器

Info

Publication number: CN102684049A
Application number: CN2012101450389A
Authority: CN
Inventors: 肖起榕; 闫平; 陈霄; 巩马理; 张海涛
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2012-05-10
Filing date: 2012-05-10
Publication date: 2012-09-19

Abstract

本发明提出一种光纤激光器，包括：泵浦源，用于输出泵浦光；增益光纤；泵浦耦合器，用于接收所述泵浦光，并将所述泵浦光耦合进入所述增益光纤，由所述增益光纤对所述泵浦光进行一次吸收并得到光纤激光和残余泵浦光；以及反射组件，所述反射组件包括反射膜，用于对所述残余泵浦光进行高反射，其中，所述增益光纤将所述反射组件反射回的所述残余泵浦光进行二次吸收。该光纤激光器，可以对残余的泵浦光有效地进行再利用，使光纤激光的效率得到显著提升。因激光器中所用光纤长度较短，可以有效地抑制非线性效应，防止光纤毁伤。此外，无需对泵浦源波长进行精确控制，结构简单，并具有很高的可靠性和稳定性，输出功率有显著提高。

Description

光纤激光器

技术领域

本发明涉及激光技术领域，特别涉及一种光纤激光器。

背景技术

光纤激光器由于具有高功率、高效率和高亮度等优点，因此在工业、医学等领域有着广泛的应用，而高功率光纤激光器逐渐成为一个发展方向。

传统的光纤激光器，特别是采用975nm输出的激光二极管作为泵浦源时，由于激光二极管发射中心波长随温度变化而变得敏感，且增益光纤吸收峰值波长较窄，因此，若要使泵浦波长与增益光纤吸收峰值匹配，则需要对温度进行严格的控制，系统比较复杂。如果不进行温控，则无法高效利用泵浦激光。通常为了使泵浦激光功率能够被充分利用，采用掺杂浓度较高或者长度较长的增益光纤作为增益介质。

然而，较高掺杂浓度的增益光纤对光纤的制造来说难度较大，工艺复杂，难于实现。此外，增益光纤长度较长时，容易引发非线性等效应导致光纤毁伤，无法获得高功率输出。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种光纤激光器，该光纤激光器提高了光纤激光的效率，并可以有效地抑制非线性效应，防止光纤毁伤，具有很高的可靠性和稳定性。

为达到上述目的，本发明的实施例提出了一种光纤激光器，包括：泵浦源，用于输出泵浦光；增益光纤；泵浦耦合器，用于接收所述泵浦光，并将所述泵浦光耦合进入所述增益光纤，由所述增益光纤对所述泵浦光进行一次吸收并得到光纤激光和残余泵浦光；以及反射组件，所述反射组件包括反射膜，用于对所述残余泵浦光进行高反射，其中，所述增益光纤将所述反射组件反射回的所述残余泵浦光进行二次吸收。

根据本发明实施例的光纤激光器，可以对残余的泵浦光有效地进行再利用，使光纤激光的效率得到显著提升。因激光器中所用光纤长度较短，可以有效地抑制非线性效应，防止光纤毁伤。此外，无需对泵浦源波长进行精确控制，结构简单，并具有很高的可靠性和稳定性，输出功率有显著提高。

在本发明的一个实施例中，所述反射膜镀膜于所述光纤的端面。

在本发明的一个实施例中，所述反射组件还包括：耦合部件，用于对残余泵浦光和所述光纤激光进行准直；反射部件，所述反射膜镀膜于所述反射部件上，用于对准直后的所述残余泵浦光和光纤激光进行反射。

其中，所述耦合部件为单透镜、透镜组或者自聚焦透镜。

在本发明的一个实施例中，所述泵浦源为半导体激光器、光纤激光器或固体激光器。

在本发明的一个实施例中，所述泵浦耦合器为侧面泵浦耦合器或端面泵浦耦合器。

在本发明的一个实施例中，所述增益光纤为双包层或多包层光纤。

并且，所述增益光纤的掺杂粒子包括以下一种或多种：镱、铒、铥。所述增益光纤的内包层形状为八边型、“D”型或六边型。

在本发明的一个实施例中，所述的光纤激光器还包括切割成预设角度的光纤尾端。

在本发明的一个实施例中，所述光纤尾端和所述反射组件构成一对谐振腔以将所述光纤激光谐振输出。其中，所述光纤尾端的预设角度为直角。

在本发明的另一个实施例中，所述的光纤激光器还包括低反光纤光栅，所述低反光纤光栅和所述反射组件构成一对谐振腔以将所述光纤激光谐振输出。

其中，所述光纤尾端的预设角度为8°斜角，为了防止出现子腔。

在本发明的一个实施例中，所述的光纤激光器还包括调Q元件，在所述调Q元件的作用下，输出脉冲光纤激光。

在应用于调Q脉冲激光输出时，可以有效地压缩脉冲宽度。

在本发明的再一个实施例中，所述的光纤激光器还包括高反光纤光栅，所述低反光纤光栅和所述高反光纤光栅构成一对谐振腔以将所述光纤激光谐振输出。此时反射部件的所述反射膜仅对泵浦光进行高反射。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的光纤激光器的结构示意图；

图2为根据本发明一个实施例的光纤激光器的进一步的结构示意图；

图3为根据本发明另一个实施例的光纤激光器的结构示意图；

图4为根据本发明再一个实施例的光纤激光器的结构示意图；

图5为根据本发明又一个实施例的光纤激光器的结构示意图；和

图6为根据本发明还一个实施例的光纤激光器的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

下面参照图1至图6描述根据本发明实施例提出的光纤激光器。

如图1所示，该光纤激光器包括泵浦源5、增益光纤3、泵浦耦合器4和反射组件1′。其中：

泵浦源5用于输出泵浦光。在本发明的一个实施例中，泵浦源5可以为半导体激光器、光纤激光器或固体激光器。可以理解的是，不管泵浦源采用何种激光器，都具有其自身的优势。例如，半导体激光器的优点是体积小、重量轻、运转可靠、耗电少、效率高等。

泵浦耦合器4用于接收泵浦源5发出的泵浦光，并将泵浦光耦合进入增益光纤3，由增益光纤3对泵浦光进行一次吸收并得到光纤激光和残余泵浦光。

在本发明的一个实施例中，泵浦耦合器4为侧面泵浦耦合器或端面泵浦耦合器。

反射组件1′包括反射膜，用于对残余泵浦光进行高反射，其中，增益光纤3将反射组件1′反射回的残余泵浦光进行二次吸收。

根据本发明实施例的光纤激光器，可以对残余的泵浦光有效地进行再利用，显著提升了光纤激光的效率。

在本发明的一个实施例中，如图2所示，反射组件1′还包括耦合部件2和反射部件1。其中，耦合部件2用于对残余泵浦光和光纤激光进行准直。反射膜镀膜于反射部件1上，用于对准直后的残余泵浦光和光纤激光进行高反射。换言之，反射部件1镀有对光纤激光和泵浦光波长高反射膜系。

其中，反射部件1可以为反射腔镜。耦合部件可以为单透镜、透镜组或者自聚焦透镜。

在本发明的一个实施例中，增益光纤3可以为双包层或多包层光纤。其中，增益光纤的掺杂粒子包括以下一种或多种：Yb（镱）、Er（铒）、Tm（铥）。并且，增益光纤的内包层形状可以为八边型、“D”型或六边型。

通过采用掺杂稀土元素粒子的增益光纤作为增益介质，可以使泵浦激光功率能够被更充分地利用。

在本发明的一个实施例，如图1所示，该光纤激光器还包括切割成预设角度的光纤尾端6。在本发明的一个示例中，如图2所示，光纤尾端6的预设角度为直角。

并且，反射部件1和直角光纤尾端6形成的4%菲涅尔反射构成一对谐振腔，实现光纤激光谐振输出。

在本发明的另一个实施例中，如图3所示，利用镀膜的光纤端面10代替反射组件1′，其中反射膜镀膜于光纤端面10上。除此之外，该光纤激光器还包括增益光纤3、低反光纤光栅7、泵浦耦合器4、泵浦源5和光纤尾端6。也就是说，镀膜的光纤端面10对泵浦光和信号光均进行高反射。

具体地，利用泵浦耦合器4例如（1+1）×１侧面泵浦耦合器，将泵浦源5所输出的泵浦光耦合进入增益光纤3，在经过增益光纤3一次吸收后，由镀膜的光纤端面10反射回增益光纤3形成二次吸收，达到泵浦激光的有效利用。其中，镀膜的光纤端面10和低反光纤光栅7构成一对谐振腔，实现光纤激光谐振输出。为防止出现子腔，光纤尾端的预设角度为8°斜角。

在本发明的再一个实施例中，如图4所示，泵浦耦合器4采用（2+1）×１侧面泵浦耦合器。此外，该光纤激光器还包括增益光纤3、低反光纤光栅（Output Couple，OC）7、反射组件1′、光纤尾端6和泵浦源5。其中，反射组件1′中的反射部件1镀有对泵浦光和光纤激光均具有高反射率的反射膜。

具体地，利用（2+1）×１侧面泵浦耦合器4将泵浦源5所输出的泵浦光耦合进入增益光纤3，经过增益光纤3一次吸收后，由反射组件1′中的反射部件1反射回增益光纤3形成二次吸收，达到泵浦激光的有效利用。其中，反射组件1′中的反射部件1和低反光纤光栅7构成一对谐振腔，实现光纤激光谐振输出。为防止出现子腔，光纤尾端6的预设角度可以切割成8°斜角。

在本发明的又一个实施例中，如图5所示，在耦合部件2和反射部件1之间还包括调Q元件9，并在调Q元件9的作用下实现输出脉冲光纤激光，其中调Q元件9可以为声光、电光等介质。可以理解的是，加入调Q元件9仅仅为本发明的一个示例，为实现连续的光纤激光输出，本发明的其他示例可以不加入调Q元件9。

具体地，如图5所示的光纤激光器还包括增益光纤3、低反光纤光栅7、反射部件1、耦合部件2、泵浦耦合器4、光纤尾端6和泵浦源5。其中，反射部件1镀有对泵浦光和光纤激光均具有高反射率的反射膜。利用泵浦耦合器4例如（1+1）×１端面泵浦耦合器，将泵浦源5所输出的泵浦光耦合进入增益光纤3，经过增益光纤3一次吸收后，由反射部件1反射回增益光纤3形成二次吸收，达到泵浦激光的有效利用。反射部件1和低反光纤光栅7构成一对谐振腔，在调Q元件9作用下实现脉冲光纤激光输出。为防止出现子腔，光纤尾端6的预设角度可以切割成8°斜角。

根据本发明实施例的光纤激光器，在应用于调Q脉冲激光输出时，可以有效地压缩脉冲宽度。

在本发明的还一个实施例中，如图6所示，该光纤激光器除了包括增益光纤3、低反光纤光栅7、反射部件1、耦合部件2、泵浦耦合器4、光纤尾端6和泵浦源5，还包括高反光纤光栅（High Reflectance，HR）8。其中，反射部件1镀有仅仅对泵浦光具有高反射率的反射膜。利用泵浦耦合器4例如（1+1）×１侧面泵浦耦合器将泵浦源5所输出的泵浦光耦合进入增益光纤3，经过增益光纤3一次吸收后，由反射部件1反射回增益光纤3形成二次吸收，达到泵浦激光的有效利用。高反光纤光栅8和低反光纤光栅7构成一对谐振腔，实现光纤激光谐振输出。为防止出现子腔，光纤尾端6的预设角度可以切割成8°斜角。

由上可知，对于采用光纤光栅作为光纤激光高反的谐振腔镜情况，反射部件1仅镀有对泵浦光波长高反射膜系。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims

1.一种光纤激光器，其特征在于，包括：

泵浦源，用于输出泵浦光；

增益光纤；

泵浦耦合器，用于接收所述泵浦光，并将所述泵浦光耦合进入所述增益光纤，由所述增益光纤对所述泵浦光进行一次吸收并得到光纤激光和残余泵浦光；以及

反射组件，所述反射组件包括反射膜，用于对所述残余泵浦光进行高反射，其中，所述增益光纤将所述反射组件反射回的所述残余泵浦光进行二次吸收。

2.如权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，所述反射膜镀膜于所述光纤的端面。

3.如权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，所述反射组件还包括：

耦合部件，用于对残余泵浦光和所述光纤激光进行准直；

反射部件，所述反射膜镀膜于所述反射部件上，用于对准直后的所述残余泵浦光和光纤激光进行反射。

4.如权利要求3所述的光纤激光器，其特征在于，所述耦合部件为单透镜、透镜组或者自聚焦透镜。

5.如权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，所述泵浦源为半导体激光器、光纤激光器或固体激光器。

6.如权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，所述泵浦耦合器为侧面泵浦耦合器或端面泵浦耦合器。

7.如权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，所述增益光纤为双包层或多包层光纤。

8.如权利要求7所述的光纤激光器，其特征在于，所述增益光纤的掺杂粒子包括以下一种或多种：镱、铒、铥。

9.如权利要求7所述的光纤激光器，其特征在于，所述增益光纤的内包层形状为八边型、“D”型或六边型。

10.如权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，还包括切割成预设角度的光纤尾端。

11.如权利要求1-10中任一项所述的光纤激光器，其特征在于，所述光纤尾端和所述反射组件构成一对谐振腔以将所述光纤激光谐振输出。

12.如权利要求1-10中任一项所述的光纤激光器，其特征在于，还包括低反光纤光栅，所述低反光纤光栅和所述反射组件构成一对谐振腔以将所述光纤激光谐振输出。

13.如权利要求12所述的光纤激光器，其特征在于，还包括：调Q元件，在所述调Q元件的作用下，输出脉冲光纤激光。

14.如权利要求12所述的光纤激光器，其特征在于，还包括高反光纤光栅，所述低反光纤光栅和所述高反光纤光栅构成一对谐振腔以将所述光纤激光谐振输出。