CN102820607A - 一种信号及泵浦激光混合集成器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种信号及泵浦激光混合集成器件，结构为将多个多模泵浦激光器管芯、至少一个单模信号激光器管芯、所有光路整形透镜及90°反射镜都安装在同一激光器壳体内，并耦合进同一根输出光纤中；单模信号激光器管芯的输出口对应一套光路整形透镜及90°反射镜，每个泵浦激光管芯输出口对应一套光路整形透镜及90°反射镜，且所有的90°反射镜在空间上互不重叠并且相应的反射光都对准同一聚光透镜，经过聚光透镜后，耦合到同一根输出光纤输出，其中信号光耦合到输出光纤的纤芯，泵浦光耦合到输出光纤的截面。本发明结构取代传统复杂光路系统，简化光学设计，结构紧凑、可靠、稳定，性能佳。
Description
技术领域
本发明属于半导体封装耦合领域，涉及一种单模信号及多模泵浦激光的混合集成光纤耦合半导体激光器器件，尤其涉及光纤激光器、光纤放大器的信号及泵浦激光混合集成器件。
背景技术
光纤激光器有着光束质量优、转换效率高、全光路结构、维护方便等优点，目前被广泛运用于很多工业领域，诸如:材料切割、钻孔、焊接、打标等。目前常用方法，通过使用双包层光纤来获得高光束质量的单模、准单模激光，在双包层光纤中，纤芯通过信号光，通过光纤合束器，使得包层中耦合入泵浦光，然后通过参杂光纤，使得信号光进行放大。其中核心器件光纤信号、泵浦合束器，在耦合过程中，会存在不同程度的信号和泵浦损失，这给器件高功率的稳定性、可靠性带来考验，同时损耗也会影响后级放大效果以及光束质量。高功率的光纤放大器也使用了类似的原理。常规的光路设计，使得信号光源以及泵浦光源，使用各自独立的半导体器件，通过光纤合束器进行耦合，这就使得光路过于复杂、庞大，电路控制过于繁琐。
发明内容
本发明的目的为了克服上述现有技术存在的缺陷和问题，提供一种信号及泵浦激光合成模块，本发明的输出光纤内纤芯耦合入信号光，包层内耦合入泵浦光，本发明结构取代传统复杂光路系统，简化光学设计，结构紧凑、可靠、稳定，性能佳。
本发明的技术方案为：
一种信号及泵浦激光混合集成器件，包括至少一个单模信号激光器管芯、多个多模泵浦激光器管芯、与管芯数相同套的光路整形透镜及90°反射镜、一个聚光透镜和一根输出光纤，其特征在于：将多个多模泵浦激光器管芯、单模信号激光器管芯、所有光路整形透镜及90°反射镜都安装在同一激光器壳体内，并耦合进同一根输出光纤中；每个单模信号激光器管芯的输出口对应一套光路整形透镜及90°反射镜，每个泵浦激光管芯输出口对应一套光路整形透镜及90°反射镜，且所有的90°反射镜在空间上互不重叠并且相应的反射光都对准同一聚光透镜，经过聚光透镜后，耦合到同一根输出光纤输出，其中信号光耦合到输出光纤的纤芯，泵浦光耦合到输出光纤的截面。
所述单模信号激光器管芯的波长为1064nm、1550nm或任一个和使用的稀土掺杂的有源光纤对应的信号波长。
所述多个多模泵浦激光器管芯的波长为915nm、980nm或任一个和使用的稀土掺杂的有源光纤对应的泵浦波长，多个泵浦激光管芯内的激光波长为相同或不同。
信号激光管芯数量至少是一个，信号激光入射至输出光纤的纤芯，信号激光管芯是一个或多个，多个信号激光管芯内的信号激光波长相同或不同波长的组合。
所述的输出光纤为单包层光纤、多包层光纤、光子晶体光纤、保偏光纤、多芯光纤、光纤束或者有源光纤。
所述的输出光纤的纤芯是矩形、正方形、椭圆、多边形、圆形中的之一或二者以上的组合。
所述的光路整形透镜和90°反射镜都镀有相应的膜层。
本发明同时实现，输出光纤内纤芯耦合入信号光，包层内耦合入泵浦光，该结构取代传统复杂光路系统，简化光学设计，结构紧凑、可靠、稳定，性能佳。
附图说明
图1是本发明实施例提供的的主视图。
图2a是棱镜镀膜反射曲线图。
图2b是棱镜镀膜反射曲线图。
图3a是激光管排列示意图。
图3b是图3a激光管排列的整形后示意图。
图4是双包层光纤结构。
图5 是常规光纤激光器光路示意图。
图6是使用本发明的光纤激光器示意图。
图7 是光纤束耦合示意图。
图8 是多芯多包层光纤的耦合示意图。
具体实施方式
结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1所示，激光合成模块，包括壳体7、一个信号激光管芯8、二个泵浦激光管芯1、三套光路整形透镜及90°反射镜、聚光透镜10、输出光纤5，一个信号激光管芯8、二个泵浦激光管芯1、三套光路整形透镜及90°反射镜、聚光透镜10分别安装在壳体7内，聚光透镜10透射的光对准输出光纤5；信号激光管芯8输出口对应一套光路整形透镜及90°反射镜，每个泵浦激光管芯1输出口对应一套光路整形透镜及90°反射镜，且每套90°反射镜的反射光都对准聚光透镜10，信号激光通过一套光路整形透镜13使得光投射在90°反射镜15上；一泵浦激光通过另一套光路整形透镜（2、3）使得光投射在90°反射镜4上，另一泵浦激光通过另一套光路整形透镜使得光投射在90°反射镜上；泵浦90°反射镜与信号90°反射镜在空间上互不重叠，通过聚光透镜10后，耦合入输出光纤5内输出。
由于光纤激光器与光纤放大器在使用的时候，信号光存在一定的反射，反射主要来源于加工高反材料以及空间耦合时端面存在一定菲涅尔反射，如果反射光特别强烈，反射到泵浦激光管芯1或信号激光管芯8中，会对管芯造成不可逆转的损伤，为了避免这种情况发生，本发明会在镜面上镀上不同的膜层，举例说明，一般光纤激光器，信号光波长为1064nm,泵浦光波长为915nm，为了避免1064nm波长反射损伤泵浦激光管芯1，在整形透镜2上镀上915nm高透膜层，1064nm高反膜层，同时在90°反射镜片4镀上915nm高反膜层，1064nm高透膜层，这样使得反射回来的1064nm信号光无法进入泵浦激光管芯1，以上提到的高透膜层，透过率大于99.9%；同样为了避免泵浦光损伤信号激光管芯8，整形透镜13上镀上1064nm高透膜层，915nm高反膜层，同时在90°反射镜片15镀上1064nm高反膜层， 915nm高透膜层，这样使得反射回来的915nm信号光无法进入信号激光管芯8，以上提到的高透膜层，透过率大于99.9%，在具体见图2a、图2b。
如图3a所示，泵浦激光器与信号激光器在空间呈梯度交错排列，彼此光路轴心交错，不重叠，通过各自的光路整形透镜和准直透镜使得各自光斑达到光纤端面时呈图3b所示。
输出光纤5为单包层光纤、多包层光纤、光子晶体光纤、保偏光纤、多芯光纤或者有源光纤。图4所示为常规光纤激光器用双包层光纤，纤芯10-125 NA=0.08/0.46，光纤端面可镀增透膜，1064nm信号光耦合入10um纤芯中，915nm泵浦光耦合入125um第一层包层中，为了提高亮度，915nm泵浦光耦合入纤芯周围亦不影响整个结构。广泛来讲，信号光亦可为其他波长激光，比如1310nm、1550nm、2000nm等不同波长，泵浦光亦可为其他波长激光808nm、915nm、965nm、975nm、980nm、1064nm、1280nm等，且不局限与所列各种波长。
如图5所示，目前MOPA结构光纤激光器光路由1064nm种子源，泵浦信号耦合器，915nm泵浦源，参杂光纤，光栅和传输跳线组成。泵浦信号耦合器起到把信号光和泵浦光耦合入双包层光纤中的作用，915nm泵浦源与1064nm信号光由各自半导体激光模块构成。
如图6所示，运用本发明结构的光路系统，结合了915nm泵浦源、1064nm信号光、泵浦信号耦合器3种器件功能，使得整个光路、电路结构得到了大大简化，提高了耦合效率和系统的紧凑型、稳定性、可靠性。
如图1所示，图中只有2个泵浦激光管芯、1个信号激光管芯，输出光纤为双包层光纤，推广而言，泵浦激光管芯可以是多个，数量3、6、8、18等，且泵浦激光管芯的波长可以是相同亦可是不同，泵浦激光管芯可以是单模亦可是多模；信号激光管芯亦可是多个，数量3、6、8、18等，且信号激光管芯的波长可以是相同亦可是不同，信号激光管芯可以是单模亦可是多模；输出光纤5亦可是多芯光纤，或者是光纤束。
如图7所示，输出光纤5是一种光纤束，该光纤束是由多根光纤组成，光纤可以是单包层光纤、多包层光纤、光子晶体光纤、保偏光纤、多芯光纤、光纤束或者有源光纤，纤芯亦可以是矩形、正方形、椭圆等，或者这些光纤的组合，根据设计需求，运用本发明可以把所需的不同激光耦合入需要的纤芯或者包层中；
如图8所示，输出光纤5是一种多芯多包层光纤示意图，运用本发明可以使用975nm、1080nm、1064nm三种不同波长的信号激光管芯，耦合入光纤纤芯中，运用915nm、960nm两种不同波长的泵浦激光管芯，耦合入第一和第二包层中。且同一包层和纤芯亦可耦合入不同波长的激光。
Claims (7)
1.一种信号及泵浦激光混合集成器件，包括至少一个单模信号激光器管芯、多个多模泵浦激光器管芯、与管芯数相同套的光路整形透镜及90°反射镜、一个聚光透镜和一根输出光纤，其特征在于：将多个多模泵浦激光器管芯、单模信号激光器管芯、所有光路整形透镜及90°反射镜都安装在同一激光器壳体内，并耦合进同一根输出光纤中；每个单模信号激光器管芯的输出口对应一套光路整形透镜及90°反射镜，每个泵浦激光管芯输出口对应一套光路整形透镜及90°反射镜，且所有的90°反射镜在空间上互不重叠并且相应的反射光都对准同一聚光透镜，经过聚光透镜后，耦合到同一根输出光纤输出，其中信号光耦合到输出光纤的纤芯，泵浦光耦合到输出光纤的截面。
2.如权利要求1所述的信号及泵浦激光混合集成器件，其特征在于：所述单模信号激光器管芯的波长为1064nm、1550nm或任一个和使用的稀土掺杂的有源光纤对应的信号波长。
3.如权利要求1所述的信号及泵浦激光混合集成器件，其特征在于：所述多个多模泵浦激光器管芯的波长为915nm、980nm或任一个和使用的稀土掺杂的有源光纤对应的泵浦波长，多个泵浦激光管芯内的激光波长为相同或不同。
4.如权利要求1所述的信号及泵浦激光混合集成器件，其特征在于：信号激光管芯数量至少是一个，信号激光入射至输出光纤的纤芯，信号激光管芯是一个或多个，多个信号激光管芯内的信号激光波长相同或不同波长的组合。
5.如权利要求1所述的信号及泵浦激光混合集成器件，其特征在于：所述的输出光纤为单包层光纤、多包层光纤、光子晶体光纤、保偏光纤、多芯光纤、光纤束或者有源光纤。
6.如权利要求5所述的信号及泵浦激光混合集成器件，其特征在于：所述的输出光纤的纤芯是矩形、正方形、椭圆、多边形、圆形中的之一或二者以上的组合。
7.如权利要求1－2之一所述的信号及泵浦激光混合集成器件，其特征在于：所述的光路整形透镜和90°反射镜都镀有相应的膜层。
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