CN103531995B - 一种提高光纤激光器光束质量的有源光纤器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高光纤激光器光束质量的有源光纤器件，其包括泵浦光光纤分束部分、产生诱导激光的光纤部分以及光纤合束部分；其中，泵浦光光纤分束部分用于将泵浦光分成两束强度不同的泵浦光并输出；产生诱导激光光纤部分用于强度较弱泵浦光泵浦增益光纤产生诱导激光，并输出至光纤合束部分；光纤合束部分用于将所述诱导激光和泵浦光强度较强的泵浦光合束。利用这种插入式光纤器件可在较大程度上提高光纤激光器输出激光的光束质量。本发明提出的上述方案使用方便，制作成本低，在能够保证激光功率和效率的前提下，有效地提高光纤激光器的光束质量。

Description

一种提高光纤激光器光束质量的有源光纤器件
技术领域
本发明属于光纤光学器件领域，尤其涉及一种提高光纤激光器光束质量的有源光纤器件。
背景技术
近年来，光纤激光器凭借其效率高，体积小，散热好，操作便捷等诸多优点在激光及其加工技术领域取得了长足的发展，并在光纤通信、工业加工、医疗、军事等领域获得了广泛的应用，特别是高功率高光束质量光纤激光器在激光厚板切割、激光焊接、精密制造等加工领域已逐渐占领大份额激光器市场。光纤激光器随着激光功率的增加，其输出激光光束质量逐渐变差，主要原因是由于激光功率的增加使得增益光纤中的高阶模被逐渐放大，导致光纤激光光束质量变差。
发明内容
为了提高光纤激光器的光束质量，并保证其输出激光功率不变，本发明提供一种提高光纤激光器光束质量的光纤器件。
根据本发明的一方面，提高光纤激光器光束质量的有源光纤器件，其包括泵浦光光纤分束部分、产生诱导激光的光纤部分以及光纤合束部分；其中，泵浦光光纤分束部分用于将泵浦光分成两束强度不同的泵浦光并输出；产生诱导激光光纤部分用于强度较弱泵浦光泵浦增益光纤产生诱导激光，并输出至光纤合束部分；光纤合束部分用于将所述诱导激光和泵浦光强度较强的泵浦光合束。
其中所述泵浦光光纤分束部分包括与泵浦源尾纤熔接的泵浦光传能光纤以及由所述传能光纤分成的两根泵浦光传能光纤，其中所述两根泵浦光传能光纤的泵浦光分束强度不同。
其中所述产生诱导激光的光纤部分包括输入光纤光栅、增益光纤以及输出光纤光栅；其中，输入光纤光栅、输出光纤光栅分别与增益光纤的两端熔接，形成光纤激光谐振腔，输出诱导激光，输入光纤光栅的另一端与所述泵浦光光纤分束部分中泵浦光强度较弱的泵浦光传输光纤熔接，所产生的诱导激光通过输出光纤光栅输出。
其中所述光纤合束部分包括诱导激光传能光纤、泵浦光传输光纤和输出传能光纤；所述诱导激光传能光纤的一端与所述产生诱导激光的光纤部分中输出诱导激光的光纤光栅熔接，另一端与所述泵浦光光纤分束部分中泵浦光强度较强的泵浦光传输光纤合束熔接到输出传能光纤。
其中所述两根泵浦光传能光纤的有效模场直径不同；且泵浦光分束比例在1∶9到1∶4之间。
其中所述诱导激光传能光纤与所述泵浦光光纤分束部分中泵浦光强度较强的泵浦光传输光纤以(1+1)×1的合束方式熔接到输出传能光纤。
将本发明提出的上述有源光纤器件插入光纤激光器增益腔中，可利用小功率高光束质量的诱导激光在主增益光纤中产生激光模式诱导作用，增加主增益光纤中激光低阶模竞争优势，使低阶模增益增加、高阶模增益降低，从而提高了输出激光的光束质量。本发明操作简单、使用方便，灵活性高且制作成本低，在能够保证激光功率和效率的前提下，有效地提高光纤激光器输出激光的光束质量。
附图说明
图1为本发明优选实施例中用于提高光纤激光器光束质量的光纤器件结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
图1示出了本发明提出的一种提高光纤激光器光束质量的有源光纤器件。如图1所示，其包括泵浦光光纤分束部分、产生诱导激光的光纤部分以及光纤合束部分。其中，泵浦光光纤分束部分用于将泵浦光分成两束强度不同的泵浦光并输出；产生诱导激光光纤器件用于根据泵浦光光纤分束部分中泵浦光强度较弱的泵浦光产生诱导激光，并输出至光纤合束部分；光纤合束部分用于将所述诱导激光和泵浦光强度较强的泵浦光进行合束后输出。
其中，所述泵浦光光纤分束部分，包括与泵浦源1尾纤熔接的泵浦光传能光纤3以及由所述传能光纤3分成的两根泵浦光传能光纤，即第一泵浦光传能光纤4和第二泵浦光传能光纤5；其中，所述泵浦光传能光纤3的光纤特征参数与泵浦源1尾纤相同，第一泵浦光传能光纤4的泵浦光强度比第二泵浦光传能光纤5弱，且第一泵浦光传能光纤4与所述产生诱导激光光纤部分熔接；第一泵浦光传能光纤4和第二泵浦光传能光纤5的有效模场直径不同，且所述第一泵浦光传能光纤4的有效模场直径小于第二传泵浦光能光纤5的有效模场直径，第一泵浦光传能光纤4和第二泵浦光传能光纤5的泵浦光分束比例在1∶9到1∶4之间。
所述产生诱导激光的光纤部分，其包括输入光纤光栅6、增益光纤7以及输出光纤光栅8；输入光纤光栅6、输出光纤光栅8分别与增益光纤7两端熔接，形成光纤激光谐振腔，输出诱导激光，输入光纤光栅6的另一端与第一泵浦光传能光纤4熔接，所产生的诱导激光通过输出光纤光栅8输出。所述光纤合束部分，其包括：诱导激光传能光纤9、第二泵浦光传输光纤5和输出传能光纤10；诱导激光传能光纤9的一端与输出光纤光栅8熔接，另一端与泵浦光分束较强的第二泵浦光传能光纤5合束熔接到合束输出传能光纤10。诱导激光传能光纤9与另一泵浦光分束较强的第二传能光纤5以(1+1)×1的合束方式熔接到输出传能光纤10。。
本发明优选实施例中，为了提高光纤激光器输出激光光束质量，将本发明提出的有源光纤器件插入光纤激光器增益腔(包括半导体泵浦源1，双包层掺镱光纤11和输出传能光纤12)中：采用976nm，250W半导体激光泵浦源1，其尾纤参数直径为220μm，数值孔径为0.22。将一根直径为105μm，数值孔径为0.15的传能光纤4与一根直径为200μm，数值孔径为0.22的传能光纤5拉锥合束熔接到一根直径为220μm，数值孔径为0.22的传能光纤3上，传能光纤3与泵浦源1尾纤熔接，泵浦光分束总效率大于96％，泵浦光功率为200W时，传能光纤4、5中传输泵浦光功率分别为23W、170W。传能光纤4的另一端与输入光纤光栅6尾纤(双包层20／400μm，数值孔径0.06／0.46)进行模场匹配熔接，熔接传输效率高于98％，输入光纤光栅6对976nm高透，1080nm高反，光纤光栅6另一端与增益光纤7熔接，增益光纤7采用长度为3.5m的20／400μm，数值孔径0.06／0.46的双包层掺镱光纤，其吸收系数为1.7dB／m，增益光纤7另一端与输出光纤光栅8尾纤(双包层20／400μm，数值孔径0.06／0.46)熔接，输出光纤光栅8对080nm波长激光透过率为90％，输出诱导激光功率为10W。将一根双包层20／200μm，数值孔径0.06／0.46的传能光纤9与光纤光栅输出尾纤纤芯对准熔接，传能光纤9另一端与传能光纤5以(1+1)×1的合束方式熔接到一根双包层20／400μm，数值孔径为0.06／0.46的传能光纤10上，即传能光纤5与传能光纤9合束熔接时，传能光纤9的纤芯与传能光纤10的纤芯对准，此时，9.7W诱导激光在光纤纤芯中传播，165W泵浦光输入到传能光纤10中。传能光纤10与长度为12m的20／400μm，数值孔径0.06／0.46的双包层掺镱增益光纤11熔接，增益光纤11另一端与双包层20／400μm，数值孔径为0.06／0.46的输出传能光纤12熔接。由于高光束质量的诱导激光在增益光纤11中的模式诱导作用，最终输出激光光束质量M2为1.1，其功率为145W，在输出功率基本相同的情况下，改善了光纤激光器输出激光的光束质量(未插入本光纤器件时，M2为2.0，输出功率148W)。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种提高光纤激光器光束质量的有源光纤器件，其包括泵浦光光纤分束部分、产生诱导激光的光纤部分以及光纤合束部分；其中，泵浦光光纤分束部分用于将泵浦光分成两束强度不同的泵浦光并输出；产生诱导激光光纤部分用于强度较弱泵浦光泵浦增益光纤产生诱导激光，并输出至光纤合束部分；光纤合束部分用于将所述诱导激光和泵浦光强度较强的泵浦光合束。
2.如权利要求1所述的光纤器件，其特征在于，所述泵浦光光纤分束部分包括与泵浦源尾纤熔接的泵浦光传能光纤以及由所述传能光纤分成的两根泵浦光传能光纤，其中所述两根泵浦光传能光纤的泵浦光分束强度不同。
3.如权利要求1所述的光纤器件，其特征在于，所述产生诱导激光的光纤部分包括输入光纤光栅、增益光纤以及输出光纤光栅；其中，输入光纤光栅、输出光纤光栅分别与增益光纤的两端熔接，形成光纤激光谐振腔，输出诱导激光，输入光纤光栅的另一端与所述泵浦光光纤分束部分中泵浦光强度较弱的泵浦光传能光纤熔接，所产生的诱导激光通过输出光纤光栅输出。
4.如权利要求1所述的光纤器件，其特征在于，所述光纤合束部分包括诱导激光传能光纤、泵浦光传能光纤和输出传能光纤；所述诱导激光传能光纤的一端与所述产生诱导激光的光纤部分中输出诱导激光的光纤光栅熔接，另一端与所述泵浦光传能光纤即所述泵浦光光纤分束部分中泵浦光强度较强的泵浦光传能光纤合束熔接到输出传能光纤。
5.如权利要求2所述的光纤器件，其特征在于，所述两根泵浦光传能光纤的有效模场直径不同；且泵浦光分束比例在1∶9到1∶4之间。
6.如权利要求4所述的光纤器件，其特征在于，所述诱导激光传能光纤与所述泵浦光光纤分束部分中泵浦光强度较强的泵浦光传能光纤以(1+1)×1的合束方式熔接到输出传能光纤。
7.如权利要求1-6任一项所述的光纤器件，其特征在于，该光纤器件用于插入光纤激光器增益腔，以提高光纤激光器输出激光的光束质量。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0989638A1 (en) * 1998-09-22 2000-03-29 PIRELLI CAVI E SISTEMI S.p.A. Pump device for pumping an actice fiber of an optical amplifier and corresponding optical amplifier
CN1490639A (zh) * 2002-10-15 2004-04-21 ���ǵ�����ʽ���� 用于波分复用系统的自接种的法布里-珀罗激光器件

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