CN103633543A - 一种多光纤激光增益系统和光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光纤激光器领域，公开了一种多光纤激光增益系统，包括一根无芯光纤和多根单模掺杂增益光纤；所述多根单模掺杂增益光纤和无芯光纤均为裸光纤，单模掺杂增益光纤围绕在无芯光纤周围，并与无芯光纤紧密束缚在一起。还公开一种光纤激光器，包括泵浦源、泵浦耦合系统和激光腔系统，所述激光腔系统采用上述的多光纤激光增益系统。该结构采用同一泵浦源泵浦多路光纤激光腔同时工作，提高了泵浦效率和激光器的输出光功率，同时使得激光模式更加稳定，也降低了成本；采用无芯光纤外围紧密接触一组单模掺杂增益光纤的多光纤激光腔结构，结构简单、输出功率大，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及光纤激光器领域，尤其涉及一种光纤环形腔激光器。
背景技术
光纤放大器是获取高转换效率、高光束质量、窄线宽、高稳定性激光的重要组成元件，采用环形腔激光谐振腔是获取单纵模激光的有效方式，然而通常情况下光纤激光器均采用单个谐振腔结构，使得高功率下激光模式不稳定，低功率下又会造成泵浦功率浪费，最终都会使制造成本增加。
中国专利局于2008年3月19日公告的实用新型专利《一种利用倏逝波耦合增益的微光纤环形结燃料激光器》（申请号：200720109273.5），公开了一种利用倏逝波耦合增益的微光纤环形结染料激光器，其谐振腔中增益介质采用微光纤环形结浸入掺有增益介质的溶液中的形式，利用分布在微光纤表面的倏逝波激发增益介质从而产生激光。此结构虽然制备简易，但仍然只是单腔运转，与传统光纤激光器存在一样的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种新的解决思路，提供了一种多光纤激光增益系统和一种光纤激光器，具有多子光纤环形腔结构，输出功率高，成本低。
为达到上述目的，本发明提出的技术方案为：一种多光纤激光增益系统，包括一根无芯光纤和多根单模掺杂增益光纤；所述多根单模掺杂增益光纤和无芯光纤均为裸光纤，单模掺杂增益光纤围绕在无芯光纤周围，并与无芯光纤紧密束缚在一起。
进一步的，所述多根单模掺杂增益光纤和无芯光纤由白热塑管或多段透明热塑管扎紧束缚在一起，或者由低折射率UV胶紧固束缚在一起；所述无芯光纤的直径大于或等于单模掺杂增益光纤的直径。
本发明的另一技术方案为采用上述多光纤激光增益系统构成多环形腔的光纤激光器，包括泵浦源、泵浦耦合系统和激光腔系统，所述激光腔系统采用上述的多光纤激光增益系统。
进一步的，所述激光腔系统还包括波分复用耦合器、分光系统、选模元件、监控系统和光隔离器；所述波分复用耦合器一端连接泵浦耦合系统，一端连接所述多光纤激光增益系统的无芯光纤，另一端连接光隔离器，泵浦光经由波分复用耦合器进入多光纤激光增益系统，激发所述单模掺杂增益光纤产生的激光经分光系统，一部分激光作为输出光输出，另一部分激光入射到选模元件，依次经过选模元件、监控系统和光隔离器之后经由波分复用耦合器再次进入多光纤激光增益系统，构成多光纤环形腔振荡激光。
进一步的，所述选模元件包括Si加热标准具和空气标准具；所述监控系统包括分光镜和PD探测器。
进一步的，所述监控系统还包括反馈控制系统。
进一步的，所述选模元件、监控系统和光隔离器中各光学元件由光胶粘合固定为微片结构。
进一步的，所述分光系统、选模元件、监控系统、光隔离器和波分复用耦合器固定于一环形腔固件中。
进一步的，所述分光系统输出光一端还设有可变光衰减器。
进一步的，所述激光腔系统还包括稳频系统、频率转换晶体、光束整形元件、选偏元件或调Q元件中的一种或多种。
本发明的有益效果为：采用多路光纤激光腔同时工作，提高了输出光功率，同时使得激光模式更加稳定，也降低了成本；采用无芯光纤外围紧密接触一组单模掺杂增益光纤的多光纤激光腔结构，并利用耦合进无芯光纤内的泵浦光的倏逝波不断透入到单模掺杂增益光纤内对增益介质进行激发产生激光，从而实现多路光纤激光腔同时工作，结构简单、输出功率大，成本低。
附图说明
图1为本发明的多光纤激光增益系统实施例一结构示意图；
图2为图1所示结构的横截面示意图；
图3为本发明的多光纤激光增益系统实施例二结构示意图；
图4为图3所示结构的横截面示意图；
图5本发明光纤激光器的结构示意图。
附图标记：1、多光纤激光增益系统；101、无芯光纤；102、单模掺杂增益光纤；103、UV胶；104、热塑管；2、半导体激光器；3、泵浦耦合系统；4、波分复用耦合器；5、分光系统；6、Si加热标准具；7、空气标准具；8、分光镜；9、PD探测器；10、光隔离器；11、光纤环形腔固件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。
如图1-4所示为本发明的多光纤激光增益系统1结构示意图，包括一根无芯光纤101和多根单模掺杂增益光纤102；多根单模掺杂增益光纤102和无芯光纤101均为裸光纤，单模掺杂增益光纤102围绕在无芯光纤101周围，并与无芯光纤101紧密束缚在一起。
如图1和2所示的实施例一，无芯光纤101的直径远大于单模掺杂增益光纤102的直径，多根单模掺杂增益光纤102与无芯光纤101由低折射率UV胶103紧固束缚在一起，低折射率UV胶103同时起保护层作用，对无芯光纤101与单模掺杂增益光纤102进行保护。泵浦光耦合进入无芯光纤101，并通过无芯光纤101不断地透入到各单模掺杂增益光纤102中进行泵浦，激发单模掺杂增益光纤102产生激光，实现多路光纤激光腔同时工作。
如图3和4所示的实施例二，无芯光纤101的直径与单模掺杂增益光纤102的直径相当，多根单模掺杂增益光纤102与无芯光纤101通过白热塑管或多段透明热塑管104扎紧束缚在一起。泵浦光耦合进入无芯光纤101，并通过无芯光纤101不断地透入到各单模掺杂增益光纤102中进行泵浦，激发单模掺杂增益光纤102产生激光，实现多路光纤激光腔同时工作。
如图5所示为本发明的光纤激光器结构示意图，包括泵浦源、泵浦耦合系统3和激光腔系统。该激光腔系统采用上述的多光纤激光增益系统1作为多路光纤激光腔的增益介质，实现同一泵浦源泵浦多路光纤激光腔同时工作，提高了泵浦效率和激光器的输出光功率，同时使得激光模式更加稳定，也降低了成本。
具体的，如图5所示，其中泵浦源可以是单模或多模的半导体激光器2，激光腔系统包括波分复用耦合器4、多光纤激光增益系统1、分光系统5、选模元件、监控系统和光隔离器10。其中，波分复用耦合器4一端连接泵浦耦合系统3，一端连接多光纤激光增益系统1的无芯光纤101，另一端连接光隔离器10，半导体激光器2发出的泵浦光经泵浦耦合系统3进入波分复用耦合器4，由波分复用器4进入多光纤激光增益系统1，激发单模掺杂增益光纤102产生的激光经分光系统5，一部分激光作为输出光输出，另一部分激光入射到选模元件，依次经过选模元件、监控系统和光隔离器10之后经由波分复用耦合器4再次进入多光纤激光增益系统1，构成光纤环形腔振荡激光。其中，分光系统5的分光功率比可根据需要调节，以满足不同的输出需要，还可以在分光系统5输出光一端设置可变光衰减器，通过该可变光衰减器进一步对输出光功率的大小进行调节。选模元件包括Si加热标准具6和空气标准具7，空气标准具7对进入光纤环形腔的振荡激光进行单纵模选模，并通过对Si加热标准具6实施精确的温度控制来实现对标准具的微调节，以提高单纵模的稳定性；该空气标准具7可以是可调标准具，也可以是不可调标准具。而监控系统则包括分光镜8和PD探测器9，经选模元件选模之后的单纵模振荡激光入射到分光镜8之后，有少部分的光被反射进入到PD探测器9，用于监视激光模式；该监控系统还可以增加一反馈控制系统，通过PD探测器9监视并反馈激光模式和功率大小，通过反馈控制系统反馈并控制泵浦光功率，以实现对激光光强的控制。经选模元件选模之后的大部分单纵模振荡激光则透光分光镜8并通过光隔离器10最后进入波分复用耦合器4，随后再次耦合入多光纤激光增益系统1，形成了光纤环形腔振荡激光。环形腔中增加了光隔离器10，以保证往返光的单向传输。
其中，选模元件、监控系统和光隔离器10中各光学元件可通过光胶或深化光胶固定为微片结构，并将分光系统5、选模元件、监控系统、光隔离器10和波分复用耦合器4等固定于一环形腔固件11中。且环形腔中的所有光学元件均镀有对振荡激光增透的介质膜。该环形腔中还可以增加稳频系统、频率转换晶体、光束整形元件、选偏元件或调Q元件中的一种或多种。
采用多路光纤激光腔同时工作，提高了输出光功率，同时使得激光模式更加稳定，也降低了成本。采用无芯光纤外围紧密接触一组单模掺杂增益光纤的多光纤激光腔结构，并利用耦合进无芯光纤内的泵浦光的倏逝波不断透入到单模掺杂增益光纤内对增益介质进行激发产生激光，从而实现多路光纤激光腔同时工作，结构简单、输出功率大，成本低。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出的各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种多光纤激光增益系统，其特征在于：包括一根无芯光纤和多根单模掺杂增益光纤；所述多根单模掺杂增益光纤和无芯光纤均为裸光纤，单模掺杂增益光纤围绕在无芯光纤周围，并与无芯光纤紧密束缚在一起。
2.如权利要求1所述一种多光纤激光增益系统，其特征在于：所述多根单模掺杂增益光纤和无芯光纤由白热塑管或多段透明热塑管扎紧束缚在一起，或者由低折射率UV胶紧固束缚在一起；所述无芯光纤的直径大于或等于单模掺杂增益光纤的直径。
3.一种光纤激光器，包括泵浦源、泵浦耦合系统和激光腔系统，其特征在于：所述激光腔系统采用如权利要求1或2所述的多光纤激光增益系统。
4.如权利要求3所述一种光纤激光器，其特征在于：所述激光腔系统还包括波分复用耦合器、分光系统、选模元件、监控系统和光隔离器；所述波分复用耦合器一端连接泵浦耦合系统，一端连接所述多光纤激光增益系统的无芯光纤，另一端连接光隔离器，泵浦光经由波分复用耦合器进入多光纤激光增益系统，激发所述单模掺杂增益光纤产生的激光经分光系统，一部分激光作为输出光输出，另一部分激光入射到选模元件，依次经过选模元件、监控系统和光隔离器之后经由波分复用耦合器再次进入多光纤激光增益系统，构成多光纤环形腔振荡激光。
5.如权利要求4所述一种光纤激光器，其特征在于：所述选模元件包括Si加热标准具和空气标准具；所述监控系统包括分光镜和PD探测器。
6.如权利要求5所述一种光纤激光器，其特征在于：所述监控系统还包括反馈控制系统。
7.如权利要求4所述一种光纤激光器，其特征在于：所述选模元件、监控系统和光隔离器中各光学元件由光胶粘合固定为微片结构。
8.如权利要求4所述一种光纤激光器，其特征在于：所述分光系统、选模元件、监控系统、光隔离器和波分复用耦合器固定于一环形腔固件中。
9.如权利要求4所述一种光纤激光器，其特征在于：所述分光系统输出光一端还设有可变光衰减器。
10.如权利要求4所述一种光纤激光器，其特征在于：所述激光腔系统还包括稳频系统、频率转换晶体、光束整形元件、选偏元件或调Q元件中的一种或多种。
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