CN103915750A - 光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光纤激光器，包括：泵浦装置、光纤光栅、增益光纤和泵浦反馈装置，其中：所述泵浦装置发出的泵浦光通过泵浦耦合器注入增益光纤；所述光纤光栅，作为激光器的腔镜，熔接在所述增益光纤的两端；所述增益光纤，其长度短于充分吸收注入泵浦光所需的光纤长度，以保证10%～50%的残余泵浦光；所述泵浦反馈装置，将增益光纤末端的残余泵浦光反馈回泵浦注入端，再次注入增益光纤。本发明通过使用较短的增益光纤长度，保留一定的残余泵浦光，有效地抑制了激光器内增益光纤对于信号光的重吸收，有效地抑制了非线性效应的产生，在相同的输出功率下，具有比常规激光器更高的非线性效应阈值，适用于多种波长的激光器和放大器中。
Description
技术领域
本发明涉及激光技术领域，特别涉及一种采用短增益光纤的光纤激光器。
背景技术
光纤激光器因其具有优异的光束质量、非常高的功率和功率密度、易于冷却、高的稳定性和可靠性等多方面的优点受到人们的日益关注，并在多个领域有着广泛的应用。但是，随着激光器中增益光纤长度的增加，非线性效应、信号光重吸收等问题逐渐显现出来，并影响着激光器的输出光束质量和输出功率。
一般而言，在确定激光器增益光纤的长度时，主要是本着充分吸收泵浦光的原则，根据增益光纤对泵浦光的吸收系数，选择合适的长度从而将注入泵浦光几乎完全吸收，以保证激光器较高的光光效率。但是，当增益光纤的掺杂浓度较低或是所需的激光器输出功率较大时，就需要一段较长的增益光纤，此时，上述的非线性效应和重吸收现象也会随之产生，影响激光器的输出效果。另一方面，在一些工作在特殊波长的光纤激光器中（如掺镱光纤激光器的975nm～1030nm波段），如果增益光纤长于某特定值，所需波长的激光就无法振荡产生出来；而只有当增益光纤较短，激光腔内泵浦饱和的情况下，这类激光器才能工作在所需的波长。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种光纤激光器，通过使用较短的增益光纤长度，保留一定的残余泵浦光，有效地抑制激光器内增益光纤对于信号光的重吸收。
（二）技术方案
本发明一种光纤激光器，包括：泵浦装置、泵浦耦合器、光纤光栅、增益光纤和泵浦反馈装置，其中：
所述泵浦装置发出的泵浦光通过所述泵浦耦合器注入增益光纤；
所述光纤光栅，包括：高反光纤光栅和输出光纤光栅，所述高反光纤光栅和输出光纤光栅作为激光器的腔镜，分别熔接在所述增益光纤的输入端和输出端；
所述增益光纤，其长度短于充分吸收注入泵浦光所需的光纤长度，以保证10%～50%的残余泵浦光；
所述泵浦反馈装置，将增益光纤末端的残余泵浦光反馈回泵浦注入端，再次注入增益光纤。
其中，所述泵浦反馈装置，包括：（N+1）×1分束器和至少两个M×1合束器；其中，
所述（N+1）×1分束器与所述输出光纤光栅熔接，将增益光纤包层内的残余泵浦光导入N根泵浦光纤，其中N≥1，中间的信号光传输光纤传输激光器产生的激光，作为整个激光器的输出光纤；
每一个所述M×1合束器的注入端分别与传输残余泵浦光的所述泵浦光纤连接，其中M≥1，其输出端与激光器的一根泵浦注入光纤熔接，实现残余泵浦光的反馈。
其中，所述泵浦注入方式为单端泵浦、双端泵浦、侧面泵浦或分布式泵浦。
本发明还提供一种光纤激光器，包括：泵浦装置、镀膜腔镜、泵浦耦合器、增益光纤以及泵浦反馈装置，其中：
泵浦装置发出的泵浦光通过所述泵浦耦合器注入增益光纤；
所述镀膜腔镜，作为激光器的腔镜，放置在增益光纤的两端；
所述增益光纤，其长度短于充分吸收注入泵浦光所需的光纤长度，以保证10%～50%的残余泵浦光；
所述泵浦反馈装置，将增益光纤末端的残余泵浦光反馈回泵浦注入端，再次注入增益光纤。
其中，所述泵浦反馈装置包括：分光镜、耦合透镜组和反馈光纤；激光器的输出光经过分光镜后，分离出残余泵浦光和信号光，信号光直接输出，残余泵浦光通过所述耦合透镜组耦合至所述反馈光纤，所述反馈光纤与激光器的泵浦注入光纤熔接。
其中，所述泵浦注入方式为单端泵浦、双端泵浦、侧面泵浦或分布式泵浦。
（三）有益效果
首先，本发明通过使用较短的增益光纤长度，保留一定的残余泵浦光，有效地抑制了激光器内增益光纤对于信号光的重吸收，对于输出较短波激光的激光器（信号光波段处仍有较大的吸收截面）尤为有效；其次，本发明中激光器的增益光纤长度较短，有效地抑制了非线性效应的产生，在相同的输出功率下，具有比常规激光器更高的非线性效应阈值；再次，本发明通过采用泵浦光反馈装置，将残余泵浦光再次注入增益光纤循环利用，避免了因保留一定残余泵浦光带来的激光器效率降低的问题，提高了激光器的光光效率；另外，本发明结构简单、稳定、易于实现，适用于多种波长的激光器和放大器中。
附图说明
图1是本发明实施例1光纤激光器结构示意图；
图2是本发明实施例2光纤激光器结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例中，光纤激光器，包括：泵浦装置11、泵浦耦合器、光纤光栅14、增益光纤13和泵浦反馈装置，其中：
所述泵浦装置11发出的泵浦光通过所述泵浦耦合器12注入增益光纤13；
所述光纤光栅14，包括高反光纤光栅141和输出光纤光栅142，所述高反光纤光栅141和输出光纤光栅142作为激光器的腔镜，熔接在所述增益光纤13的两端；
所述增益光纤13，其长度短于充分吸收注入泵浦光所需的光纤长度，以保证10%～50%的残余泵浦光；
所述泵浦反馈装置，将增益光纤13末端的残余泵浦光反馈回泵浦注入端，再次注入增益光纤13。
所述泵浦反馈装置，包括：（N+1）×1分束器15和两个M×1合束器16，在本实施例中合束器的个数为两个，但在本发明中合束器的个数不限定于两个，本领域技术人员可根据需要确定合束器的个数；其中，
所述（N+1）×1分束器15与所述输出光纤光栅142熔接，将增益光纤13包层内的残余泵浦光导入N根泵浦光纤，其中N≥1，中间的信号光传输光纤传输激光器产生的激光，作为整个激光器的输出光纤；
所述的两个M×1合束器16的注入端分别与传输残余泵浦光的所述泵浦光纤连接，其中M≥1，其每一个M×1合束器16的输出端分别与激光器的一根泵浦注入光纤熔接。
通过所述泵浦耦合器12的泵浦注入方式为单端泵浦、双端泵浦、侧面泵浦或分布式泵浦；
所述增益光纤13为掺有稀土离子的光纤、单包层光纤、双包层光纤、多包层光纤、多芯光纤、共掺光纤、保偏光纤或光子晶体光纤；所述稀土离子在所述光纤中的掺杂方式为平顶掺杂、平顶部分掺杂、渐变式掺杂、渐变式部分掺杂和多区域掺杂中的一种。
工作原理：
如图1所示，泵浦装置中的半导体激光器泵浦源11，光纤光栅14和增益光纤13构成基本的法珀（Fabry-Perot）谐振腔。17个半导体激光器泵浦源11的输出泵浦光（但不限定于17个半导体激光器泵浦源），经过泵浦耦合器12耦合后，从端面注入增益光纤13，激发谐振腔内激光的产生。增益光纤13的长度比充分吸收注入泵浦光所需的光纤长度要短，故经输出光纤光栅142输出的光束中，包含输出激光和20%的残余泵浦光。（6+1）×1分束器15与输出光纤光栅142的尾纤熔接，尾纤内的大部分残余泵浦光传入6根泵浦光纤中；谐振腔内产生的激光通过（6+1）×1分束器15中的信号光纤输出。两个3×1合束器16将分束器15的6根泵浦光纤合成两束，两个3×1束器16的输出光纤分别与泵浦耦合器12的两个空余注入光纤熔接，将残余泵浦光再次注入增益光纤13中。整个激光器由于采用较短的增益光纤长度，可以有效地抑制非线性效应和信号光重吸收现象，同时，泵浦反馈装置的引入，可以保证激光器较高的光光效率。
实施例2
如图2所示，本实施例的光纤激光器，包括：泵浦装置21、镀膜腔镜27、第一泵浦耦合器281、第二泵浦耦合器282、增益光纤23以及泵浦反馈装置，其中：
泵浦装置21发出的泵浦光通过所述第一泵浦耦合器281和第二泵浦耦合器注入增益光纤23；
所述镀膜腔镜27，作为激光器的腔镜，放置在增益光纤23的两端；
所述增益光纤23，其长度短于充分吸收注入泵浦光所需的光纤长度，以保证10%～50%的残余泵浦光；
所述泵浦反馈装置，将增益光纤23末端的残余泵浦光反馈回泵浦注入端，再次注入增益光纤。
所述泵浦反馈装置包括：分光镜29、耦合透镜组210和反馈光纤211；激光器的输出光经过分光镜29后，分离出残余泵浦光和信号光，信号光直接输出，残余泵浦光通过所述耦合透镜组210耦合至所述反馈光纤211，所述反馈光纤211与激光器的泵浦注入光纤熔接。
通过所述第一泵浦耦合器281和第二泵浦耦合器282的泵浦注入方式为单端泵浦、双端泵浦、侧面泵浦或分布式泵浦。
所述增益光纤23为掺有稀土离子的光纤、单包层光纤、双包层光纤、多包层光纤、多芯光纤、共掺光纤、保偏光纤或光子晶体光纤；所述稀土离子在所述光纤中的掺杂方式为平顶掺杂、平顶部分掺杂、渐变式掺杂、渐变式部分掺杂和多区域掺杂中的一种。
工作原理：
半导体激光器泵浦装置中半导体激光器泵浦源21、镀膜腔镜27和增益光纤23构成基本的法珀（Fabry-Perot）谐振腔。11个半导体激光器泵浦源21的输出泵浦光（但不限定于11个半导体激光器泵浦源），分别经过第一泵浦耦合器281和第二泵浦耦合器282耦合后，从端面注入增益光纤23，激发谐振腔内激光的产生。增益光纤23比充分吸收注入泵浦光所需的长度要短，故从输出端镀膜腔镜出射的光束中，包含输出激光和30%的残余泵浦光。这部分输出光束经过分光镜29后，分离为泵浦光束和信号光光束，信号光沿原方向传输，泵浦光经由耦合透镜组210耦合至一根泵浦反馈光纤211。泵浦反馈光纤211与第一泵浦耦合器281的一根空余注入光纤熔接，将残余泵浦光再次注入增益光纤23中。整个激光器由于采用较短的增益光纤长度，可以有效地抑制非线性效应和信号光重吸收现象，同时，泵浦反馈装置的引入，可以保证激光器较高的光光效率。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (6)
1.一种光纤激光器，其特征在于，包括：泵浦装置、泵浦耦合器、光纤光栅、增益光纤和泵浦反馈装置，其中：
所述泵浦装置发出的泵浦光通过所述泵浦耦合器注入增益光纤；
所述光纤光栅，包括：高反光纤光栅和输出光纤光栅，所述高反光纤光栅和输出光纤光栅作为激光器的腔镜，分别熔接在所述增益光纤的输入端和输出端；
所述增益光纤，其长度短于充分吸收注入泵浦光所需的光纤长度，以保证10%～50%的残余泵浦光；
所述泵浦反馈装置，将增益光纤末端的残余泵浦光反馈回泵浦注入端，再次注入增益光纤。
2.如权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述泵浦反馈装置，包括：（N+1）×1分束器和至少两个M×1合束器；其中，
所述（N+1）×1分束器与所述输出光纤光栅熔接，将增益光纤包层内的残余泵浦光导入N根泵浦光纤，其中N≥1，中间的信号光传输光纤传输激光器产生的激光，作为整个激光器的输出光纤；
每一个所述M×1合束器的注入端分别与传输残余泵浦光的所述泵浦光纤连接，其中M≥1，其输出端与激光器的一根泵浦注入光纤熔接，实现残余泵浦光的反馈。
3.如权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述泵浦注入方式为单端泵浦、双端泵浦、侧面泵浦或分布式泵浦。
4.一种光纤激光器，其特征在于，包括：泵浦装置、镀膜腔镜、泵浦耦合器、增益光纤以及泵浦反馈装置，其中：
泵浦装置发出的泵浦光通过所述泵浦耦合器注入增益光纤；
所述镀膜腔镜，作为激光器的腔镜，放置在增益光纤的两端；
所述增益光纤，其长度短于充分吸收注入泵浦光所需的光纤长度，以保证10%～50%的残余泵浦光；
所述泵浦反馈装置，将增益光纤末端的残余泵浦光反馈回泵浦注入端，再次注入增益光纤。
5.如权利要求4所述的激光器，其特征在于，所述泵浦反馈装置包括：分光镜、耦合透镜组和反馈光纤；激光器的输出光经过分光镜后，分离出残余泵浦光和信号光，信号光直接输出，残余泵浦光通过所述耦合透镜组耦合至所述反馈光纤，所述反馈光纤与激光器的泵浦注入光纤熔接。
6.如权利要求4所述的激光器，其特征在于，所述泵浦注入方式为单端泵浦、双端泵浦、侧面泵浦或分布式泵浦。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20140709 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |