CN104518420A - 一种提高激光振荡器输出功率的装置及方法 - Google Patents

一种提高激光振荡器输出功率的装置及方法 Download PDF

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李思源
葛廷武
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Abstract

本发明公开了一种提高激光振荡器输出功率的装置及方法，所述装置包括单模光纤、半导体可饱和吸收镜以及激光扩束器；所述单模光纤、激光扩束器以及半导体可饱和吸收镜依次连接；所述半导体可饱和吸收镜为反射式半导体吸收镜；所述激光扩束器将所述单模光纤中的激光进行准直和扩束后射入所述半导体可饱和吸收镜并将所述半导体可饱和吸收镜反射的激光耦合进所述单模光纤中。本发明通过在半导体可饱和吸收镜(SESAM)与单模光纤之间引入激光扩束器件，增加了入射到半导体可饱和吸收镜(SESAM)上信号光的面积，使半导体可饱和吸收镜(SESAM)可以承受更高的功率，保证激光振荡器全光纤结构的前提下，提高激光振荡器的输出功率。

Description

一种提高激光振荡器输出功率的装置及方法
技术领域
本发明涉及激光光电子技术领域，更具体涉及一种提高激光振荡器输出功率的装置及方法。
背景技术
利用半导体可饱和吸收镜(SESAM)进行锁模的被动锁模方式由于其结构简单，工作稳定的特点，被广泛应用于脉冲光纤激光振荡器中。目前，传统的利用半导体可饱和吸收镜(SESAM)锁模的光纤激光振荡器采用的是光纤与半导体可饱和吸收镜(SESAM)直接耦合的方式，光纤激光振荡器为了保证输出光束质量，一般振荡器的谐振腔内采用单模光纤，因此光纤出射的光斑面积较小，功率密度高，很容易达到半导体可饱和吸收镜(SESAM)的损伤阈值，因此SESAM光纤激光振荡器直接输出平均功率多在10毫瓦以下。目前已有的提高SESAM光纤激光振荡器的输出功率的方法主要是引入空间结构或者加入放大级结构，引入空间结构的一大缺点就是会失去全光纤结构体积小稳定性好的特点；同时多级的放大级结构也会增加光纤激光振荡器的复杂性以及成本，降低稳定性和光束质量。
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如何在保证光束质量的同时，提高激光振荡器的输出功率。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种提高激光振荡器输出功率的装置，所述装置包括单模光纤、半导体可饱和吸收镜以及激光扩束器；
所述单模光纤、激光扩束器以及半导体可饱和吸收镜依次连接；所述半导体可饱和吸收镜为反射式半导体吸收镜；所述激光扩束器将所述单模光纤中的激光进行准直和扩束后射入所述半导体可饱和吸收镜并将所述半导体可饱和吸收镜反射的激光耦合进所述单模光纤中。
优选地，所述单模光纤、激光扩束器之间的连接方式为熔接连接；
所述激光扩束器与半导体可饱和吸收镜之间的连接方式为贴合连接。
优选地，所述反射式半导体可饱和吸收镜用透射式半导体可饱和吸收镜替换；所述装置由依次连接的单模光纤、激光扩束器、半导体可饱和吸收镜、激光扩束器、单模光纤构成；
所述激光扩束器实现将其前面光路上的单模光纤的激光进行准直和扩束后射入所述半导体可饱和吸收镜以及将所述半导体可饱和吸收镜透射的激光耦合进其后面光路上的单模光纤中。
优选地，所述单模光纤、激光扩束器之间的而连接方式为熔接连接；所述激光扩束器、半导体可饱和吸收镜之间的连接方式为贴合连接。
优选地，所述激光扩束器为光纤准直器、模场匹配器以及扩芯的无源单模光纤。
一种提高激光振荡器输出功率的方法，包括以下步骤：
S1、谐振腔内，增益介质在泵浦光源的照射下受激产生激光，经过单模光纤传递给激光扩束器进行激光束扩束，并进行准直处理；
S2、经过扩束和准直处理的激光射入半导体可饱和吸收镜后再透射或反射进激光扩束器；
S3、激光扩束器将锁模处理后的激光进行准直后耦合进单模光纤，并进行激光输出。
优选地，所述激光扩束器为光纤准直器、模场匹配器以及扩芯的无源单模光纤。
(三)有益效果
本发明提供了一种提高激光振荡器输出功率的装置及方法，通过在半导体可饱和吸收镜(SESAM)与单模光纤之间引入激光扩束器件进行扩束处理，增加了入射到半导体可饱和吸收镜(SESAM)上信号光的面积，使半导体可饱和吸收镜(SESAM)可以承受更高的功率，使用时，将所述装置替换激光振荡器中的半导体可饱和吸收镜，保证激光振荡器全光纤结构的前提下，提高激光振荡器的输出功率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种提高激光振荡器输出功率的方法的流程图；
图2为本发明实施例一的一种提高激光振荡器输出功率的装置的结构示意图；
图3为本发明实施例二的一种提高激光振荡器输出功率的装置的结构示意图；
图4为本发明实施例三的一种提高激光振荡器输出功率的装置的结构示意图；
图5为本发明实施例三的扩芯的无源单模光纤结构示意图；
图6为本发明实施例四的一种提高激光振荡器输出功率的装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
图1为本发明的一种提高激光振荡器输出功率的方法的流程图；所述方法包括以下步骤：
S1、谐振腔内，增益介质在泵浦光源的照射下受激产生激光，经过单模光纤传递给激光扩束器进行激光束扩束，并进行准直处理；
S2、经过扩束和准直处理的激光射入半导体可饱和吸收镜后再透射或反射进激光扩束器；
S3、激光扩束器将锁模处理后的激光进行准直后耦合进单模光纤，并进行激光输出。
优选地，所述激光扩束器为光纤准直器、模场匹配器以及扩芯的无源单模光纤。
本发明的方法，通过在半导体可饱和吸收镜(SESAM)与单模光纤之间引入激光扩束器件，增加了入射到半导体可饱和吸收镜(SESAM)上信号光的面积，使半导体可饱和吸收镜(SESAM)可以承受更高的功率，保证激光振荡器全光纤结构的前提下，提高激光振荡器的输出功率。
所述半导体可饱和吸收镜通过散热单元进行散热。所述激光扩束器通过散热单元进行散热。所述激光扩束器为光纤准直器、模场匹配器以及扩芯的无源单模光纤。所述反射光栅、增益介质、单模光纤、激光扩束器之间的连接方式为熔接连接；所述激光扩束器与半导体可饱和吸收镜之间的连接方式为贴合连接。
所述单模光纤将信号光引入到激光扩束器件，保证传输激光的光束质量；激光扩束器件用以扩大入射到半导体可饱和吸收镜(SESAM)上的光斑面积，同时保证光束准直和反射光可以耦合回单模光纤中。
散热单元用以对半导体可饱和吸收镜(SESAM)进行散热，保证振荡器长时间工作稳定性，散热单元散热的同时对包层光和多余杂光进行剥离。
本发明用于解决由于半导体可饱和吸收镜(SESAM)阈值问题造成的SESAM光纤激光振荡器直接输出功率较低的问题，实现SESAM光纤激光振荡器输出平均功率百毫瓦量级脉冲激光。
本发明公开了一种提高激光振荡器输出功率的装置，所述装置包括单模光纤1、半导体可饱和吸收镜3、激光扩束器2；
所述单模光纤、激光扩束器以及半导体可饱和吸收镜依次连接；所述半导体可饱和吸收镜为反射式半导体吸收镜；所述激光扩束器实现将所述单模光纤中的激光进行准直和扩束后射入所述半导体可饱和吸收镜并将所述半导体可饱和吸收镜反射的激光耦合进所述单模光纤中。
所述装置还可包括散热单元4；所述散热单元与所述半导体可饱和吸收镜贴合连接。所述单模光纤、激光扩束器之间的连接方式为熔接连接；所述激光扩束器与半导体可饱和吸收镜之间的连接方式为贴合连接。
所述反射式半导体可饱和吸收镜用透射式半导体可饱和吸收镜替换；所述装置由依次连接的单模光纤1、激光扩束器2、半导体可饱和吸收镜3、激光扩束器2、单模光纤构成；所述激光扩束器实现将其前面光路上的单模光纤的激光进行准直和扩束后射入所述半导体可饱和吸收镜以及将所述半导体可饱和吸收镜透射的激光耦合进其后面光路上的单模光纤中。所述散热单元设置于所述激光扩束器外周，并且与所述半导体可饱和吸收镜贴合连接。所述单模光纤、激光扩束器之间的而连接方式为熔接连接；所述激光扩束器、半导体可饱和吸收镜之间的连接方式为贴合连接。所述激光扩束器为光纤准直器、模场匹配器以及扩芯的无源单模光纤。
所述单模光纤将信号光引入到激光扩束器件，保证传输激光的光束质量；激光扩束器件用以扩大入射到半导体可饱和吸收镜(SESAM)上的光斑面积，同时保证光束准直和反射光可以耦合回单模光纤中。
散热单元用以对半导体可饱和吸收镜(SESAM)进行散热，保证振荡器长时间工作稳定性。散热单元散热的同时对包层光和多余杂光进行剥离。
图2为本发明的实施例一的一种提高激光振荡器输出功率的装置结构示意图；如图所示，单模光纤1与半导体可饱和吸收镜(SESAM)3耦合处引入了光纤准直器作为激光扩束器件2来扩大光束半径。单模光纤中的激光经过光纤准直器扩束准直后入射到半导体可饱和吸收镜(SESAM)3上，再反射回到光纤准直器中耦合进单模光纤1中，散热装置4为避免半导体可饱和吸收镜(SESAM)3在高功率下长时间工作过热，对半导体可饱和吸收镜(SESAM)3进行散热保护。
图3为本发明的实施例二的一种提高激光振荡器输出功率的装置的结构示意图；如图所示，单模光纤1与半导体可饱和吸收镜(SESAM)3耦合处引入了模场匹配器作为激光扩束器件2来扩大光束面积。单模光纤中的激光经过模场匹配器后进入到芯径更大的光纤中入射到半导体可饱和吸收镜(SESAM)3上，再反射回到光纤中并通过模场匹配器耦合进单模光纤1中，散热装置4为避免半导体可饱和吸收镜(SESAM)3在高功率下长时间工作过热，对半导体可饱和吸收镜(SESAM)3进行散热保护。
图4为本发明的实施例三的一种提高激光振荡器输出功率的装置的结构示意图；如图所示，单模光纤1与半导体可饱和吸收镜(SESAM)3耦合处对单模光纤1进行直接扩芯(扩芯的无源单模光纤)来作为激光扩束器件2来扩大光束半径。单模光纤中的激光经过激光扩束器件2之后光束面积变大入射到半导体可饱和吸收镜(SESAM)3上，再反射耦合进入单模光纤中，散热装置4为避免半导体可饱和吸收镜(SESAM)3在高功率下长时间工作过热，对半导体可饱和吸收镜(SESAM)3进行散热保护。扩芯的无源单模光纤的结构如图5所示。
图6为本发明的实施例四的一种提高激光振荡器输出功率的装置的结构示意图；图中，半导体可饱和吸收镜(SESAM)为透射式，在单模光纤1和半导体可饱和吸收镜(SESAM)3之间引入了光纤准直器作为激光扩束器件2来扩大光束面积，单模光纤中的激光经过光纤准直器扩束后入射到半导体可饱和吸收镜(SESAM)3上，再透射进入到另一面光纤准直器中耦合进单模光纤1，散热单元4采用的是金属装置，为避免半导体可饱和吸收镜(SESAM)3在高功率下长时间工作过热，对半导体可饱和吸收镜(SESAM)3进行散热保护，同时可以对未耦合激光有剥除作用，维持整个装置工作的稳定性。半导体可饱和吸收镜(SESAM)3两面的激光扩束器件2均可以用上述模场匹配器和单模光纤直接扩芯进行替换。
本发明的装置没有引入空间结构，以保证SESAM光纤激光振荡器全光纤结构为前提，通过在半导体可饱和吸收镜(SESAM)与单模光纤之间引入激光扩束器件，进行激光束扩束，增加了入射到半导体可饱和吸收镜(SESAM)上信号光的面积，使半导体可饱和吸收镜(SESAM)可以承受更高的功率，最终均可以提高SESAM光纤激光振荡器的输出功率。
以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种提高激光振荡器输出功率的装置，其特征在于，所述装置包括单模光纤、半导体可饱和吸收镜以及激光扩束器；
所述单模光纤、激光扩束器以及半导体可饱和吸收镜依次连接；所述半导体可饱和吸收镜为反射式半导体吸收镜；所述激光扩束器将所述单模光纤中的激光进行准直和扩束后射入所述半导体可饱和吸收镜并将所述半导体可饱和吸收镜反射的激光耦合进所述单模光纤中。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述单模光纤、激光扩束器之间的连接方式为熔接连接；
所述激光扩束器与半导体可饱和吸收镜之间的连接方式为贴合连接。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反射式半导体可饱和吸收镜用透射式半导体可饱和吸收镜替换；所述装置由依次连接的单模光纤、激光扩束器、半导体可饱和吸收镜、激光扩束器、单模光纤构成；
所述激光扩束器实现将其前面光路上的单模光纤的激光进行准直和扩束后射入所述半导体可饱和吸收镜以及将所述半导体可饱和吸收镜透射的激光耦合进其后面光路上的单模光纤中。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述单模光纤、激光扩束器之间的而连接方式为熔接连接；所述激光扩束器、半导体可饱和吸收镜之间的连接方式为贴合连接。
5.根据权利要求1至4任一项所述的装置，其特征在于，所述激光扩束器为光纤准直器、模场匹配器以及扩芯的无源单模光纤。
6.一种提高激光振荡器输出功率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、谐振腔内，增益介质在泵浦光源的照射下受激产生激光，经过单模光纤传递给激光扩束器进行激光束扩束，并进行准直处理；
S2、经过扩束和准直处理的激光射入半导体可饱和吸收镜，再透射或反射进入激光扩束器；
S3、激光扩束器将激光进行准直后耦合进单模光纤，并进行激光输出。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述激光扩束器为光纤准直器、模场匹配器以及扩芯的无源单模光纤。
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