CN104810711B - 一种高功率全光纤激光器指示光装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高功率全光纤激光器指示光装置的技术方案，该方案包括有尾纤输出的指示光激光器、合束器、高功率环形器、激光器系统和石英管；高功率环形器包括有三个端口，端口分别为port1、port2和port3；指示光激光器的尾纤输出端与port1端口连接；合束器的信号输入端与port2端口相连接；适应管内设置有无芯光纤；无芯光纤与port3端口连接；合束器的输出端与激光器系统连接。该方案能在全光纤链路中注入指示光的同时，有效处理掉光纤链路的反向信号光，保障指示激光器的安全，为全光纤结构高功率激光器的工程化提供技术手段。

Description

一种高功率全光纤激光器指示光装置

技术领域

本发明涉及的是激光器技术领域，尤其是一种高功率全光纤激光器指示光装置。

背景技术

同轴指示光的加入对于全光纤激光器有着重要作用。首先，同轴指示光常采用红光或者绿光等可见光，对于非可见光激光器，便于其后续光路的调节，且指示光功率的较低，大大降低了高功率激光器光路调节时的风险。再者，对于全光纤激光器，使用同轴指示光，可快速检查处整段光路的光纤上哪处有断路、损伤，方便激光器的维修保养。

要在全光纤激光器加入同轴指示光，其需要在光纤链路的始端中注入指示光，但高功率全光纤激光器在始端的反向信号光功率较高，若直接将指示光激光器熔入始端，反向信号光会直接将指示光激光器打坏。为此，加入高功率全光纤激光器同轴指示光的要点在于保证指示光前向传输的同时，处理掉始端的反向信号光。中国专利“一种光纤激光器的指示光发生装置”（专利号 CN 104216197 A），主要通过光束整形望远镜将指示光空间耦合进输出光纤，虽然原理结构简单，但存在调节困难，稳定性不佳的问题。美国专利“Precision light-guiding terminal for optical fibers”（专利号 US 5479543）其采用在光纤始端粘合上耦合头的形式，耦合头表面呈椭圆等形状，使指示光在耦合进光纤的同时保证了空间结构的稳定性，但对于高功率光纤激光器，这种结构不能够耐受较高功率的反向信号光，故此结构不适宜在高功率光纤激光器中使用。

发明内容

本发明的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种高功率全光纤激光器指示光装置的技术方案，该方案能在全光纤链路中注入指示光的同时，有效处理掉光纤链路的反向信号光，保障指示激光器的安全，为全光纤结构高功率激光器的工程化提供技术手段。

本方案是通过如下技术措施来实现的：一种高功率全光纤激光器指示光装置，其特征是：包括有尾纤输出的指示光激光器、合束器、高功率环形器、激光器系统和石英管；高功率环形器包括有三个端口，端口分别为port1、port2和port3；指示光激光器的尾纤输出端与port1端口连接；合束器的信号输入端与port2端口相连接；适应管内设置有无芯光纤；无芯光纤与port3端口连接；合束器的输出端与激光器系统连接。

作为本方案的优选：无芯光纤的长度大于D×n_石英/2NA，其中D为无芯光纤直径，NA为环形器Port3光纤数值孔径，n_石英为石英折射率。

作为本方案的优选：无芯光纤的表面进行腐蚀处理；无芯光纤通过混合有Al₂O₃粉末的低折射率胶水固化在石英管内。

作为本方案的优选：高功率环形器的耐受功率大于激光器系统的反向信号光功率。

本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于在该方案中高功率环形器分别与指示光激光器、激光器系统链路和无芯光纤连接，高功率环形器将可见指示光从port1导入port2，从而将指示光导入到激光器系统链路中。同时，高功率激光器将激光器系统的反向信号光从port2导入到port3，即将反向信号光导入到无芯光纤，防止将指示光激光器打坏。进一步，对于导入到无芯光纤内的反向信号光，首先通过无芯光纤，将反向信号光进行扩束，降低其功率密度，而后通过无芯光纤表面腐蚀层和填充有Al₂O₃粉末的胶体，将反向信号光从无芯光纤中匀化导出从而不产生明显热点，使较高功率的反向信号光得到有效处理，保证整个激光器链路的安全稳定。

由此可见，本发明与现有技术相比，具有实质性特点和进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中，1为指示光激光器，2为port1端口，3为高功率环形器，4为port2端口，5为port3端口，6为石英管，7为无芯光纤，8为合束器，9为激光器系统，10为可见指示光，11为反向信号光。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1

本发明涉及的指示光激光器放置在整个激光链路的始端，同时由于要求指示光跟激光信号是同轴，故对于常见MOPA结构全光纤激光器，通常使用(N+1)×1合束器的输入信号端与指示光输出端相熔接，使指示光顺利进入整个激光信号链路中。优选的，指示光发生器常常选用可见光红光波段（λ=635nm）尾纤输出单模半导体激光器，其具有体积紧凑和可见亮度高的优点，同时能保证整个指示光装置的全光纤化。

同时，由于后续高功率激光器的反向信号光功率较高，若直接将指示光激光器与合束器输入端相熔接，较强的反向信号光会直接注入指示光激光器内部，将指示光激光器内部发光单元打坏。为此，在指示光激光器和合束器及后续激光链路输入端之间加入高功率光纤环形器。将高功率环形器的Port1端口与指示光激光器的尾纤相熔接，而Port2端口与合束器及后续激光链路输入端相熔接，Port3端口与一段无芯光纤相熔接。高功率环形器的工作原理是其能将来自Port1端口的指示光传输到Port2端口，同时将来自Port2端口的反向激光信号导入到Port3端口处，从而起到既能传导指示激光，又可以隔绝反向信号光进入指示光激光器的目的，以保护指示光装置安全可靠。

为了安全处理掉导入到Port3端口处的较高功率反向激光信号，使用一段剥去涂覆层的无芯光纤与Port3端口光纤相熔接，使反向激光信号经无芯光纤传输后，得到充分扩束，从而降低反向信号光的功率密度。优选的，为了使反向信号光能得到充分扩束，建议无芯光纤长度大于D×n石英/2NA（D为光纤包层直径，NA为反向信号光的数值孔径，n石英为石英折射率），这样反向信号光可打到无芯光纤的包层表面。进一步，优选的，为了让打到无芯光纤包层表面的反向信号光能较为均匀得到导出，将无芯光纤包层表面做毛化腐蚀，使反向信号光在毛化表面发生散射，从而进一步降低其功率密度。为了保护毛化腐蚀后的无芯裸光纤，使用石英管（槽）将该部分包裹，并填充混合有Al₂O₃粉末的低折射率胶水，予以固化，从而最终安全地导出反向信号光。

实用过程中，需要注意的几点：

①从指示光激光器的实用性考虑，通常选择人眼反应灵敏的可见红光或绿光。从亮度和安全性考虑，其功率约为mW到百mW量级。从系统的全光纤、紧凑化方面考虑，应选择尾纤输出单模半导体激光器。

②由于全光纤激光器的反向信号光功率较高，故应选择耐受功率大于反向信号光功率的高功率环形器。对于高功率全光纤激光器，环形器应选择百mW至瓦量级的产品。同时，为了减小熔接损耗，应保证环形器各个端口的光纤种类与指示光激光器和后续激光链路相匹配。

③为了方便无芯光纤和环形器Port3端口的熔接操作，选择一段较长距离的带涂覆层的无芯光纤先与环形器Port3端口熔接，而后再使用热剥钳或相应溶剂剥离掉无芯光纤的涂覆层，最后再使用如氢氟酸等溶剂对无芯光纤段进行表面腐蚀毛化处理。

④优选的，为了让从无芯光纤包层表面散射的光均匀导出，选用折射率低于石英的低折射率紫外固化胶水填充无芯光纤和石英管（槽）的间隙，如DF0016，并在胶体内部混合有Al₂O₃粉末。不选用高折胶是为了防止散射光被很快导出，使该段功率密度过高，威胁激光器的安全稳定。

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。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (4)

1.一种高功率全光纤激光器指示光装置，其特征是：包括有尾纤输出的指示光激光器、合束器、高功率环形器、激光器系统和石英管；所述高功率环形器包括有三个端口，端口分别为port1、port2和port3；所述指示光激光器的尾纤输出端与port1端口连接；所述合束器的信号输入端与port2端口相连接；所述石英管内设置有无芯光纤；所述无芯光纤与port3端口连接；所述合束器的输出端与激光器系统连接。

2.根据权利要求1所述的一种高功率全光纤激光器指示光装置，其特征是：所述无芯光纤的长度大于D×n_石英/2NA，其中D为无芯光纤直径，NA为环形器Port3光纤数值孔径，n_石英为石英折射率。

3.根据权利要求1所述的一种高功率全光纤激光器指示光装置，其特征是：所述无芯光纤的表面进行腐蚀处理；所述无芯光纤通过混合有Al₂O₃粉末的低折射率胶水固化在石英管内。

4.根据权利要求1所述的一种高功率全光纤激光器指示光装置，其特征是：所述高功率环形器的耐受功率大于激光器系统的反向信号光功率。