CN104868350A - 一种高功率激光器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光技术领域，公开了一种高功率激光器，包括依光路设置的泵浦系统、增益光纤和激光输出系统；或者包括多模高功率ASE半导体芯片、加长腔和激光输出系统。其中增益光纤或加长腔为一矩形纤芯单一多模光纤，其纤芯横截面为矩形结构，可传播一个方向为单横模，另一方向为多横模的激光；所述激光输出系统包括单一多模分束聚焦系统，该单一多模分束聚焦系统为谐振腔输出腔镜。本发明通过采用矩形纤芯单一多模光纤作为增益介质，或采用矩形纤芯单一多模光纤耦合多模高功率ASE半导体芯片发射的多模激光，构成加长腔，获得高功率单一多模激光，实现多模泵浦，多路单模光纤输出激光；可作为飞秒通讯光源，具有结构紧凑、小型化、低成本等优点。

Description

一种高功率激光器

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种高功率激光器。

背景技术

目前光纤激光器作为光源在光通讯领域已经得到广泛的应用，而随着大功率双包层光纤激光器的出现，其应用正朝着激光加工、激光测距、激光雷达、激光艺术成像、激光防伪和生物医疗等更广阔的领域迅速发展。而锁模技术是将激光器进行一定的调制，使得激光腔中各振荡纵模的相位固定，从而得到各个纵模相干叠加的超短脉冲的方法。

由于现代光通讯信息传输量的增大，以及光通信线路的增加，在实际应用中常常需要对多个线路的光信号进行放大，那么就需要多个EDFA分别进行放大，这样就会大大增加成本，而且多个EDFA也增加了整个光通讯系统的复杂性，其体积也随之增大。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种高功率激光器，结构简单、成本低。

本发明的目的之二在于提供一种高功率激光器，由一组单模光纤输出单一多横模的锁模激光，可作为飞秒通讯光源，结构紧凑，具有小型化、低成本等优点。

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：一种高功率激光器，包括依光路设置的泵浦系统、增益光纤和激光输出系统；所述增益光纤为一矩形纤芯单一多模光纤，其纤芯横截面为矩形结构，可传播一个方向为单横模，另一方向为多横模的激光；所述激光输出系统包括单一多模分束聚焦系统，该单一多模分束聚焦系统为谐振腔输出腔镜；所述增益光纤靠近泵浦系统的端面镀有对泵浦光增透对激光高反的膜层，作为谐振腔后腔镜；所述泵浦系统发射泵浦光并耦合到增益光纤的矩形纤芯内进行泵浦，增益光纤受激辐射光在谐振腔内振荡产生单一多模激光，经单一多模分束聚焦系统输出，单一多模分束聚焦系统将输出激光分为多束子光束输出。

进一步的，还包括锁模器件，位于增益光纤与单一多模分束聚焦系统之间；在增益光纤与锁模器件之间还设有一聚焦透镜，锁模器件与单一多模分束聚焦系统之间设有一准直透镜；从增益光纤输出的激光经聚焦透镜会聚到锁模器件上，经锁模器件输出的激光再由准直透镜准直之后入射到单一多模分束聚焦系统，经该单一多模分束聚焦系统输出锁模激光。

进一步的，所述锁模器件为透射式或反射式的主动锁模器件或被动锁模器件。

进一步的，所述单一多模分束聚焦系统包括依光路设置的光栅和透镜，或者包括依光路设置的部分反射镜和微透镜阵列；将输出激光分为多束子光束输出。

进一步的，所述激光输出系统还包括一光纤耦合系统，位于单一多模分束聚焦系统后面；单一多模激光经所述单一多模分束聚焦系统分为多束子光束输出，并分别聚焦耦合到光纤耦合系统内，由光纤耦合系统输出激光。

本发明提供的另一种方案为：一种高功率激光器，包括多模高功率ASE半导体芯片、加长腔和激光输出系统；所述加长腔为一矩形纤芯单一多模光纤，其纤芯横截面为矩形结构，可传播一个方向为单横模，另一方向为多横模的激光；所述激光输出系统包括单一多模分束聚焦系统，该单一多模分束聚焦系统为加长腔输出腔镜；所述ASE半导体芯片发射的多模激光经一耦合透镜耦合进入所述矩形纤芯内，经该矩形纤芯单一多模光纤输出单一多模激光，再由所述单一多模分束聚焦系统输出，单一多模分束聚焦系统将输出激光分为多束子光束输出。

进一步的，还包括锁模器件，位于矩形纤芯单一多模光纤与单一多模分束聚焦系统之间；在矩形纤芯单一多模光纤与锁模器件之间还设有一聚焦透镜，锁模器件与单一多模分束聚焦系统之间设有一准直透镜；从矩形纤芯单一多模光纤输出的激光经聚焦透镜会聚到锁模器件上，经锁模器件输出的激光再由准直透镜准直之后入射到单一多模分束聚焦系统，经该单一多模分束聚焦系统输出锁模激光。

进一步的，所述锁模器件为透射式或反射式的主动锁模器件或被动锁模器件。

进一步的，所述单一多模分束聚焦系统包括依光路设置的光栅和透镜，或者包括依光路设置的部分反射镜和微透镜阵列；将输出激光分为多束子光束输出。

进一步的，所述激光输出系统还包括一光纤耦合系统，位于单一多模分束聚焦系统后面；单一多模激光经所述单一多模分束聚焦系统分为多束子光束输出，并分别聚焦耦合到光纤耦合系统内，由光纤耦合系统输出激光。

本发明的有益效果为：本发明通过采用矩形纤芯单一多模光纤作为增益介质，或采用矩形纤芯单一多模光纤耦合多模高功率ASE半导体芯片发射的多模激光，构成加长腔，获得高功率单一多模激光，实现多模泵浦，多路单模光纤输出激光；可作为飞秒通讯光源，具有结构紧凑、小型化、低成本等优点。

附图说明

图1为本发明高功率激光器实施例一结构示意图；

图2为本发明高功率激光器实施例二结构示意图；

图3为实施例一和二中增益光纤结构示意图；

图4为本发明高功率激光器实施例三结构示意图；

图5为本发明高功率激光器实施例四结构示意图；

图6为本发明实施例三和四中加长腔光纤结构示意图。

附图标示：10、泵浦系统；11、多模LD泵浦源；12、泵浦耦合透镜；20、增益光纤；21、矩形纤芯；30、激光输出系统；31、单一多模分束聚焦系统；32、光纤耦合系统；40、锁模器件；50、聚焦透镜；60、准直透镜；70、ASE半导体芯片；80、耦合透镜；90、单一多模光纤；91、矩形纤芯。

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。

本发明的高功率激光器通过采用矩形纤芯单一多模光纤作为增益介质，或采用矩形纤芯单一多模光纤耦合多模高功率ASE半导体芯片发射的多模激光，构成加长腔，获得高功率单一多模激光，实现多模泵浦，多路单模光纤输出激光；该结构能够提高泵浦效率和输出激光功率，并且降低了工艺制作难度，实现高光束质量和高稳定性的高功率锁模激光输出，可作为飞秒通讯光源，具有结构紧凑、小型化、低成本等优点。

具体的，如图1所示的实施例一，该高功率激光器，包括依光路设置的泵浦系统10、增益光纤20和激光输出系统30。其中，增益光纤20为一矩形纤芯21单一多模光纤，如图3所示，其纤芯横截面为矩形结构，可传播一个方向为单横模，另一方向为多横模的激光；矩形纤芯21为掺杂增益纤芯，可提高泵浦光的耦合效率。激光输出系统30包括单一多模分束聚焦系统31，该单一多模分束聚焦系统31为谐振腔输出腔镜；增益光纤20靠近泵浦系统10的端面镀有对泵浦光增透对激光高反的膜层，作为谐振腔后腔镜；泵浦系统10发射泵浦光并耦合到增益光纤20的矩形纤芯21内进行泵浦，增益光纤20受激辐射光在谐振腔内振荡产生单一多模激光，经单一多模分束聚焦系统31输出，单一多模分束聚焦系统31将输出激光分为多束子光束输出，以满足高功率飞秒通讯光源的使用要求。

其中，泵浦系统10包括多模LD泵浦源11和泵浦耦合透镜12。多模LD泵浦源11可以是多模单管LD或LD阵列；泵浦耦合透镜12可以是单个透镜或多个透镜组合，或是由多模光纤熔融拉锥定向耦合光纤替代，或是其他相干或非相干光束合束系统替代。多模单管LD的输出功率可以达到几瓦，若使用LD阵列合成为几十瓦的泵浦光进入增益光纤20进行泵浦，则可以达到更高的激光输出。单一多模分束聚焦系统31为包括依光路设置的光栅和透镜，或者包括依光路设置的部分反射镜和微透镜阵列，将输出激光分为多束子光束输出。光栅与透镜的组合方式中，光栅具有谐振腔输出镜的功能，提供部分反馈激光，以提高输出激光的稳定性。在单一多模分束聚焦系统31后面还设有一光纤耦合系统32，如单模光纤阵列、多模光纤熔融拉锥定向耦合光纤或其他光束分束系统，单一多模激光经单一多模分束聚焦系统31分为多束子光束，并分别聚焦耦合到单模光纤阵列的各单模光纤内，经单模光纤阵列输出多束激光，获得一组单模光纤输出的高功率激光，以满足高功率飞秒通讯光源的使用要求。

如图2所示的实施例二，在实施例一结构的基础上增加一锁模器件40，锁模器件40设于增益光纤20与单一多模分束聚焦系统31之间；在增益光纤20与锁模器件40之间还设有一聚焦透镜50，锁模器件40与单一多模分束聚焦系统31之间设有一准直透镜60。该锁模器件40可以是透射式或反射式的主动锁模器件或被动锁模器件，如作为被动锁模器件的GaAs半导体可饱和吸收镜，插入增益光纤20与单一多模分束聚焦系统31之间，实现锁模调制；或是插入电光元件对腔内激光的相位进行调制，实现主动锁模调制。从增益光纤20输出的激光经聚焦透镜50会聚到锁模器件40上，经锁模器件40调制输出的激光再由准直透镜60准直之后入射到单一多模分束聚焦系统31，经该单一多模分束聚焦系统31输出调制的锁模激光；并分别聚焦耦合到单模光纤阵列的各单模光纤内，经单模光纤阵列输出多束锁模激光，获得一组单模光纤输出的高功率锁模激光，以满足高功率飞秒通讯光源的使用要求。

上述各实施例中各光学元件的通光面，如增益光纤的后端面、聚焦透镜、准直透镜等通光面均镀有对激光的增透膜。

如图4所示的实施例三，该实施例的高功率激光器，包括多模高功率ASE半导体芯片70、加长腔和激光输出系统30。其中，加长腔为一矩形纤芯91单一多模光纤90，如图6所示，其纤芯横截面为矩形结构，可传播一个方向为单横模，另一方向为多横模的激光。激光输出系统30包括单一多模分束聚焦系统31，该单一多模分束聚焦系统31为加长腔输出腔镜。ASE半导体芯片70发射的多模激光经一耦合透镜80耦合进入矩形纤芯91内，经该矩形纤芯91单一多模光纤90输出单一多模激光，再由单一多模分束聚焦系统31输出，单一多模分束聚焦系统31将输出激光分为多束子光束输出，以满足高功率飞秒通讯光源的使用要求。

与实施例一相似的，单一多模分束聚焦系统31为包括依光路设置的光栅和透镜，或者包括依光路设置的部分反射镜和微透镜阵列，将输出激光分为多束子光束输出。光栅与透镜的组合方式中，光栅具有谐振腔输出镜的功能，提供部分反馈激光，以提高输出激光的稳定性。在单一多模分束聚焦系统31后面还设有一光纤耦合系统32，如单模光纤阵列、多模光纤熔融拉锥定向耦合光纤或其他光束分束系统，单一多模激光经单一多模分束聚焦系统分为多束子光束，并分别聚焦耦合到单模光纤阵列的各单模光纤内，经单模光纤阵列输出多束激光，获得一组单模光纤输出的高功率激光，以满足高功率飞秒通讯光源的使用要求。

如图5所示的实施例四，同样在实施例三的谐振腔内插入锁模器件40，以获得一组单模光纤输出的高功率锁模激光，满足高功率飞秒通讯光源的使用要求。其锁模器件结构与实施例二相似，不再累述。

实施例三和四中的各通光面，如单一多模光纤的两端面、聚焦透镜、准直透镜等通光面均镀有对激光的增透膜。

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)

1.一种高功率激光器，包括依光路设置的泵浦系统、增益光纤和激光输出系统；其特征在于：所述增益光纤为一矩形纤芯单一多模光纤，其纤芯横截面为矩形结构，可传播一个方向为单横模，另一方向为多横模的激光；所述激光输出系统包括单一多模分束聚焦系统，该单一多模分束聚焦系统为谐振腔输出腔镜；所述增益光纤靠近泵浦系统的端面镀有对泵浦光增透对激光高反的膜层，作为谐振腔后腔镜；所述泵浦系统发射泵浦光并耦合到增益光纤的矩形纤芯内进行泵浦，增益光纤受激辐射光在谐振腔内振荡产生单一多模激光，经单一多模分束聚焦系统输出，单一多模分束聚焦系统将输出激光分为多束子光束输出。

2.如权利要求1所述高功率激光器，其特征在于：还包括锁模器件，位于增益光纤与单一多模分束聚焦系统之间；在增益光纤与锁模器件之间还设有一聚焦透镜，锁模器件与单一多模分束聚焦系统之间设有一准直透镜；从增益光纤输出的激光经聚焦透镜会聚到锁模器件上，经锁模器件输出的激光再由准直透镜准直之后入射到单一多模分束聚焦系统，经该单一多模分束聚焦系统输出锁模激光。

3.如权利要求2所述高功率激光器，其特征在于：所述锁模器件为透射式或反射式的主动锁模器件或被动锁模器件。

4.如权利要求1-3任一项所述高功率激光器，其特征在于：所述单一多模分束聚焦系统包括依光路设置的光栅和透镜，或者包括依光路设置的部分反射镜和微透镜阵列；将输出激光分为多束子光束输出。

5.如权利要求4所述高功率激光器，其特征在于：所述激光输出系统还包括一光纤耦合系统，位于单一多模分束聚焦系统后面；单一多模激光经所述单一多模分束聚焦系统分为多束子光束输出，并分别聚焦耦合到光纤耦合系统内，由光纤耦合系统输出激光。

6.一种高功率激光器，包括多模高功率ASE半导体芯片、加长腔和激光输出系统；其特征在于：所述加长腔为一矩形纤芯单一多模光纤，其纤芯横截面为矩形结构，可传播一个方向为单横模，另一方向为多横模的激光；所述激光输出系统包括单一多模分束聚焦系统，该单一多模分束聚焦系统为加长腔输出腔镜；所述ASE半导体芯片发射的多模激光经一耦合透镜耦合进入所述矩形纤芯内，经该矩形纤芯单一多模光纤输出单一多模激光，再由所述单一多模分束聚焦系统输出，单一多模分束聚焦系统将输出激光分为多束子光束输出。

7.如权利要求6所述高功率激光器，其特征在于：还包括锁模器件，位于矩形纤芯单一多模光纤与单一多模分束聚焦系统之间；在矩形纤芯单一多模光纤与锁模器件之间还设有一聚焦透镜，锁模器件与单一多模分束聚焦系统之间设有一准直透镜；从矩形纤芯单一多模光纤输出的激光经聚焦透镜会聚到锁模器件上，经锁模器件输出的激光再由准直透镜准直之后入射到单一多模分束聚焦系统，经该单一多模分束聚焦系统输出锁模激光。

8.如权利要求7所述高功率激光器，其特征在于：所述锁模器件为透射式或反射式的主动锁模器件或被动锁模器件。

9.如权利要求6-8任一项所述高功率激光器，其特征在于：所述单一多模分束聚焦系统包括依光路设置的光栅和透镜，或者包括依光路设置的部分反射镜和微透镜阵列；将输出激光分为多束子光束输出。

10.如权利要求9所述高功率激光器，其特征在于：所述激光输出系统还包括一光纤耦合系统，位于单一多模分束聚焦系统后面；单一多模激光经所述单一多模分束聚焦系统分为多束子光束输出，并分别聚焦耦合到光纤耦合系统内，由光纤耦合系统输出激光。