CN105305210B - 一种基于多芯光纤的高功率全光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多芯光纤的高功率全光纤激光器，包括种子源、泵浦源、泵浦合束器和端帽，还包括多芯光纤，所述多芯光纤包括剥去两端的包层和多根纤芯，所述多根纤芯的端点处相互熔接为一根单纤芯，所述单纤芯位于所述包层外的部分具有2个端点，所述2个端点分别为输入端、输出端，所述输入端与种子源熔接，所述输出端与端帽熔接，包层与泵浦合束器的输出端熔接，本发明激光器将激光信号多程放大，泵浦耦合吸收效率高，激光系统的稳定性和可靠性高，与单芯光纤相比，多芯光纤在保证一定的填充因子的同时具有更大的包层口径，因此，在泵浦激光亮度一定的情况下，实现更高功率的泵浦耦合。

Description

一种基于多芯光纤的高功率全光纤激光器

技术领域

本发明涉及高功率光纤激光器技术领域，具体涉及一种基于多芯光纤的高功率全光纤激光器。

背景技术

近年来，随着高亮度半导体抽运技术和双包层光纤制造工艺的发展，光纤激光的输出功率迅速提升。2002年实现了1kW的输出，2009年迈进了10kW量级的门槛，目前光纤激光器已经被广泛应用。单纤近单模光纤激光器功率进一步提升存在诸多技术障碍，泵浦耦合功率提升困难成为主要技术障碍之一。更高功率的泵浦耦合有两种解决思路，一种是提高泵浦源亮度，另一种是在泵浦吸收强度不变的情况下增大激光器的泵浦接收面积。

多芯光纤的概念于上世纪70年代提出，目的在于制造高密集度通信光缆，但由于机械强度低、可靠性差等原因，未能发展到实用化和商品化。1994年法国电信公司制造出实用化的多芯光纤，并成功进行了成缆实验。近年来，在高功率光纤激光器的研制中多芯光纤被用作增益介质进行能量泵浦，以获取高功率光纤输出。多芯光纤中各个纤芯中的激光会发生相互耦合，耦合强度与纤芯的模场特征及排布间隔有关，纤芯相距越近耦合越强烈。

盘状光纤激光器的概念由日本的植田教授于1994年提出，整个激光器的耦合系统由平板波导和光纤盘组成，一根无包层和保护层的光纤盘成一个圆盘，放置在两个圆形的平板之间。泵浦光从平板边缘缝隙入射到平板波导结构中，两平行平板的内表面镀有对泵浦光的高反射膜，泵浦光受波导结构的限制在其中经过多次反射后穿过光纤被纤芯吸收。但是由于此种构型的泵浦耦合吸收效率较小，激光器无法实现较高的转换效率。同时该种结构泵浦光路为空间结构，造成整个激光系统不是全光纤结构，不能保证激光系统较高的稳定性和可靠性。因此在高功率光纤激光器的发展中盘状光纤激光器没有实现较大的发展。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于多芯光纤的高功率全光纤激光器，该激光器将激光信号多程放大，泵浦耦合吸收效率高，激光系统的稳定性和可靠性高。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于多芯光纤的高功率全光纤激光器，包括种子源、泵浦合束器和端帽，还包括多芯光纤，所述多芯光纤包括剥去两端的包层和多根纤芯，多根纤芯的端点处相互熔接为一根单纤芯，所述单纤芯位于所述包层外的部分具有2个端点，2个端点分别为输入端、输出端，所述输入端与种子源熔接，所述输出端与端帽熔接，包层与泵浦合束器的输出端熔接，泵浦源与泵浦合束器的输入端熔接。

进一步，所述多根纤芯之间的熔接方式为首尾和/或首首熔接。

进一步，所述输入端和输出端位于所述包层的同一端或不同端。

进一步，所述激光器还包括包层功率剥离器一，所述包层功率剥离器一熔接在多芯光纤上。

进一步，所述激光器还包括包层功率剥离器二，所述包层功率剥离器二位于多芯光纤和端冒之间。

进一步，所述泵浦合束器为(N+1)×1型泵浦合束器。

进一步，所述泵浦合束器为N×1型泵浦合束器。

本发明的有益效果如下：

1、将多芯光纤的端点相互熔接，使其成为一根单纤芯，信号光在该单纤芯内多程放大，提高信号光的放大效率；

2、与单芯光纤相比，多芯光纤在保证一定的填充因子的同时具有更大的包层口径，因此，在泵浦激光亮度一定的情况下，实现更高功率的泵浦耦合；

3、采用将多芯光纤熔接为单根光纤，与泵浦合束器配合，实现端面泵浦或侧面泵浦；

4、根据泵浦合束器设置位置的不同，可以采取正向泵浦、反向泵浦或双向泵浦；

5、采用包层功率剥离器一和包层功率剥离器二，既保证了输出激光的光束质量，又避免了过高剩余泵浦功率从包层剥离段输出而造成的光纤烧毁。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的多芯光纤横截面示意图；

图3为本发明的多根纤芯首首和尾尾熔接示意图；

图4为本发明的多根纤芯首尾熔接示意图；

图5为本发明的多根纤芯首首、尾尾和首尾熔接示意图。

图中：1—多芯光纤，11—包层，12—纤芯，2—种子源，3—泵浦合束器，4—包层功率剥离器一，5—包层功率剥离器二，6—端冒，7—泵浦源。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。

实施例一：

如图1所示，一种基于多芯光纤的高功率全光纤激光器，包括种子源2、泵浦合束器3、端帽6、泵浦源7、多芯光纤1、包层功率剥离器一4和包层功率剥离器二5，所述多芯光纤1包括剥去两端的包层11和内部的多根纤芯12，多根纤芯12的端点处相互熔接为一根单纤芯，所述单纤芯位于所述包层11外的部分具有2个端点，所述2个端点分别为输入端、输出端，所述输入端与种子源2熔接，种子源2发出的信号光由输入端进入多芯光纤1内，所述输出端与端帽6熔接，信号光经过多芯光纤1的放大后，由输出端输出，多芯光纤1的包层11与所述泵浦合束器3的输出端熔接，泵浦源7与泵浦合束器3的输入端熔接，为信号光的放大提供能量，泵浦合束器3为(N+1)×1型或N×1型泵浦合束器，本实施例中选择(N+1)×1型泵浦合束器，根据泵浦合束器3的熔接位置不同，可以进行正向泵浦、反向泵浦或双向泵浦。所述包层功率剥离器一4熔接在多芯光纤1上，并且靠近输出端，所述包层功率剥离器二3位于多芯光纤1和端冒6之间，包层功率剥离器二3与纤芯12的熔接。包层功率剥离器能够除去包层11中残留的泵浦光，既保证了输出激光的光束质量，又避免了过高剩余泵浦功率从包层剥离段输出而造成的光纤烧毁。

如图2所示，多芯光纤1包括包层11和内部的多根线芯12，本发明采用的是4根纤芯12的光纤。

如图3所示，所述输入端和输出端分别位于所述包层11的同一端，若以图中左侧为首端，以图中右侧为尾端，所述4根纤芯12之间的熔接方式首首和尾尾熔接，包层11外的2个端点分别为输入端和输出端，单根光纤最终排列为折叠线形。

如图4所示，所述输入端和输出端分别位于所述包层11的不同端，若以图中左侧为首端，以图中右侧为尾端，所述4根纤芯12之间的熔接方式首尾熔接，包层11外的2个端点分别为输入端和输出端，单根光纤最终排列为多圈环形。

如图5所示，所述输入端和输出端分别位于所述包层11的不同端，若以图中左侧为首端，以图中右侧为尾端，所述4根纤芯12之间的熔接方式为首首、尾尾和首尾熔接，包层11外的2个端点分别为输入端和输出端，单根光纤最终排列为多圈环形和折叠线形。

本发明将多芯光纤的端点相互熔接，使其成为一根单纤芯，信号光在该单纤芯内多程放大，提高信号光的放大效率。与单芯光纤相比，多芯光纤在保证一定的填充因子的同时具有更大的包层口径，因此，在泵浦激光亮度一定的情况下，实现更高功率的泵浦耦合。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种基于多芯光纤的高功率全光纤激光器，包括种子源、泵浦源、泵浦合束器和端帽，其特征在于，还包括多芯光纤，所述多芯光纤包括剥去两端的包层和多根纤芯，多根纤芯的端点处相互熔接为一根单纤芯，所述单纤芯位于所述包层外的部分具有2个端点，2个端点分别为输入端、输出端，所述输入端与种子源熔接，所述输出端与端帽熔接，包层与泵浦合束器的输出端熔接，泵浦源与泵浦合束器的输入端熔接，所述多根纤芯之间的熔接方式为首尾和/或首首熔接，所述激光器还包括包层功率剥离器一，所述包层功率剥离器一熔接在多芯光纤上。

2.根据权利要求1所述的基于多芯光纤的高功率全光纤激光器，其特征在于，所述输入端和输出端位于所述包层的同一端或不同端。

3.根据权利要求1所述的基于多芯光纤的高功率全光纤激光器，其特征在于，所述激光器还包括包层功率剥离器二，所述包层功率剥离器二位于多芯光纤和端帽之间。

4.根据权利要求3所述的基于多芯光纤的高功率全光纤激光器，其特征在于，所述泵浦合束器为(N+1)×1型泵浦合束器。

5.根据权利要求3所述的基于多芯光纤的高功率全光纤激光器，其特征在于，所述泵浦合束器为N×1型泵浦合束器。