CN105470792A - 高功率两芯共腔光纤激光器 - Google Patents

Abstract

一种高功率双芯共腔光纤激光器，包括泵浦源，沿该泵浦源输出的泵浦光方向依次设置的同光轴的耦合准直透镜、耦合聚焦透镜、平面输入耦合镜、双芯光纤、腔内透镜和平面输出耦合镜。本发明结构简单，方便安装调试，容易集成化，两个纤芯共腔实现锁相输出，得到两束有相同相位的激光，可以得到干涉图样，增加单位面积的激光功率。

Description

高功率两芯共腔光纤激光器

技术领域

本发明涉及激光器的技术领域，尤其涉及一种高功率两芯共腔光纤激光器。

背景技术

随着激光应用技术的发展，高功率光纤激光器以其泵浦效率高、稳定性强、期间寿命长、光束质量高等优势在高功率激光器领域占有者重要的比重。1988年美国宝丽公司的E.Snitzer等人首次提出包层泵浦光纤激光器。2003年后，由于大模式面积光纤技术和高功率泵浦源技术的发展，单根光纤激光器的连续输出从百瓦量级向千瓦量级发展，但是由于大模式面积光纤中存在多个模式，会引起光束质量的下降，此外由于非线性效应、放大自发辐射及热损伤阈值等因素的限制，传统光纤激光器的输出功率很难取得突破性进展。

1996年，D.R.Scifres提出多芯光纤激光器的概念，相对于其他腔外相干合束的方法，多芯光纤激光器具有结构简单、输出功率高的特点。多芯光纤的纤芯间距离很近，使得各纤芯受激发射的激光可以通过振荡激光之间倏逝波的耦合相互作用，达到锁相的激光输出。目前已有7芯、19芯、37芯等不同纤芯数目和结构及不同装置的多芯光纤激光器的相关报道，但是理论表明这种通过倏逝波耦合的多芯光纤激光器其合成光束的质量会随纤芯的增多和输出功率的提高而下降。

现有的多芯光纤激光器都是利用振荡激光倏逝波的耦合相互作用达到锁相的激光输出，此种方式需要对纤芯间的距离和纤芯的直径进行限定，这会导致不同纤芯内部模式高度的均匀性无法保证，同时限制了泵浦光的吸收效率。如果能够避免倏逝波耦合的限制，同时又使不同纤芯中所激发的模式在同一个谐振腔振荡，这样纤芯直径可以得到有效的增大，同时纤芯间的距离不受限制，这将会使光纤激光器的输出功率和光斑亮度得到显著提高。

发明内容

本发明旨在克服上述多芯光纤激光器存在的不足，通过将多芯光纤中不同纤芯中所激发的模式置于同一个折叠腔内从而形成共腔振荡概念，提出一种高功率光纤激光器技术。通过采用该技术，多芯光纤的纤芯距离可任意配置，不同纤芯中所激发的光场模式可折叠进入其他纤芯。这种方法在有效避免了不同纤芯中模场之间倏逝波耦合的同时，达到了锁相输出的目的。该激光器具有装置结构简单，系统稳定性好，激光效率高，输出功率高，光束质量好等特点。

本发明采用的技术方案如下：

一种高功率双芯共腔光纤激光器，包括泵浦源，其特点在于，还包括沿该泵浦源输出的泵浦光方向依次设置的同光轴的耦合准直透镜、耦合聚焦透镜、平面输入耦合镜、双芯光纤、腔内透镜和平面输出耦合镜；

所述的泵浦源的输出端位于所述的耦合准直透镜的物方焦点处，所述的双芯光纤的前端面置于所述的耦合聚焦透镜的像方焦点处，所述的平面输入耦合透镜紧贴所述的双芯光纤的前端面放置，所述的双芯光纤的后端面置于所述的腔内透镜的物方焦点处，所述的平面输出耦合透镜置于所述的腔内透镜的像方焦点处。

所述的平面输入耦合镜对泵浦光高透，且对振荡光高反。

所述的腔内透镜对振荡光高透。

所述的双芯光纤中的两个纤芯对称与相对光纤中心成对称分布，光纤可以是硅酸盐玻璃光纤、磷酸盐玻璃光纤或光子晶体光纤，比如掺钕磷酸盐光纤、掺镱磷酸盐光纤、掺铥磷酸盐光纤、掺钬磷酸盐光纤、掺钕硅酸盐光纤、掺镱硅酸盐光纤、掺铥硅酸盐光纤、掺钬硅酸盐光纤、掺钕光子晶体光纤、掺镱光子晶体光纤等。

所述的泵浦源用于抽运所述的双芯光纤以便实现粒子数反转，可以是光纤耦合输出的半导体激光器，固体激光器和光纤激光器等。

所述的平面输入耦合镜可以是镀膜的平面镜，也可以是光纤光栅。

本发明具有以下优点：

1、本激光器整体结构简单，方便安装调试，容易集成化。

2、本激光器中，两个纤芯共腔实现锁相输出，得到两束有相同相位的激光，可以得到干涉图样，增加单位面积的激光功率。

3、本激光器中所用掺杂光纤纤芯偏心放置，泵浦光的吸收效率较高。

4、本激光器所用光纤纤芯直径与无放大系统的光纤激光器所用光纤的纤芯直径较小，可以得到相对较好的激光光斑。

附图说明

图1为本发明的高功率双芯共腔光纤激光器的示意图。

图2为光纤结构端面示意图。

图3位本发明中平凸透镜和反射镜组成的光学系统的光路示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

请参阅图1，图1为本发明的高功率双芯共腔光纤激光器的示意图，如图所示，一种高功率双芯共腔光纤激光器，包括泵浦源1，沿该泵浦源输出的泵浦光方向以此设置的同光轴的耦合准直透镜2、耦合聚焦透镜3、平面输入耦合镜4、双芯光纤5、腔内透镜6、平面输出耦合镜7；所述的泵浦源1的输出端置于所述的耦合准直透镜2的物方焦点处，所述的双芯光纤的前端面置于耦合聚焦透镜的像方焦点处；所述的平面输入耦合透镜置于光纤的前端面处，紧贴所述的光纤的前端面放置；所述的双芯光纤的后端面置于腔内透镜的物方焦点处；所述的平面输出耦合透镜置于腔内透镜的像方焦点处。

所述的泵浦源1的输出端置于所述的耦合准直透镜2的物方焦点处，准直光通过所述的耦合聚焦透镜3后聚焦在所述的双芯光纤的前端面；所述的平面输入耦合透镜4紧贴所述的双芯光纤的前端面，所述的平面输入耦合透镜4前端面镀有对泵浦光的高透膜，所述的平面输入耦合透镜4后端面镀有对泵浦光高透同时对振荡光高反的双色膜；所述的双芯光纤5的两个纤芯(51,51)对称于光纤中心分布；所述的双芯光纤5的后端面放置在腔内透镜6的物方焦点处，如图3所示，根据几何光学原理，

$\frac{1}{l^{\′}}+\frac{1}{l}=\frac{1}{f^{\′}}$

所述的双芯光纤5的后端面距离腔内透镜6的距离为l,腔内透镜6的焦距为f′，l＝-f′，所述的双芯光纤5的后端面出射光经过腔内透镜6所成的像的像距l′＝∞，即所述的双芯光纤5的两个纤芯的出射的振荡光经过所述的腔内透镜6变为两束平行光束，根据几何光学原理，如图3所示焦平面上发出的光经过透镜后为一束平行光，其平行光束与光轴的夹角由物或光源与光轴的距离决定，所述双芯光纤的两个纤芯距离光轴的距离分别为h和-h，其出射光束经过所述腔内透镜6变为的平行光束与光轴的夹角为α和-α，两束平行光束经过所述的平面输出耦合透镜7反射之后，与光轴的夹角变为-α和α，再经过所述的腔内透镜6聚焦之后，聚焦光斑位置距离光轴的距离为-h和h，即所述双芯光纤的两个纤芯出射的光束耦合进入了另外一个纤芯中，从而实现了双芯共腔的结构。

Claims (6)

1.一种高功率双芯共腔光纤激光器，包括泵浦源(1)，其特征在于，还包括沿该泵浦源输出的泵浦光方向依次设置的同光轴的耦合准直透镜(2)、耦合聚焦透镜(3)、平面输入耦合镜(4)、双芯光纤(5)、腔内透镜(6)和平面输出耦合镜(7)；

所述的泵浦源(1)的输出端位于所述的耦合准直透镜(2)的物方焦点处，所述的双芯光纤(5)的前端面置于所述的耦合聚焦透镜(3)的像方焦点处，所述的平面输入耦合透镜(4)紧贴所述的双芯光纤(5)的前端面放置，所述的双芯光纤(5)的后端面置于所述的腔内透镜(6)的物方焦点处，所述的平面输出耦合透镜(7)置于所述的腔内透镜(6)的像方焦点处。

2.根据权利要求1所述的高功率双芯共腔光纤激光器，其特征在于，所述的平面输入耦合透镜(4)的前端面镀有对泵浦光高透的高透膜，该平面输入耦合透镜(4)的后端面镀有对泵浦光高透同时对振荡光高反的双色膜。

3.根据权利要求1所述的高功率双芯共腔光纤激光器，其特征在于，所述的双芯光纤(5)的两个纤芯对称于光纤中心分布，光纤是硅酸盐玻璃光纤、磷酸盐玻璃光纤或光子晶体光纤。

4.根据权利要求1所述的高功率双芯共腔光纤激光器，其特征在于，所述的平面输入耦合镜是镀膜的平面镜或光纤光栅。

5.根据权利要求1所述的高功率双芯共腔光纤激光器，其特征在于，所述的双芯光纤中的两个纤芯对称与相对光纤中心成对称分布，光纤是硅酸盐玻璃光纤、磷酸盐玻璃光纤或光子晶体光纤。

6.根据权利要求1所述的高功率双芯共腔光纤激光器，其特征在于，所述的平面输入耦合镜是镀膜的平面镜或光纤光栅。