CN105896253A - 一种光纤器件和激光系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种光纤器件和激光系统，针对现有技术的激光系统中多个元件分别独立熔接使得激光器结构复杂，由于元件本身存在尾纤且焊接须预留一定的光纤长度导致激光系统体积庞大、光纤冗余、结构复杂的技术问题，本发明提供的光纤器件和激光系统，所述激光系统包含泵浦光源、增益光纤、输出光纤和所述光纤器件，将实现激光放大的元件，包括第一耦合透镜、第二耦合透镜、第三耦合透镜和双色镜集成于壳体内，还包括集成于壳体内的光隔离器和光滤波器，元件之间实现光路连接，达到了将多个元件集成于一个光纤器件时减小了整个激光系统的体积，结构简单，元件之间光路耦合省去了独立熔接时通过光纤连接进行信号传输所导致的光纤冗余等的技术效果。

Description

一种光纤器件和激光系统

技术领域

本发明设计激光领域，具体涉及一种光纤器件和激光系统。

背景技术

在现有的激光系统中，尤其是全光纤锁模振荡器后接的放大级制作中，由于对于基本元器件的要求，通常会造成器件数量多，结构复杂，激光器件体积庞大的问题。现有的技术方案停留在每个元器件分别独立焊接以实现放大器功能。

然而，分别独立焊接方式使激光器结构复杂，且由于全光纤系统器件本身存在尾纤，且焊接须预留一定的光纤长度，无法完成激光器小型轻量化的目标。

全光纤激光器系统中光纤器件个数多，以及每个光纤器件均有尾纤是导致光纤激光器体积庞大、光纤冗余，结构复杂的主要原因。

发明内容

本发明提供的一种光纤器件和激光系统，旨在改善上述问题。

本发明提供的一种光纤器件，应用于包括所述光纤器件的激光系统，所述激光系统还包括泵浦光源和增益光纤，所述光纤器件包括：壳体、第一耦合透镜、第二耦合透镜、第三耦合透镜和双色镜。所述泵浦光源发出的泵浦光经所述第一耦合透镜传输至所述双色镜，经所述双色镜传输至所述第二耦合透镜，再由所述第二耦合透镜耦合至所述增益光纤。由所述增益光纤根据所接收的泵浦光输出的激光传输至所述双色镜，经所述双色镜传输至所述第三耦合透镜，再由所述第三耦合透镜输出。

优选地，还包括光滤波器，还包括光滤波器，所述光滤波器用于将所述双色镜输出的激光进行光谱滤波后传输至所述第三耦合透镜。

优选地，还包括光隔离器，所述光隔离器用于将所述双色镜输出的激光进行反向传输激光隔离后传输至所述第三耦合透镜。

优选地，还包括光隔离器和光滤波器，所述激光由所述双色镜传输至所述光隔离器，经由所述光隔离器进行反向传输激光隔离后传输至所述光滤波器，由所述光滤波器进行光谱滤波后传输至所述第三耦合透镜。

优选地，还包括光隔离器和光滤波器，所述激光由所述双色镜传输至所述光滤波器，经由所述光滤波器进行光谱滤波后将激光传输至所述光隔离器，由所述光隔离器进行反向传输激光隔离后传输至所述第三耦合透镜。

优选地，所述壳体包括泵浦尾纤、公共尾纤和信号尾纤，所述泵浦尾纤连接所述泵浦光源和所述第一耦合透镜，所述公共尾纤连接所述增益光纤和所述第二耦合透镜，所述信号尾纤连接所述第三耦合透镜和所述激光系统的输出光纤。

优选地，所述第二耦合透镜和所述第三耦合透镜为聚焦透镜。

优选地，所述第一耦合透镜为准直镜。

优选地，所述壳体为不透明壳体。

本发明提供的一种激光系统，包括泵浦光源、增益光纤、输出光纤和上述的光纤器件，所述泵浦光源，所述增益光纤和所述输出光纤均与所述光纤器件连接。

本发明实施例提供的一种光纤器件和激光系统，针对现有技术的激光系统中多个元件分别焊接使得激光器结构复杂，且由于元件本身存在尾纤且焊接须预留一定的光纤长度导致激光系统体积庞大、光纤冗余、结构复杂的技术问题，本发明提供的光纤器件和激光系统，所述激光系统包含泵浦光源、增益光纤、输出光纤和所述光纤器件，将实现激光放大的元件，包括第一耦合透镜、第二耦合透镜、第三耦合透镜和双色镜集成于壳体内，元件之间实现光路连接，达到了将多个元件集成于一个光纤器件时减小了整个激光系统的体积，结构简单，元件之间光路耦合省去了独立熔接时通过光纤连接进行信号传输所导致的光纤冗余等的技术效果。

附图说明

图1为本发明较佳实施例提供的一种光纤器件的结构示意图；

图2为本发明较佳实施例提供的一种光纤器件的结构示意图。

附图标记汇总：

激光系统100；泵浦光源102；增益光纤104；输出光纤106；

光纤器件110；壳体112；

泵浦尾纤1122；公共尾纤1124；信号尾纤1126；

第一耦合透镜114；第二耦合透镜116；第三耦合透镜118；

双色镜120；光滤波器122；光隔离器124。

具体实施方式

本领域技术人员长期以来一直在寻求一种改善该问题的工具或方法。

鉴于此，本发明的设计者通过长期的探索和尝试，以及多次的实验和努力，不断的改革创新，得出本方案所示的光纤器件和激光系统。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1，本发明实施例提供的一种光纤器件110，应用于包含该光纤器件110的激光系统100，所述激光系统100还包括泵浦光源102、增益光纤104和输出光纤106。所述光纤器件110接收所述泵浦光源102发出的泵浦光，将所述泵浦光耦合至所述增益光纤104转换成激光，将增大后的激光耦合至输出光纤106输出。

所述光纤器件110主要包括：壳体112、第一耦合透镜114、第二耦合透镜116、第三耦合透镜118和双色镜120。其中，第一耦合透镜114、第二耦合透镜116、第三耦合透镜118和双色镜120均设置在壳体112内，集成一个光纤器件110，减小了多个元件独立熔接于激光系统100时所占据的体积。所述第一耦合透镜114、第二耦合透镜116和第三耦合透镜118均与所述双色镜120耦合。第一耦合透镜114和所述双色镜120之间形成第一光路，所述双色镜120和所述第二耦合透镜116之间形成两条传输光路，主要包括由所述双色镜120到所述第二耦合透镜116的第二光路和由所述第二耦合透镜116到所述耦合透镜的第三光路，在所述双色镜120和所述第三耦合透镜118之间形成第四光路。

在上述实施例的基础上，所述壳体112还可以包括泵浦尾纤1122、公共尾纤1124和信号尾纤1126。所述泵浦尾纤1122连接所述泵浦光源102和所述第一耦合透镜114，所述泵浦尾纤1122用于接收泵浦光源102发出的泵浦光，将所述泵浦光传输至所述第一耦合透镜114。所述公共尾纤1124连接所述增益光纤104和所述第二耦合透镜116，所述公共尾纤1124用于接收所述第二耦合透镜116耦合的泵浦光，将所接收的泵浦光进行增益，获得激光，将产生的激光传输至所述第二耦合透镜116。所述信号尾纤1126连接所述第三耦合透镜118和所述激光系统100的输出光纤106，所述信号尾纤1126用于将所述第三耦合透镜118传输的光纤传输至输出光纤106输出。

如图1所述，激光传输过程可以为：

1、所述泵浦光源102发出的泵浦光经由所述泵浦尾纤1122传输至第一耦合透镜114，所述第一耦合透镜114将所接收的泵浦光沿所述第一光路传输至所述双色镜120。

所述第一耦合透镜114可以优选为准直镜，所述准直镜，主要包括反射式和透射式准直镜，常用于光束传递系统中，以维持激光谐振腔和聚焦光学元件之间的光束的准直性。反射式准直镜一般使用的是铜制全反镜，而透射式准直镜则使用硒化锌透镜。本实施例可以优选为透射式准直镜，将所述泵浦尾纤1122传输的泵浦光准直透射到所述双色镜120上。本实施例可以将所述泵浦光设定为980nm。

2、所述双色镜120在接收到所述第一耦合透镜114传输的泵浦光后，将所述泵浦光传输至第二耦合透镜116。

所述双色镜120，又称为二相色镜，常用于激光系统100中，其特点是针对一定波长的光几乎完全透过，而对另一些波长的光几乎完全反射，所述双色镜120的透射波长范围可以根据实际需要进行选择。本实施例优选所述双色镜120可以透射包含1064nm的激光，反射980nm的泵浦光，以满足后续光路传输需求。当所述第一耦合透镜114将980nm的泵浦光传输到所述双色镜120后，双色镜120将接收到的980nm的泵浦光沿第二光路全部反射到与之耦合的第二耦合透镜116上。

3、第二耦合透镜116将所述双色镜120反射的泵浦光耦合至增益光纤104，所述增益光纤104将所接收的泵浦光转换为激光传输至第二耦合透镜116。

第二耦合透镜116接收双色镜120反射的泵浦光，将接收的泵浦光耦合至增益光纤104进行增益。所述第二耦合透镜116可以优选为聚焦透镜，便于将双色镜120反射的泵浦光高效地耦合至增益光纤104。

所述增益光纤104，将所接收的980nm的泵浦光转换为1064nm的激光传输至第二耦合透镜116。

4、所述第二耦合透镜116将增益光纤104输出的激光沿第三光路传输至所述双色镜120，所述双色镜120将接收的激光沿所述第四光路传输至第三耦合透镜118，第三耦合透镜118将所接收到所述激光耦合至所述输出光纤106输出。

增益光纤104输出1064nm的激光，将该激光通过公共尾纤1124传输至所述第二耦合透镜116，所述第二耦合透镜116将该激光沿第三光路传输至所述双色镜120。双色镜120能透过该1064nm的激光，将该激光透射到第三耦合透镜118上。所述第三耦合透镜118接收双色镜120透射的激光，将该激光耦合至信号尾纤1126，经由该信号尾纤1126传输至输出光纤106输出。所述第三耦合透镜118可以优选为聚焦透镜，以实现将激光高效耦合至输出光纤106输出。

上述本发明实施例提供的光纤器件110，主要包括壳体112和设置于壳体112内的光路传输装置，光路传输装置主要包括第一耦合透镜114、第二耦合透镜116、第三耦合透镜118和双色镜120，所述光纤器件110应用于激光系统100，所述激光系统100还包括泵浦光源102、增益光纤104和输出光纤106，所述光纤器件110的壳体112上设置有连接所述泵浦光源102的泵浦尾纤1122、连接所述增益光纤104的公共尾纤1124和连接所述输出光纤106的信号尾纤1126。进行光信号传输的元件集成一个光纤器件110，改善了现有技术的将多个元件独立熔接于激光系统100时，所造成的光纤冗余、体积较大的技术问题，达到了以较小的体积，且光信号通过元件之间形成的光路传输，避免了光纤传输时会造成光纤冗余的技术效果。

请参见图2，本实施例提供的光纤器件110，其基本结构和原理及产生的技术效果和前述实施例部分相似，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考前述实施例中相应内容。

请参见图2，在上述实施例的基础上，所述激光传输装置还可以包括光滤波器122，所述双色镜120将所述激光传输至所述光滤波器122，所述光滤波器122用于将所述激光进行光谱滤波后传输至所述第三耦合透镜118。

所述光滤波器122，是用来进行波长选择的仪器，可以从众多的波长中挑选所需要的波长，而除此波长以外的光将会被拒绝通过。滤波器可以用于波长选择、光放大器的光谱滤波、增益均衡、光复用/解复用。本实施例提供的光纤器件110增设光滤波器122，用于将激光进行ASE滤除(也就是光放大过程中自发辐射产生的光谱)，也就是将所需预设波长之外的其它波长的光信号和泵浦光滤除，所述光滤波器122将光谱滤除后的激光传输至第三耦合透镜118。

在上述实施例的基础上，所述激光传输装置还可以包括光隔离器124，所述双色镜120将所述激光传输至所述光隔离器124，所述光隔离器124用于将所述激光进行反向传输激光隔离后传输至所述第三耦合透镜118。

所述光隔离器124，是一种只允许单向光通过的无源光器件，作用是对光的方向进行限制，使得光只能单方向传输，通过光纤回波反射的光能够被光隔离器124很好的隔离，提高光波传输效率。本实施例提供的光纤器件110增设光隔离器124，对传输的激光进行反向传输激光隔离后耦合至第三耦合透镜118，所述预设方向可以为沿第四光路的激光传输方向，即为图中所示的由所述双色镜至所述第三耦合透镜的光路传输方向。防止光路中由于各种原因产生的后向传输光对光源以及光路系统产生的不良影响。

本发明实施例提供的光纤器件，可以通过所述光滤波器进行光谱滤除处理，或者通过所述光隔离器进行反向传输激光隔离处理。当然也可以选择同时包括光隔离器和光滤波器，对传输激光进行光谱滤波处理和反向传输激光隔离处理。可以选择两条路径对传输光分别进行光谱滤波处理和反向传输激光隔离处理，也可以选择在一条光路上对所述传输激光进行先后的光谱滤除处理和反向传输激光隔离处理，这时所述光隔离器和所述光滤波器需要在一条光路上。

所述光隔离器124和所述光滤波器122在一条光路传输中的前后位置可以有两种选择：

其一，所述光隔离器124设置于所述双色镜120和所述光滤波器122的光路上。所述双色镜120将增益光纤104输出的激光传输到所述光隔离器124进行反向传输激光隔离处理，将传输方向与预设方向匹配的激光，传输到光滤波器122进行光谱滤波，将光谱滤波后的激光传送至所述第三耦合透镜118进行耦合输出。

其二，所述光滤波器122处于所述双色镜120和所述光隔离器124的光路上。所述双色镜120将增益光纤104输出的激光传输到所述光滤波器122进行光谱滤波，进行光谱滤波的激光传输到光隔离器124进行单向选择，将反向传输激光隔离处理后与预设方向匹配的激光再经由所述第三耦合透镜118耦合输出。

上述本发明实施例提供的光纤器件110，增设光隔离器124和光滤波器122，对于经所述增益光纤104输出的激光进行正向选择和光谱滤波，将处理后的激光传输至第三耦合透镜118输出，进一步提高了激光传输效率。

请继续参见图1至图2，本发明实施例提供的一种激光系统100，所述激光系统100主要包括泵浦光源102、增益光纤104、输出光纤106和如上述实施例提供的光纤器件110。所述光纤器件110主要包括壳体112和设置于所述壳体112内的光信号传输装置，所述光信号传输装置主要包括第一耦合透镜114、第二耦合透镜116、第三耦合透镜118和双色镜120，所述第一耦合透镜114、所述第二耦合透镜116和所述第三耦合透镜118均与所述双色镜120耦合。所述壳体112上可以设置有用于连接所述泵浦光源102和所述第一耦合透镜114的泵浦尾纤1122、用于连接所述增益光纤104和所述第二耦合透镜116的公共尾纤1124和用于连接所述输出光纤106和所述第三耦合透镜118的信号尾纤1126。

在上述实施例的基础上，所述激光系统100的所述光纤器件110还可以包括光滤波器122和光隔离器124，所述双色镜120用于将所述激光传输至所述光隔离器124，所述光隔离器124将所述激光进行反向传输激光隔离后传输至所述光滤波器122，所述光滤波器122将所述激光进行光谱滤波后传输至所述第三耦合透镜118。

所述激光系统100的主要激光传输过程可以包括：

1、所述泵浦光源102发出的泵浦光经由所述泵浦尾纤1122传输至第一耦合透镜114，所述第一耦合透镜114将所接收的泵浦光沿所述第一光路传输至所述双色镜120。

所述第一耦合透镜114可以优选为准直镜，所述准直镜，主要包括反射式和透射式准直镜，常用于光束传递系统中，以维持激光谐振腔和聚焦光学元件之间的光束的准直性。反射式准直镜一般使用的是铜制全反镜，而透射式准直镜则使用硒化锌透镜。本实施例可以优选为透射式准直镜，将所述泵浦尾纤1122传输的泵浦光准直透射到所述双色镜120上。本实施例可以将所述泵浦光设定为980nm。

2、所述双色镜120在接收到所述第一耦合透镜114传输的泵浦光后，将所述泵浦光传输至第二耦合透镜116。

所述双色镜120，又称为二相色镜，常用于激光系统100中，其特点是针对一定波长的光几乎完全透过，而对另一些波长的光几乎完全反射，所述双色镜120的透射波长范围可以根据实际需要进行选择。本实施例优选所述双色镜120可以透射包含1064nm的激光，反射980nm的泵浦光，以满足后续光路传输需求。当所述第一耦合透镜114将980nm的泵浦光传输到所述双色镜120后，双色镜120将接收到的980nm的泵浦光沿第二光路全部反射到与之耦合的第二耦合透镜116上。

3、第二耦合透镜116将所述双色镜120反射的泵浦光耦合至增益光纤104，所述增益光纤104将所接收的泵浦光转换为激光传输至第二耦合透镜116。

第二耦合透镜116接收双色镜120反射的泵浦光，将接收的泵浦光耦合至增益光纤104进行增益。所述第二耦合透镜116可以优选为聚焦透镜，便于将双色镜120反射的泵浦光高效地耦合至增益光纤104。

所述增益光纤104，将所接收的980nm的泵浦光转换为1064nm的激光传输至第二耦合透镜116。

4、所述第二耦合透镜116将增益光纤104输出的激光沿第三光路传输至所述双色镜120，所述双色镜120将接收的激光沿所述第四光路传输至所述光隔离器124和光滤波器122进行光信号处理，处理后的激光经由所述第三耦合透镜118耦合至所述输出光纤106输出。

增益光纤104输出1064nm的激光，将该激光通过公共尾纤1124传输至所述第二耦合透镜116，所述第二耦合透镜116将该激光沿第三光路传输至所述双色镜120。双色镜120能透过该1064nm的激光，将该激光透射到光隔离器124和光滤波器122，由所述光隔离器124进行反向传输激光隔离处理，再由所述光滤波器122进行光谱滤除。当然，所述光隔离器124和所述光滤波器122在光路上的先后位置关系和光信号处理操作顺序可以调换。

所述第三耦合透镜118接收处理后的激光，将该激光耦合至信号尾纤1126，经由该信号尾纤1126传输至输出光纤106输出。所述第三耦合透镜118可以优选为聚焦透镜，以实现将激光高效耦合至输出光纤106输出。

在上述实施例的基础上，所述激光系统100还可以包括其它器件，例如锁模振荡器、激光发生器所需的元件或者其它激光系统100中的常用元件，可以将多个元件集成一个整体元件设置在激光系统100内，解决了现有技术的多个元件独立焊接时所造成的体积较大、光纤冗余等的技术问题，减小了激光系统100的体积、提高了激光传输效率。

上述本发明实施例提供的激光系统100，所述激光系统100主要包括光纤器件110、与光纤器件110耦合的泵浦光源102、增益光纤104和输出光纤106，所述光纤器件110主要包括壳体112和设置于壳体112内的光路传输装置，光路传输装置主要包括第一耦合透镜114、第二耦合透镜116、第三耦合透镜118和双色镜120，所述光纤器件110应用于激光系统100，所述激光系统100还包括泵浦光源102、增益光纤104和输出光纤106，所述光纤器件110的壳体112上设置有连接所述泵浦光源102的泵浦尾纤1122、连接所述增益光纤104的公共尾纤1124和连接所述输出光纤106的信号尾纤1126。进行光信号传输的元件集成一个光纤器件110，改善了现有技术的将多个元件独立熔接于激光系统100时，所造成的光纤冗余、体积较大的技术问题，达到了以较小的体积，且光信号通过元件之间形成的光路传输，避免了光纤传输时会造成光纤冗余的技术效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光纤器件，其特征在于，应用于包括所述光纤器件的激光系统，所述激光系统还包括泵浦光源和增益光纤，所述光纤器件包括：壳体、第一耦合透镜、第二耦合透镜、第三耦合透镜和双色镜；

所述泵浦光源发出的泵浦光经所述第一耦合透镜传输至所述双色镜，经所述双色镜传输至所述第二耦合透镜，再由所述第二耦合透镜耦合至所述增益光纤；

由所述增益光纤根据所接收的泵浦光而输出的激光传输至所述双色镜，经所述双色镜传输至所述第三耦合透镜，再由所述第三耦合透镜输出。

2.根据权利要求1所述的光纤器件，其特征在于，还包括光滤波器，所述光滤波器用于将所述双色镜输出的激光进行光谱滤波后传输至所述第三耦合透镜。

3.根据权利要求1所述的光纤器件，其特征在于，还包括光隔离器，所述光隔离器用于将所述双色镜输出的激光进行反向传输激光隔离后传输至所述第三耦合透镜。

4.根据权利要求1所述的光纤器件，其特征在于，还包括光隔离器和光滤波器，激光由所述双色镜传输至所述光隔离器，经由所述光隔离器进行反向传输激光隔离后传输至所述光滤波器，由所述光滤波器进行光谱滤波后传输至所述第三耦合透镜。

5.根据权利要求1所述的光纤器件，其特征在于，还包括光隔离器和光滤波器，所述激光由所述双色镜传输至所述光滤波器，经由所述光滤波器进行光谱滤波后将激光传输至所述光隔离器，由所述光隔离器进行反向传输激光隔离后传输至所述第三耦合透镜。

6.根据权利要求1所述的光纤器件，其特征在于，所述壳体包括泵浦尾纤、公共尾纤和信号尾纤，所述泵浦尾纤连接所述泵浦光源和所述第一耦合透镜，所述公共尾纤连接所述增益光纤和所述第二耦合透镜，所述信号尾纤连接所述第三耦合透镜和所述激光系统的输出光纤。

7.根据权利要求1所述的光纤器件，其特征在于，所述第二耦合透镜和所述第三耦合透镜为聚焦透镜。

8.根据权利要求7所述的光纤器件，其特征在于，所述第一耦合透镜为准直镜。

9.根据权利要求1所述的光纤器件，其特征在于，所述壳体为不透明壳体。

10.一种激光系统，其特征在于，包括泵浦光源、增益光纤、输出光纤和如权利要求1至9任一项所述的光纤器件，所述泵浦光源，所述增益光纤和所述输出光纤均与所述光纤器件连接。