CN105914567A - 光纤激光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光纤激光装置，包括种子源、光转接器、有源光纤、合束器、激光器、光栅和输出端帽，光转接器包括输入端、交互端和输出端。光转接器的输入端连接种子源，光转接器的交互端连接有源光纤，光转接器的输出端连接输出端帽。有源光纤通过合束器连接激光器和光栅。通过有源光纤对种子源光进行两次放大，达到两级放大的目的，同时利用光栅对一次放大光进行过滤，无需增加额外的滤波器。利用有源光纤和光栅实现对种子源光的两级放大和过滤处理，减少了光学器件的用量，降低了光纤激光装置的制作成本。

Description

光纤激光装置
技术领域
本发明涉及激光技术领域，特别是涉及一种光纤激光装置。
背景技术
随着光纤激光技术的发展，脉冲光纤激光器因其高峰值功率而受到越来越多的重视，目前实现脉冲激光技术的方式主要有两种，一种是调Q，一种是MOPA(Master Oscillator Power-Amplifier，主控振荡器功率放大)。MOPA方案因为实现了对波形的精确可控以及频率与波形的独立控制，从而能适应于更广阔的应用范围，使得MOPA方案在脉冲激光器领域内所占的比重越来越大。
主流MOPA光纤激光器中，一般作为种子源的半导体激光器输出功率为几百微瓦至几毫瓦，而应用时往往需要几瓦乃至几十瓦的功率，因为光纤内的非线性效应，一级放大一般只能放大20dB左右，即将几百微瓦至几毫瓦的种子光放大到几十至几百毫瓦，这远远达不到应用的要求，所以通常需要将种子光经过两级放大，我们将第一级放大称为预放大，第二级放大称为主放大。
传统的MOPA光纤激光器是通过两个模块来实现二级放大的，一级模块完成预放大，二级模块完成主放大再输出，一级模块与二级模块之间用隔离器连接，以保证光路的稳定性。由于引入两级放大模块，需要增加隔离器、光纤等光学器件的用量，使得MOPA光纤激光器的制作成本高。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种可降低制作成本的光纤激光装置。
一种光纤激光装置，包括种子源、光转接器、有源光纤、合束器、激光器、光栅和输出端帽，所述光转接器包括输入端、交互端和输出端；所述光转接器的输入端连接所述种子源，所述光转接器的交互端连接所述有源光纤，所述光转接器的输出端连接所述输出端帽；所述有源光纤通过所述合束器连接所述激光器和所述光栅；所述激光器用于对所述有源光纤供能；
所述种子源用于输出种子源光至所述光转接器；
所述光转接器用于将所述种子源光输出至所述有源光纤，以及将所述有源光纤返回的二次放大光经所述输出端帽输出；
所述有源光纤用于对所述种子源光进行放大，得到一次放大光并输出至所述合束器，以及对所述合束器返回的光进行放大，得到二次放大光并输出至所述光转接器；
所述合束器用于将所述有源光纤输出的一次放大光输送至所述光栅，以及将所述光栅返回的光输送至所述有源光纤；
所述光栅用于对所述合束器输送的一次放大光进行过滤，并返回过滤后的光至所述合束器。
上述光纤激光装置，种子源输出种子源光至光转接器，光转接器将种子源光输出至有源光纤。有源光纤对种子源光进行放大，得到一次放大光并输出至合束器，合束器将一次放大光输送至光栅。光栅对合束器输送的一次放大光进行过滤，并返回过滤后的光至合束器，合束器将光栅返回的光输送至有源光纤。有源光纤对合束器返回的光进行放大，得到二次放大光并输出至光转接器，光转接器将有源光纤返回的二次放大光经输出端帽输出。通过有源光纤对种子源光进行两次放大，达到两级放大的目的，同时利用光栅对一次放大光进行过滤，无需增加额外的滤波器。利用有源光纤和光栅实现对种子源光的两级放大和过滤处理，减少了光学器件的用量，降低了光纤激光装置的制作成本。
附图说明
图1为一实施例中光纤激光装置的结构图；
图2为一实施例中光纤激光装置的原理图。
具体实施方式
一种光纤激光装置，具体可以是MOPA光纤激光装置或其他光纤激光装置。如图1所示，光纤激光装置包括种子源110、光转接器120、有源光纤130、合束器140、激光器150、光栅160和输出端帽170，光转接器120包括输入端、交互端和输出端。光转接器120的输入端连接种子源110，光转接器120的交互端连接有源光纤130，光转接器120的输出端连接输出端帽170，有源光纤130通过合束器140连接激光器150和光栅160。具体地，种子源110、光转接器120、有源光纤130、合束器140、激光器150、光栅160和输出端帽170之间均可通过光纤连接。
种子源110用于输出种子源光至光转接器120，光转接器120用于将种子源光输出至有源光纤130，以及将有源光纤130返回的二次放大光经输出端帽170输出。
种子源110指输出种子源光的光源，具体类型并不唯一，本实施例中种子源110为JPT M6种子源。种子源110输出种子源光至光转接器120，光转接器120将种子源光输出至有源光纤130，以供进行后续的放大和过滤处理。光转接器120还将有源光纤130返回的二次放大光传输到输出端帽170进行输出。本实施例中，输出端帽170为20/130输出端帽，通过20/130光纤接收二次放大光并输出，20/130光纤指光纤芯径为20um、光纤包层直径为130um的光纤。可以理解，输出端帽170的具体类型并不唯一。
在其中一个实施例中，如图2所示，光转接器120可采用环形器，环形器是一个多端口器件，电磁波在其中的传输只能沿单方向环行，反方向是隔离的。利用环形器进行光转接，隔离性好，使光路中不需要再加额外的隔离器，降低了光纤激光装置的制作成本。本实施例中，环形器采用为20w功率的环形器，功率高，可提高光束转接效率。可以理解，在其他实施例中，光转接器120也可采用耦合开关。
有源光纤130用于对种子源光进行放大，得到一次放大光并输出至合束器140，以及对合束器140返回的光进行放大，得到二次放大光并输出至光转接器120。通过有源光纤130对光进行传输和放大处理，技术简单且易于实现。有源光纤130两次对经过的光进行放大处理，达到两级放大的目的。本实施例中，有源光纤130具体可采用20/130有源光纤，可以理解，在其他实施例中也可采用其他类型的有源光纤。
合束器140用于将有源光纤130输出的一次放大光输送至光栅160，以及将光栅160返回的光输送至有源光纤130。本实施例中，合束器140为105/125-20/130合束器，具体通过105/125光纤连接激光器150，并通过20/130光纤连接有源光纤130和光栅160，其中，105/125光纤指光纤芯径为105um、光纤包层直径为125um的光纤。可以理解，合束器140的具体类型并不唯一。
激光器150用于对有源光纤130供能，通过控制激光器150的输出光大小可调节有源光纤130的放大倍率。激光器150可采用泵浦激光器，体积小、重量轻、效率高、能耗小且使用寿命长，减小光纤激光装置的体积同时还可降低使用成本。本实施例中激光器150具体为915nm@20w泵浦激光器，输出波长为915nm的激光，功率为20w。可以理解，激光器150的具体类型并不唯一。
此外，激光器150的数量也并不唯一，可以是一个或多个。本实施例中，激光器150的数量为两个，且分别通过105/125光纤连接合束器。利用两个激光器150对有源光纤130进行供能，提高了供能可靠性。
光栅160用于对合束器140输送的一次放大光进行过滤，并返回过滤后的光至合束器140。利用光栅160的波长选择功能对一次放大光进行过滤处理，使光路中不需要加额外的滤波器。光栅160可采用布拉格光栅，插入损耗小、光反射率高、易于全光集成且波长选择性好，提高滤波可靠性和可操作性。光栅160具体可为1064±1nm布拉格光栅，反射波长为1064nm、误差为±1nm的激光至合束器140，滤波可靠性高。本实施例中，光栅160为20/130 1064±1nm高反布拉格光栅，通过20/130光纤接入和返回光。可以理解，光栅160的具体类型也并不唯一。
上述光纤激光装置，种子源110输出种子源光至光转接器120，光转接器120将种子源光输出至有源光纤130。有源光纤130对种子源光进行放大，得到一次放大光并输出至合束器140，合束器140将一次放大光输送至光栅160。光栅160对合束器140输送的一次放大光进行过滤，并返回过滤后的光至合束器140，合束器140将光栅160返回的光输送至有源光纤130。有源光纤130对合束器140返回的光进行放大，得到二次放大光并输出至光转接器120，光转接器120将有源光纤130返回的二次放大光经输出端帽170输出。通过有源光纤130对种子源光进行两次放大，达到两级放大的目的，同时利用光栅160对一次放大光进行过滤处理，无需增加额外的滤波器。利用有源光纤130和光栅160实现对种子源光的两级放大和过滤处理，减少了光学器件的用量，降低了光纤激光装置的制作成本。
上述光纤激光装置简化了电路控制板和驱动板，使激光器的总成本降低了约20％。由于光路结构及电路板的简化，激光器体积较原来减小约1/3，重量也减小约1/3，同时由于结构的简化，使激光器功耗稍有降低。此外，由于控制方案大幅精简，光纤激光装置可能的故障点随之减少，故障率也随之降低。
在其中一个实施例中，继续参照图2，光纤激光装置还包括模式匹配器180，光转接器120的交互端通过模式匹配器180连接有源光纤130。模式匹配器180用于不同芯径光纤的耦合对接过渡，便于光束传输。本实施例中，模式匹配器180为HI1060-20/130模式匹配器，通过HI1060光纤连接光转接器120的交互端，以及通过20/130光纤连接有源光纤130。可以理解，根据光纤的型号不同，模式匹配器180的具体类型也有所不同。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种光纤激光装置，其特征在于，包括种子源、光转接器、有源光纤、合束器、激光器、光栅和输出端帽，所述光转接器包括输入端、交互端和输出端；所述光转接器的输入端连接所述种子源，所述光转接器的交互端连接所述有源光纤，所述光转接器的输出端连接所述输出端帽；所述有源光纤通过所述合束器连接所述激光器和所述光栅；所述激光器用于对所述有源光纤供能；
所述种子源用于输出种子源光至所述光转接器；
所述光转接器用于将所述种子源光输出至所述有源光纤，以及将所述有源光纤返回的二次放大光经所述输出端帽输出；
所述有源光纤用于对所述种子源光进行放大，得到一次放大光并输出至所述合束器，以及对所述合束器返回的光进行放大，得到二次放大光并输出至所述光转接器；
所述合束器用于将所述有源光纤输出的一次放大光输送至所述光栅，以及将所述光栅返回的光输送至所述有源光纤；
所述光栅用于对所述合束器输送的一次放大光进行过滤，并返回过滤后的光至所述合束器。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括模式匹配器，所述光转接器的交互端通过所述模式匹配器连接所述有源光纤。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光转接器为环形器。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述环形器为20w功率的环形器。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光栅为布拉格光栅。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述布拉格光栅为1064±1nm布拉格光栅。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光器为泵浦激光器。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述泵浦激光器为915nm@20w泵浦激光器。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光器的数量为两个，且分别通过105/125光纤连接所述合束器。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述有源光纤为20/130有源光纤。
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