CN109217088B - 一种用于光纤激光器的光束耦合系统及光束耦合方法 - Google Patents

一种用于光纤激光器的光束耦合系统及光束耦合方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于光纤激光器的光束耦合系统及光束耦合方法，其中光束耦合系统，应用于光纤激光器，包括：光源定位装置，用于确定种子脉冲位置；增益光纤定位装置，用于确定增益光纤的位置；光学接收器，设置于增益光纤的出射端，用于确定增益光纤出射光线的强度。光源定位装置包括：低能量超快激光脉冲源，红外光源，与低能量超快激光脉冲源平行设置，红外光源的出射光线与种子脉冲平行；光源座，其上设置有低能量超快激光脉冲源和红外光源，本用于光纤激光器的光束耦合系统及光束耦合方法，用以在制造光纤激光器时将种子脉冲最大化耦合进增益光纤，达到增益效果的最大化。

Description

一种用于光纤激光器的光束耦合系统及光束耦合方法
技术领域
本发明涉及光学设备技术领域，特别涉及一种用于激光器的光束耦合系统及光束耦合方法。
背景技术
目前，激光器已经在工业、医药和现代生活的许多方面获得广泛应用。激光器的基本组成部分包括对光进行受激辐射放大的增益介质和把光俘获在增益介质内使光放大更为有效的谐振腔。另外，增益介质可以通过电学方法进行泵浦，也可以通过另一个激光光源或闪光灯实现光泵浦。
其中，在制造光纤激光器的过程如何将种子脉冲耦合进增益光纤，及耦合后获得的增益效果。
发明内容
本发明提供一种用于光纤激光器的光束耦合系统及光束耦合方法，用以在制造光纤激光器时将种子脉冲最大化耦合进增益光纤，达到增益效果的最大化。
本发明提供一种光纤激光器，包括：
壳体，
低能量超快激光脉冲源，设置于壳体内，用于产生种子脉冲；
脉冲展宽器，设置于壳体内，用于对所述种子脉冲进行展宽形成展宽脉冲；
激光放大器，设置于壳体内，用于对展宽后的脉冲进行放大形成放大脉冲；
脉冲压缩器，设置于壳体内，用于对放大脉冲进行时域上的压缩；
所述低能量超快激光脉冲源、脉冲展宽器、激光放大器和脉冲压缩器依次设置，所述种子脉冲经由所述低能量超快激光脉冲源产生，依次经过脉冲展宽器、激光放大器、脉冲压缩器后射出；
所述激光放大器包括：增益光纤，用于对展宽后的脉冲进行增益；为掺有稀土元素的大模场直径光纤。
可选的，低能量超快激光脉冲源包括：光纤锁模激光器。
可选的，脉冲展宽器包括：布拉格啁啾光纤光栅。
可选的，光纤激光器还包括：光隔离器，包裹设置在所述低能量超快激光脉冲源、脉冲展宽器、激光放大器和脉冲压缩器外面；所述光隔离器设置有供光束射出的出口，所述出口与所述脉冲压缩器同轴设置。
本发明还提供一种用于光纤激光器的光束耦合系统，在制造上述任一光纤激光器时，应用于上述任一光纤激光器，用于设置光源位置，用于激光器的光束耦合系统包括：
光源定位装置，设置于光纤激光器的光源位置，用于确定种子脉冲位置；
增益光纤定位装置，设置于增益光纤位置，位于种子脉冲进入增益光纤的一端，用于确定增益光纤的位置；
光学接收器，设置于增益光纤的出射端，用于确定增益光纤出射光线的强度。
可选的，光学接受器为红外接收器；
所述光源定位装置包括：
低能量超快激光脉冲源，用于产生光纤激光器的种子脉冲；
红外光源，与所述低能量超快激光脉冲源平行设置，所述红外光源的出射光线与种子脉冲平行；
光源座，其上设置有低能量超快激光脉冲源和红外光源，所述光源座包括：
第一壳体，与激光器的壳体固定连接，
第二壳体，设置于第一壳体上方，与所述第一壳体滑动连接，所述第二壳体上设置有低能量超快激光脉冲源；
第三壳体，设置于第一壳体上方、第二壳体旁，其上设置有红外光源，与第二壳体可拆卸连接；
所述第二壳体、第三壳体相对于第一壳体可在红外光源的出射光线的垂直方向上滑动。
增益光纤定位装置包括：
第一卡条，所述第一卡条中间设有第一长方形槽，第一长方形槽的宽度与增益光纤的直径相同，所述增益光纤可穿过第一长方形槽；
第二卡条，与所述第一卡条垂直设置，所述第二卡条中间设有第二长方形槽，第二长方形槽的宽度与增益光纤的直径相同，所述增益光纤可穿过第二长方形槽；
第一导轨，与所述第一卡条垂直设置并与第一卡条末端连接，使第一卡条可以在第一导轨上滑动；
第二导轨，与所述第二卡条垂直设置并与第二卡条末端连接，使第二卡条可以在第二导轨上滑动；
第一电机，与第一导轨传动连接；
第二电机，与第二导轨传动连接；
第一电子开关，与所述第一电机连接，用于控制第一电机启动或关闭；
第二电子开关，与所述第二电机连接，用于控制第二电机启动或关闭；
处理器，与所述第一电子开关、第二电子开关和红外接收器连接，所述处理器根据预设程序控制第一电机和第二电机开启，使增益光纤实现从上到下、从左到右的空间位置扫描，当红外接收器接收的红外信号最强时停止扫描。
本发明还提供一种用于光纤激光器的光束耦合方法，应用于上述用于激光器的光束耦合系统，包括：
将光源座固定到激光器的光源预设位置处；
通过调整光源座上第二壳体、第三壳体相对于第一壳体之间的位置，先使设置在第三壳体上的红外光源的光束代替设置在第二壳体上的低能量超快激光脉冲源的种子脉冲作为激光器的光源；
然后将增益光纤卡入增益光纤定位装置内，具体为将增益光纤卡入第一卡条，使增益光纤的入射端高于第一卡条，将增益光纤卡入第二卡条，使增益光纤的入射端高于第二卡条；
处理器根据预设程序控制第一电机和第二电机开启，使增益光纤实现从上到下、从左到右的空间位置扫描；
红外光束经过增益光纤落在设置在增益光纤出射端的红外接受器上；
处理器通过红外接收器接收的红外信号，
当增益光纤从上到下、从左到右的空间位置扫描完成后，确认最强红外信号的值；
处理器再次根据预设程序控制第一电机和第二电机开启，使增益光纤实现从上到下、从左到右的空间位置扫描，
处理器通过红外接收器接收的红外信号，
当接收到的红外信号等于最强红外信号时，停止扫描，此时增益光纤的位置为最佳耦合位置；
调整第二壳体、第三壳体相对于第一壳体之间的位置，使低能量超快激光脉冲源的种子脉冲替换红外光源；
将第三壳体从光源座上拆除，固定好第一壳体与第二壳体的位置，使设置在第二壳体上的低能量超快激光脉冲源作为激光器的种子脉冲；
将增益光纤基于现在位置固定到激光器的壳体上，将第一卡条和第二卡条从增益光纤上移除。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中一种用于光纤激光器的光束耦合系统
图2为本发明实施例中一种光源定位装置的示意图；
图3为本发明实施例中一种增益光纤定位装置的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种光纤激光器，包括：
壳体，
低能量超快激光脉冲源，设置于壳体内，用于产生种子脉冲；
脉冲展宽器，设置于壳体内，用于对所述种子脉冲进行展宽形成展宽脉冲；
激光放大器，设置于壳体内，用于对展宽后的脉冲进行放大形成放大脉冲；
脉冲压缩器，设置于壳体内，用于对放大脉冲进行时域上的压缩；
所述低能量超快激光脉冲源、脉冲展宽器、激光放大器和脉冲压缩器依次设置，所述种子脉冲经由所述低能量超快激光脉冲源产生，依次经过脉冲展宽器、激光放大器、脉冲压缩器后射出；
所述激光放大器包括：增益光纤，用于对展宽后的脉冲进行增益；为掺有稀土元素的大模场直径光纤。
可选的，低能量超快激光脉冲源包括：光纤锁模激光器。
可选的，脉冲展宽器包括：布拉格啁啾光纤光栅。
可选的，光纤激光器还包括：光隔离器，包裹设置在所述低能量超快激光脉冲源、脉冲展宽器、激光放大器和脉冲压缩器外面；所述光隔离器设置有供光束射出的出口，所述出口与所述脉冲压缩器同轴设置。
本发明还提供一种用于光纤激光器的光束耦合系统，在制造上述任一光纤激光器时，应用于上述任一光纤激光器，用于设置光源位置，如图1所示，用于激光器的光束耦合系统包括：
光源定位装置50，设置于光纤激光器的光源60位置，用于确定种子脉冲位置；
增益光纤定位装置30，设置于增益光纤10位置，位于种子脉冲进入增益光纤的一端，用于确定增益光纤的位置；
光学接收器40，设置于增益光纤10的出射端，用于确定增益光纤出射光线的强度。
通过光源定位装置和增益光纤定位装置，确定出激光器的种子脉冲与增益光纤的相对位置，通过光学接受器确定增益光纤出射光线的强度；当出射光线的强度为最大时，即激光器的种子脉冲与增益光纤的相对位置为最佳，可以最大化将种子脉冲耦合进增益光纤，使种子脉冲经过增益光纤，达到增益效果的最大化。
可选的，光学接受器为红外接收器；
光源定位装置包括：
低能量超快激光脉冲源，用于产生光纤激光器的种子脉冲；
红外光源，与低能量超快激光脉冲源平行设置，红外光源的出射光线与种子脉冲平行；
光源座，其上设置有低能量超快激光脉冲源和红外光源，
如图2所示，光源座包括：
第一壳体1，与激光器的壳体固定连接，
第二壳体2，设置于第一壳体1上方，与第一壳体1滑动连接，第二壳体上设置有低能量超快激光脉冲源4；
第三壳体3，设置于第一壳体1上方、第二壳体2旁，其上设置有红外光源5，与第二壳体2可拆卸连接；
第二壳体3、第三壳体2相对于第一壳体1可在红外光源5的出射光线的垂直方向上滑动。第二壳体和第一壳体之间设置有滑轨，使第二壳体相对与第一壳体滑动。
如图3所示，增益光纤定位装置包括：
第一卡条11，第一卡条11中间设有第一长方形槽，第一长方形槽的宽度与增益光纤的直径相同，增益光纤10可穿过第一长方形槽；
第二卡条12，与第一卡条11垂直设置，第二卡条12中间设有第二长方形槽，第二长方形槽的宽度与增益光纤10的直径相同，增益光纤10可穿过第二长方形槽；
第一导轨13，与第一卡条11垂直设置并与第一卡条11末端连接，使第一卡条11可以在第一导轨13上滑动；
第二导轨14，与第二卡条12垂直设置并与第二卡条12末端连接，使第二卡条12可以在第二导轨14上滑动；
第一电机15，与第一导轨13传动连接；
第二电机16，与第二导轨14传动连接；
第一电子开关17，与第一电机15连接，用于控制第一电机15启动或关闭；
第二电子开关18，与第二电机16连接，用于控制第二电机16启动或关闭；
处理器19，与第一电子开关17、第二电子开关18和红外接收器20连接，处理器根据预设程序控制第一电机15和第二电机16开启，使增益光纤10实现从上到下、从左到右的空间位置扫描，当红外接收器20接收的红外信号最强时停止扫描。
上述光束耦合系统，用于在制造光纤激光器时设置光源与增益光纤之间的相对位置，使光纤激光器的种子脉冲经过增益光纤时达到最大增益效果；具体工作原理为，在种子脉冲位置使用红外光源替代，在增益光纤出射端设置红外接受器，调整增益光纤的位置，使红外接收器上接受的红外信号最强时，即完成设置光源与增益光纤之间的相对位置。本光束耦合系统通过最大化将种子脉冲耦合进增益光纤，使种子脉冲经过增益光纤，达到增益效果的最大化。
本发明还提供一种用于光纤激光器的光束耦合方法，应用于上述用于激光器的光束耦合系统，包括：
将光源座固定到激光器的光源预设位置处；
通过调整光源座上第二壳体、第三壳体相对于第一壳体之间的位置，先使设置在第三壳体上的红外光源的光束代替设置在第二壳体上的低能量超快激光脉冲源的种子脉冲作为激光器的光源；
然后将增益光纤卡入增益光纤定位装置内，具体为将增益光纤卡入第一卡条，使增益光纤的入射端高于第一卡条，将增益光纤卡入第二卡条，使增益光纤的入射端高于第二卡条；
处理器根据预设程序控制第一电机和第二电机开启，使增益光纤实现从上到下、从左到右的空间位置扫描；
红外光束经过增益光纤落在设置在增益光纤出射端的红外接受器上；
处理器通过红外接收器接收的红外信号，
当增益光纤从上到下、从左到右的空间位置扫描完成后，确认最强红外信号的值；
处理器再次根据预设程序控制第一电机和第二电机开启，使增益光纤实现从上到下、从左到右的空间位置扫描，
处理器通过红外接收器接收的红外信号，
当接收到的红外信号等于最强红外信号时，停止扫描，此时增益光纤的位置为最佳耦合位置；
调整第二壳体、第三壳体相对于第一壳体之间的位置，使低能量超快激光脉冲源的种子脉冲替换红外光源；
将第三壳体从光源座上拆除，固定好第一壳体与第二壳体的位置，使设置在第二壳体上的低能量超快激光脉冲源作为激光器的种子脉冲；
将增益光纤基于现在位置固定到激光器的壳体上，将第一卡条和第二卡条从增益光纤上移除。
上述光束耦合方法，用于在制造光纤激光器时设置光源与增益光纤之间的相对位置，使光纤激光器的种子脉冲经过增益光纤时达到最大增益效果；具体工作原理为，在种子脉冲位置使用红外光源替代，在增益光纤出射端设置红外接受器，调整增益光纤的位置，使红外接收器上接受的红外信号最强时，即完成设置光源与增益光纤之间的相对位置。本光束耦合方法通过最大化将种子脉冲耦合进增益光纤，使种子脉冲经过增益光纤，达到增益效果的最大化。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (2)

1.一种用于光纤激光器的光束耦合系统，应用于光纤激光器，其特征在于，包括：
光源定位装置，设置于光纤激光器的光源位置，用于确定种子脉冲位置；
增益光纤定位装置，设置于增益光纤位置，位于种子脉冲进入增益光纤的一端，用于确定增益光纤的位置；
光学接收器，设置于增益光纤的出射端，用于确定增益光纤出射光线的强度,
所述光学接受器为红外接收器；
所述光源定位装置包括：
低能量超快激光脉冲源，
红外光源，与所述低能量超快激光脉冲源平行设置，所述红外光源的出射光线与种子脉冲平行；
光源座，其上设置有低能量超快激光脉冲源和红外光源，所述光源座包括：
第一壳体，与激光器的壳体固定连接，
第二壳体，设置于第一壳体上方，与所述第一壳体滑动连接，所述第二壳体上设置有低能量超快激光脉冲源；
第三壳体，设置于第一壳体上方、第二壳体旁，其上设置有红外光源，与第二壳体可拆卸连接；
所述第二壳体、第三壳体相对于第一壳体可在红外光源的出射光线的垂直方向上滑动；
所述增益光纤定位装置包括：
第一卡条，所述第一卡条中间设有第一长方形槽，第一长方形槽的宽度与增益光纤的直径相同，所述增益光纤可穿过第一长方形槽；
第二卡条，与所述第一卡条垂直设置，所述第二卡条中间设有第二长方形槽，第二长方形槽的宽度与增益光纤的直径相同，所述增益光纤可穿过第二长方形槽；
第一导轨，与所述第一卡条垂直设置并与第一卡条末端连接，使第一卡条可以在第一导轨上滑动；
第二导轨，与所述第二卡条垂直设置并与第二卡条末端连接，使第二卡条可以在第二导轨上滑动；
第一电机，与第一导轨传动连接；
第二电机，与第二导轨传动连接；
第一电子开关，与所述第一电机连接，用于控制第一电机启动或关闭；
第二电子开关，与所述第二电机连接，用于控制第二电机启动或关闭；
处理器，与所述第一电子开关、第二电子开关和红外接收器连接，所述处理器根据预设程序控制第一电机和第二电机开启，使增益光纤实现从上到下、从左到右的空间位置扫描，当红外接收器接收的红外信号最强时停止扫描。
2.一种用于光纤激光器的光束耦合方法，应用于权利要求1所述用于激光器的光束耦合系统，其特征在于，包括：
将光源座固定到激光器的光源预设位置处；
通过调整光源座上第二壳体、第三壳体相对于第一壳体之间的位置，先使设置在第三壳体上的红外光源的光束代替设置在第二壳体上的低能量超快激光脉冲源的种子脉冲作为激光器的光源；
然后将增益光纤卡入增益光纤定位装置内，具体为将增益光纤卡入第一卡条，使增益光纤的入射端高于第一卡条，将增益光纤卡入第二卡条，使增益光纤的入射端高于第二卡条；
处理器根据预设程序控制第一电机和第二电机开启，使增益光纤实现从上到下、从左到右的空间位置扫描；
红外光束经过增益光纤落在设置在增益光纤出射端的红外接受器上；
处理器通过红外接收器接收的红外信号，
当增益光纤从上到下、从左到右的空间位置扫描完成后，确认最强红外信号的值；
处理器再次根据预设程序控制第一电机和第二电机开启，使增益光纤实现从上到下、从左到右的空间位置扫描，
处理器通过红外接收器接收的红外信号，
当接收到的红外信号等于最强红外信号时，停止扫描，此时增益光纤的位置为最佳耦合位置；
调整第二壳体、第三壳体相对于第一壳体之间的位置，使低能量超快激光脉冲源的种子脉冲替换红外光源；
将第三壳体从光源座上拆除，固定好第一壳体与第二壳体的位置，使设置在第二壳体上的低能量超快激光脉冲源作为激光器的种子脉冲；
将增益光纤基于现在位置固定到激光器的壳体上，将第一卡条和第二卡条从增益光纤上移除。
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