CN110380323A - 一种全光纤高阶包层模光纤激光器及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了光纤激光器技术领域的一种全光纤高阶包层模光纤激光器及制造方法，旨在解决现有技术中纤芯光与包层光不能同时高效率输出的技术问题，包括多个泵浦源，所述泵浦源的光信号进入合束器，经其耦合后，送入放大级中，依次通过高反光栅、增益光纤、低反光栅、剥离器后输出信号光，所述剥离器的信号输出端连接长周期光栅，长周期光栅连接激光输出端。实现全光纤化，结构简单，实现纤芯光与包层光共同输出且激光器效率高；纤芯光和包层光的比例可以通过长周期光栅的透射率调节。

Description

一种全光纤高阶包层模光纤激光器及制造方法

技术领域

本发明属于光纤激光器技术领域，具体涉及一种全光纤高阶包层模光纤激光器及制造方法。

背景技术

目前，单模激光器的输出功率已经达到千瓦量级，多模的输出功率也达到了万瓦量级。在工业生产、激光医疗及国防领域方面，光纤激光器的应用也越来越广泛。然而全光纤结构的高阶包层模光纤激光器却鲜有报道。本文提出使用长周期光栅实现纤芯模与包层模同时输出，完成了高阶包层模光纤激光器的发明。

1978年，加拿大通信研究中心的Hill等人首次利用驻波法在掺锗光纤中研制出世界上第一支永久性的实现反向模式间耦合的光纤布拉格光栅。1996年，A.M.Vengsarkar等人用紫外光通过振幅掩模板照射氢载硅锗光纤，首先研制成了现在通常意义上长周期光纤光栅(LPFG)。1996年,Bhatia等人详细研究了长周期光纤光栅的各种特性，提出了其在通信与传感领域中的应用。1997年，T.Erdogan从模式耦合的角度深入研究了长周期光纤光栅的光谱特性，从而奠定了长周期光纤光栅的理论基础。1998年，Davis等人首次提出了用CO2激光脉冲激光写入长周期光纤光栅的技术，使长周期光纤光栅的制作和应用进入了一个新的发展阶段。LPFG中发生的是纤芯模与一系列同向传输的包层模(或辐射模)之间的耦合，无后向反射。从纤芯模的角度看，LPFG的透射光谱是一系列分立的损耗带，每个损耗带对应一种参与耦合的包层模。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全光纤高阶包层模光纤激光器及制造方法，以解决现有技术中纤芯光与包层光不能同时高效率输出的技术问题。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种全光纤高阶包层模光纤激光器，包括多个泵浦源，所述泵浦源的光信号进入合束器，经其耦合后，送入放大级中，依次通过高反光栅、增益光纤、低反光栅、剥离器后输出信号光，所述剥离器的信号输出端连接长周期光栅，长周期光栅连接激光输出端。

所述长周期光栅的中心波长为λ1，Δλ为长周期光栅的零dB带宽。光纤激光器的信号光输出波长为λ2，λ1和λ2应满足如下关系：

所述长周期光栅的零损耗峰带宽为160nm，透射深度为23dB。

所述长周期光栅的光栅周期大于100μm。

所述泵浦源包括半导体激光器、光纤激光器。

所述增益光纤包括掺铒光纤、掺镱光纤。

一种全光纤高阶包层模光纤激光器的制造方法，包括以下步骤：

将泵浦源，合束器，高反光栅，增益光纤，低反光栅，剥离器顺次熔接；

将长周期光栅一端与剥离器信号输出端熔接，另一端与激光输出端熔接。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

(1)本发明所述全光纤高阶包层模光纤激光器及制造方法实现全光纤化，结构简单，实现纤芯光与包层光共同输出且激光器效率高；

(2)本发明所述全光纤高阶包层模光纤激光器及制造方法引入长周期光栅，使得纤芯光和包层光的比例可以通过长周期光栅的透射率调节。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种全光纤高阶包层模光纤激光器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种全光纤高阶包层模光纤激光器的长周期光栅的光谱示意图；

图3是本发明实施例提供的一种全光纤高阶包层模光纤激光器的输出光斑图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种全光纤高阶包层模光纤激光器，包括顺次连接的泵浦源、合束器、高反光栅、增益光纤、低反光栅、剥离器、长周期光栅、激光输出端，打开多个泵浦源，多个泵浦源的光信号进入合束器，经其耦合后，送入放大级中，通过高反光栅、增益光纤、低反光栅，剥离器后输出信号光，该信号通过长周期光栅后实现纤芯光与包层光共同输出，激光器的效率得到提高。纤芯光和包层光的比例可以通过长周期光栅的透射率调节，长周期光栅的中心波长为λ1，Δλ为长周期光栅的零dB带宽。光纤激光器的信号光输出波长为λ2，λ1和λ2应满足如下关系：

泵浦源，包括半导体激光器、光纤激光器，为光纤激光器提供信号光的输出；

合束器，将多个半导体激光束进行光耦合；

高反光栅，紫外刻写折射率调制深度较高的布拉格光纤光栅；

低反光栅，紫外折射率调制深度较高的光纤光栅，与高反光栅共同组成光纤激光器的振荡腔镜；

增益光纤，作为光纤激光器的放大级，为光纤激光器提供增益粒子，包括掺铒光纤、掺镱光纤；

剥离器，将在光纤包层中传输的光剥离出去；

长周期光栅，长周期光栅的光栅周期大于100μm。通过紫外光刻写，其耦合机理为将满足耦合方程纤芯中传输的纤芯光耦合到包层中传输；

激光输出端，将激光器的信号光准直输出；

一种全光纤高阶包层模光纤激光器搭建步骤如下：

第一步：搭建光纤激光器：

按图1所示，将泵浦源，合束器，高反光栅，增益光纤，低反光栅，剥离器顺次熔接；

第二步：搭建全光纤高阶包层激光器：

将谐振波长为λ1的长周期光纤光栅一端与剥离器信号输出端熔接，另一端与激光输出端熔接；

第三步：打开多个泵浦源，多个泵浦源的光信号进入合束器，经其耦合后，送入放大级中，通过高反光栅、增益光纤、低反光栅，剥离器后输出信号光。该信号再次通过长周期光栅后实现纤芯光与包层光共同输出。

如图2所示，本发明实际刻写出的长周期光纤光栅光谱图，从该光谱图上可知该长周期光栅零损耗峰带宽为160nm，透射深度为23dB。长周期光栅透射深度值决定了激光输出光中纤芯光和包层光的比例。透射深度值越大，包层光所占比例越大。

如图3所示，为本发明实际测得全光纤高阶包层激光器光斑图。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种全光纤高阶包层模光纤激光器，其特征是，包括多个泵浦源，所述泵浦源的光信号进入合束器，经其耦合后，送入放大级中，依次通过高反光栅、增益光纤、低反光栅、剥离器后输出信号光，所述剥离器的信号输出端连接长周期光栅，长周期光栅连接激光输出端。

2.根据权利要求1所述的全光纤高阶包层模光纤激光器，其特征是，所述长周期光栅的中心波长为λ1，Δλ为长周期光栅的零dB带宽。光纤激光器的信号光输出波长为λ2，λ1和λ2应满足如下关系：

3.根据权利要求1所述的全光纤高阶包层模光纤激光器，其特征是，所述长周期光栅的零损耗峰带宽为160nm，透射深度为23dB。

4.根据权利要求1所述的全光纤高阶包层模光纤激光器，其特征是，所述长周期光栅的光栅周期大于100μm。

5.根据权利要求1所述的全光纤高阶包层模光纤激光器，其特征是，所述泵浦源包括半导体激光器、光纤激光器。

6.根据权利要求1所述的全光纤高阶包层模光纤激光器，其特征是，所述增益光纤包括掺铒光纤、掺镱光纤。

7.一种全光纤高阶包层模光纤激光器的制造方法，其特征是，包括以下步骤：

将泵浦源、合束器、高反光栅、增益光纤、低反光栅、剥离器顺次熔接；

将长周期光栅一端与剥离器信号输出端熔接，另一端与激光输出端熔接。