CN110556693A - 光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
一种光纤激光器，包括：泵浦模块、谐振腔、第一增益光纤、第二增益光纤、第一包层光剥除器、及功率输出头；泵浦模块向谐振腔的输入端注入泵浦光；第一增益光纤设置于谐振腔内；谐振腔的输出端与第二增益光纤的一端耦合；谐振腔向第二增益光纤输出信号种子光；第一包层光剥除器中设置有第一过渡光纤；功率输出头包括传能光纤；第二增益光纤与传能光纤之间通过第一过渡光纤对接；第一过渡光纤与传能光纤之间通过熔接点耦合；传能光纤的纤芯中的返回光大部分进入第一过渡光纤的包层中，并被第一包层光剥除器所剥除；进入第一过渡光纤的纤芯的返回光在第二增益光纤或谐振腔中被反向放大的机会降低，从而避免返回光对谐振腔的运行造成影响。
Description
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器。
背景技术
高功率光纤激光器广泛应用于激光加工领域，如材料的切割焊接等。在对超过10mm的厚的金属材料进行切割或焊接时，由于加工的机理需求，需要激光切割出较大的缝隙，以便将辅助气体及热传递到金属内部去，因此，该加工场合需要使用以大芯径(如50um～100um)传能光纤输出的激光器。而在加工这些厚板金属材料时，金属材料的反射率较高，尤其是铜、铝、银等时，经材料反射并通过激光器功率输出头进入输出传能光纤中的反射光较多。进入激光器输出头的反射光中，一部分进入传能光纤的光纤包层中，一部分进入传能光纤的纤芯中，进入传能光纤包层部分的光可以通过包层光剥除器去除。而在传能光纤纤芯的回光将进入激光器内部，回到激光器增益光纤内部去，影响激光器的稳定性。
发明内容
基于此，有必要针对反射回到激光器增益光纤内部的激光光线对激光器内部运行造成影响的问题，提供一种光纤激光器。
一种光纤激光器，包括：泵浦模块、谐振腔、第一增益光纤、第二增益光纤、第一包层光剥除器、及功率输出头；所述泵浦模块向所述谐振腔的输入端注入泵浦光；所述第一增益光纤设置于所述谐振腔内；所述谐振腔的输出端与所述第二增益光纤的一端耦合；所述谐振腔向所述第二增益光纤输出信号种子光；所述第一包层光剥除器中设置有第一过渡光纤；所述功率输出头包括传能光纤；所述第二增益光纤与所述传能光纤之间通过所述第一过渡光纤对接；所述第一过渡光纤与所述传能光纤之间通过熔接点耦合。
上述光纤激光器，通过第一过渡光纤与传能光纤之间的熔接，且传能光纤的芯径大于第一过渡光纤的芯径，因而传能光纤的纤芯中的返回光大部分进入第一过渡光纤的包层中，并被第一包层光剥除器所剥除；由于第二增益光纤中的泵浦光能量较低，且谐振腔采用正向泵浦，进入第一过渡光纤的纤芯的返回光在第二增益光纤或谐振腔中被反向放大的机会降低，从而避免返回光对谐振腔的运行造成影响，提高了高功率的光纤激光器运行的稳定性。
在其中一个实施例中，所述功率输出头还包括设置在所述传能光纤上的第二包层光剥除器；从而减少进入第一过渡光纤的包层的返回光的强度。
在其中一个实施例中，所述泵浦模块包括与所述谐振腔连接的泵浦合束器、及连接所述泵浦合束器的若干泵浦源；所述泵浦合束器设有若干泵浦纤、及输出纤；所述泵浦源与所述泵浦合束器的泵浦纤耦合，各所述泵浦源分别通过所述泵浦纤向所述泵浦合束器注入泵浦光；合束后的泵浦光通过所述泵浦合束器的输出纤输出至所述谐振腔；从而可利用多个泵浦源向谐振腔提供泵浦光，提高信号光的能量密度。
在其中一个实施例中，还包括连接所述泵浦模块的指示模块；所述泵浦合束器上还设有中心纤；所述指示模块包括向所述中心纤注入指示光的指示光源；从而便于识别信号光输出后的传输路径。
在其中一个实施例中，所述指示模块还包括设置在所述指示光源与所述泵浦合束器的中心纤之间的窄带滤波器；所述窄带滤波器的一端与所述指示光源耦合，所述窄带滤波器的另一端与所述泵浦合束器的中心纤耦合；从而避免指示光源受到返回光的影响。
在其中一个实施例中，所述指示光源产生的指示光为红光、蓝光、或绿光；从而方便操作人员直观识别。
在其中一个实施例中，所述泵浦合束器的泵浦纤与所述泵浦源之间一一对应。
在其中一个实施例中，所述谐振腔包括第一光栅及第二光栅；所述泵浦合束器的输出纤与所述第一光栅的一端耦合，所述第一光栅的另一端与所述第一增益光纤的一端耦合；所述第一增益光纤的另一端与所述第二光栅的一端耦合；所述第二光栅的另一端与所述第二增益光纤的一端耦合。
在其中一个实施例中，所述第一过渡光纤为双包层光纤；从而方便导出第一过渡光纤的包层中的返回光。
在其中一个实施例中，所述传能光纤的芯径为50um至100um；从而保证光纤激光器所切割出的缝隙的宽度。
附图说明
图1为本发明的一实施例的光纤激光器的结构示意图；
图2为第一过渡光纤与传能光纤之间的连接结构图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
请参阅图1及图2，为本发明一实施方式的光纤激光器100，用于产生激光输出。该光纤激光器100包括泵浦模块20、谐振腔30、第一增益光纤40、第二增益光纤50、第一包层光剥除器60、及功率输出头70；泵浦模块20向谐振腔30的输入端注入泵浦光；第一增益光纤40设置于谐振腔30内；谐振腔30的输出端与第二增益光纤50的一端耦合；谐振腔30向第二增益光纤50输出信号种子光；第一包层光剥除器60中设置有第一过渡光纤61；功率输出头70包括传能光纤71；第二增益光纤50与传能光纤71之间通过第一过渡光纤61对接；第一过渡光纤61与传能光纤71之间通过熔接点601耦合。
通过第一过渡光纤61与传能光纤71之间的熔接，且传能光纤71的芯径大于第一过渡光纤61的芯径，因而传能光纤71的纤芯711中的返回光900大部分进入第一过渡光纤61的包层612中，并被第一包层光剥除器60所剥除；由于第二增益光纤50中的泵浦光能量较低，且谐振腔30采用正向泵浦，进入第一过渡光纤61的纤芯611的返回光900在第二增益光纤50或谐振腔30中被反向放大的机会降低，从而避免返回光900对谐振腔30的运行造成影响，提高了高功率的光纤激光器100运行的稳定性。
泵浦模块20包括与谐振腔30连接的泵浦合束器21、及连接泵浦合束器21的若干泵浦源22；泵浦合束器21设有若干泵浦纤、及输出纤；泵浦源22与泵浦合束器21的泵浦纤耦合，各泵浦源22分别通过泵浦纤向泵浦合束器21注入泵浦光；合束后的泵浦光通过泵浦合束器21的输出纤输出至谐振腔30。泵浦合束器21的泵浦纤与泵浦源22之间一一对应。
谐振腔30包括第一光栅31及第二光栅32；泵浦合束器21的输出纤与第一光栅31的一端耦合，第一光栅31的另一端与第一增益光纤40的一端耦合；第一增益光纤40的另一端与第二光栅32的一端耦合；第二光栅32的另一端与第二增益光纤50的一端耦合。
具体地，第一增益光纤40以一定比例吸收泵浦光后产生高质量的信号种子光，第一光栅31对信号种子光的反射率大于第二光栅32对信号种子光的反射率；第一增益光纤40中的部分信号种子光作透射过第二光栅32输出至第二增益光纤50上，同时，第一增益光纤40中的部分泵浦光透射第二光栅32输出至第二增益光纤50；泵浦光在第二增益光纤50中被大比例吸收，信号种子光被放大至预定功率后依次通过第一包层光剥除器60及功率输出头70输出；第二增益光纤50的包层中的少量泵浦光经第一包层光剥除器60剥除；第一增益光纤40中的另一部分信号种子光经第二光栅32反射回第一增益光纤40，在第一增益光纤40中进一步放大。具体地，第一增益光纤40、第二增益光纤50为掺稀土离子的光纤。
第一过渡光纤61为双包层光纤。
功率输出头70还包括设置在传能光纤71上的第二包层光剥除器72；具体地，进入传能光纤71的包层712中的返回光900，在沿传能光纤71的包层712传输的过程中被第二包层光剥除器72所剥除；由于第一过渡光纤61与传能光纤71间通过熔接点601耦合，且传能光纤71的外径大于第一过渡光纤61的外径，在第二包层光剥除器72的作用下，减少了进入第一过渡光纤61的包层612的返回光900及避免返回光900从熔接点601出射。
传能光纤71的芯径为50um至100um。
光纤激光器100还包括连接泵浦模块20的指示模块80；泵浦合束器21上还设有中心纤；指示模块80包括向中心纤注入指示光的指示光源81；指示光源81产生可见的指示光，指示光依次经泵浦合束器21、谐振腔30、第一增益光纤40、第二增益光纤50、第一包层光剥除器60、及功率输出头70输出，可用于指示信号光输出后的传输路径，以便后续光路的调节；同时，便于在光路受损时进行维护修复。
指示模块80还包括设置在指示光源81与泵浦合束器21的中心纤之间的窄带滤波器82；窄带滤波器82的一端与指示光源81耦合，窄带滤波器82的另一端与泵浦合束器21的中心纤耦合；指示光源81所产生的指示光通过窄带滤波器82进入泵浦模块20，具体地，指示光源81与窄带滤波器82通过光纤连接；进入第二增益光纤50纤芯的返回光900沿第二增益光纤50、第一增益光纤40、及泵浦合束器21的中心纤传导，返回光900传导至窄带滤波器82时被滤除。
进一步地，为方便导出泵浦合束器21的中心纤中的包层光，指示模块80还包括第二过渡光纤83，窄带滤波器82的另一端通过第二过渡光纤83与泵浦合束器21的中心纤耦合，第二过渡光纤83为双包层光纤；从而泵浦合束器21的中心纤中的包层光传导至第二过渡光纤83上并通过窄带滤波器82滤除。指示光源81产生的指示光为红光、蓝光、或绿光。
请参阅图2，具体地，光纤激光器100对材料进行加工时，信号光与材料作用所产生的返回光900，一部分进入传能光纤71的包层712中，一部分进入传能光纤71的纤芯711中；进入传能光纤71的包层712中的返回光900被第二包层光剥除器72所剥除；由于传能光纤71的纤芯711直径大于第一过渡光纤61的纤芯611的直径，在熔接点601处，传能光纤71的纤芯711中的返回光900大部分射入至第一过渡光纤61的包层612中。
本实施例中，通过第一过渡光纤与传能光纤之间的熔接，且传能光纤的芯径大于第一过渡光纤的芯径，因而传能光纤的纤芯中的返回光大部分进入第一过渡光纤的包层中，并被第一包层光剥除器所剥除；由于第二增益光纤中的泵浦光能量较低，且谐振腔采用正向泵浦，进入第一过渡光纤的纤芯的返回光在第二增益光纤或谐振腔中被反向放大的机会降低，从而避免返回光对谐振腔的运行造成影响，提高了高功率的光纤激光器运行的稳定性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
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)
1.一种光纤激光器，其特征在于，包括：泵浦模块、谐振腔、第一增益光纤、第二增益光纤、第一包层光剥除器、及功率输出头；所述泵浦模块向所述谐振腔的输入端注入泵浦光；所述第一增益光纤设置于所述谐振腔内；所述谐振腔的输出端与所述第二增益光纤的一端耦合；所述谐振腔向所述第二增益光纤输出信号种子光；所述第一包层光剥除器中设置有第一过渡光纤；所述功率输出头包括传能光纤；所述第二增益光纤与所述传能光纤之间通过所述第一过渡光纤对接；所述第一过渡光纤与所述传能光纤之间通过熔接点耦合。
2.根据权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，所述功率输出头还包括设置在所述传能光纤上的第二包层光剥除器。
3.根据权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，所述泵浦模块包括与所述谐振腔连接的泵浦合束器、及连接所述泵浦合束器的若干泵浦源；所述泵浦合束器设有若干泵浦纤、及输出纤；所述泵浦源与所述泵浦合束器的泵浦纤耦合，各所述泵浦源分别通过所述泵浦纤向所述泵浦合束器注入泵浦光；合束后的泵浦光通过所述泵浦合束器的输出纤输出至所述谐振腔。
4.根据权利要求3所述的光纤激光器，其特征在于，还包括连接所述泵浦模块的指示模块；所述泵浦合束器上还设有中心纤；所述指示模块包括向所述中心纤注入指示光的指示光源。
5.根据权利要求4所述的光纤激光器，其特征在于，所述指示模块还包括设置在所述指示光源与所述泵浦合束器的中心纤之间的窄带滤波器；所述窄带滤波器的一端与所述指示光源耦合，所述窄带滤波器的另一端与所述泵浦合束器的中心纤耦合。
6.根据权利要求4所述的光纤激光器，其特征在于，所述指示光源产生的指示光为红光、蓝光、或绿光。
7.根据权利要求3所述的光纤激光器，其特征在于，所述泵浦合束器的泵浦纤与所述泵浦源之间一一对应。
8.根据权利要求3所述的光纤激光器，其特征在于，所述谐振腔包括第一光栅及第二光栅；所述泵浦合束器的输出纤与所述第一光栅的一端耦合，所述第一光栅的另一端与所述第一增益光纤的一端耦合；所述第一增益光纤的另一端与所述第二光栅的一端耦合；所述第二光栅的另一端与所述第二增益光纤的一端耦合。
9.根据权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，所述第一过渡光纤为双包层光纤。
10.根据权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，所述传能光纤的芯径为50um至100um。
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