CN111129933A - 一种全光纤风冷铥激光器 - Google Patents

一种全光纤风冷铥激光器 Download PDF

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刘晶
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Abstract

本申请实施例属于光纤激光技术领域，涉及一种全光纤风冷铥激光器。所述全激光线风冷铥激光器的光学结构包括：第一低功率泵浦LD、光学谐振腔、(1+1)*1型反向光纤合束器、光纤泄露分束器、光纤隔离分束器、第一高功率泵浦LD组、(N+1)*1模场匹配型合束器、放大增益光纤和(N+1)*1光纤合束器。本申请通过上述多种中等功率LD、振荡器‑放大器级联、双向包层泵浦联用的方式来实现一种百瓦级功率、近衍射极限光束质量、全光纤化的2微米波段激光器。本申请提供的技术方案能够提供稳定的高功率输出激光器和减轻风冷激光器中普遍存在的废热过于集中的问题，达到高效的热管理。

Description

一种全光纤风冷铥激光器
技术领域
本申请涉及光纤激光技术领域，更具体地，涉及一种全光纤风冷铥激光器。
背景技术
掺铥光纤激光器的发射波长主要集中在1.90-2.05μm范围内，该波段处于人眼安全区，同时还处在一个强的水分子吸收峰和两个弱的大气吸收带范围内，使得铥光纤激光器在激光医疗、特殊材料加工、激光测距、光电对抗以及环境监测等领域展现出了极为广阔的应用前景，同时在很多工业应用场景中可以替代体积庞大、能耗极高的CO2激光器。
光纤激光器中增益光纤长度可以远大于固态激光器的晶体长度，因此可以实现更优的热功率分布，简化了热管理难度，并且可以依靠强制风冷方式直接获得较高功率激光输出，例如IPG公司在1070nm掺镱光纤激光器中实现了风冷500W激光输出，而在1550nm掺铒光纤激光器与2000nm掺铥光纤激光器中均实现了风冷50W激光输出。百瓦级别掺铥光纤激光器已经开始广泛应用到泌尿外科激光手术与高速透明塑料焊接应用中，这两类应用的实际工作场景具有温度适中(20℃左右)、清洁度较高等特点，因此激光器运转可以采用强制风冷方式，相比水冷方式而言，可以在体积、质量、成本方面展现出优势。
但受限于铥离子掺杂浓度尚未增加到理想情况，目前技术上普遍能达到的激光斜效率约60％，即铥光纤承担的热负载与吸收泵浦功率之比约40％，激光输出功率较低且尚未有解决办法；考虑到LD电效率约50％，为了获得100W的2微米激光，则系统中产生的废热功率在300W左右，即在风冷激光器中普遍存在的废热过于集中的问题也较为突出。
发明内容
本申请实施例所要解决的技术问题是减小风冷激光器中的单位面积的热功率和提高激光器的输出功率。
为了解决上述技术问题，本申请实施例提供一种全光纤风冷铥激光器，采用了如下所述的技术方案：
一种全光纤风冷铥激光器，包括：振荡器单元和放大器单元，
所述振荡器单元包括：第一低功率泵浦LD、光学谐振腔、(1+1)*1型反向光纤合束器、第二低功率泵浦LD、光纤泄露分束器、光纤隔离分束器；
所述第一低功率泵浦连接所述光学谐振腔的输入端；
所述光学谐振腔的输出端连接(1+1)*1型反向光纤合束器输出光纤；
所述(1+1)*1型反向光纤合束器的泵浦臂光纤与所述第二低功率泵浦LD相连接，信号臂光纤与所述光纤泄露分束器的输入光纤相连接；
所述光纤泄露分束器输出端与所述光纤隔离分束器；
所述放大器单元包括：(N+1)*1模场匹配型合束器、第一高功率泵浦LD组、放大增益光纤、(N+1)*1反向光纤合束器、第二高功率泵浦LD组；
所述(N+1)*1模场匹配型合束器的输入臂信号光纤与所述光纤隔离分束器的输出端连接；
所述第一高功率泵浦LD组与所述(N+1)*1模场匹配型合束器的泵浦臂光纤连接；
所述放大增益光纤的一端与所述(N+1)*1模场匹配型合束器的输出端连接，另一端与所述(N+1)*1反向光纤合束器的第二端连接；
所述(N+1)*1反向光纤合束器的泵浦臂光纤与所述第二高功率泵浦LD组连接，所述(N+1)*1反向光纤合束器的第一端输出激光。
进一步的，还包括：第一光纤耦合光电探测器和第二光纤耦合探测器，所述光纤泄露分束器和光纤隔离分束器分别设置有第一输出端和第二输出端；
所述光纤泄露分束器的第一输出端连接所述第一光纤耦合光电探测器，所述光纤隔离分束器的第一输出端连接所述第二光纤耦合光电探测器；
所述光纤泄露分束器的第二输出端连接所述光纤隔离分束器的输入端，所述光纤隔离分束器的第二输出端连接所述(N+1)*1模场匹配型合束器的输入端。
进一步的，还包括：光纤泄露器，所述光纤泄露器的输入端与所述光纤隔离分束器相连接，输出端与所述(N+1)*1模场匹配型合束器的输入端信号臂光纤相连接。
进一步的，还包括：光纤保护铠甲，所述(N+1)*1反向光纤合束器穿过所述光纤保护铠甲输出激光。
进一步的，还包括：泄露准直器，所述泄露准直器与所述(N+1)*1反向光纤合束器的输入信号臂光纤连接，所述泄露准直器输出激光。
进一步的，所述光学谐振腔包括：高反光纤光栅、种子增益光纤和低反光纤光栅，所述高反光纤光栅的第一端连接所述种子增益光纤的第一端，所述高反光纤光栅的第二端为所述光纤谐振腔的输入端；所述种子增益光纤的第二端连接所述低反光纤光栅的第一端，所述低反光纤光栅的第二端为所述光纤谐振腔的输出端。
进一步的，所述激光器的机械部分包括：激光器上层冷却块、激光器下层冷却块、激光器冷却风扇；
所述激光上层冷却块的下表面与所述激光下层冷却块的上表面贴合，所述激光冷风扇含有多个风扇，对所述激光上层冷却块和激光下层冷却块的翅页部分进行强制对流冷却；
所述激光上层冷却块的上表面用于安装和固定光学谐振腔、(1+1)*1型反向光纤合束器、光纤泄露分束器、光线隔离分束器、(N+1)*1模场匹配型合束器、放大增益光纤和(N+1)*1反向光纤合束器；
所述激光下层冷却块的下表面用于安装和固定所述第一低功率泵浦LD、第二低功率泵浦LD、第一高功率泵浦LD组、第二高功率泵浦LD组和电气控制组件。
进一步的，所述电气控制组件包括：传输光纤、绕纤盘、上下层光纤过渡孔、低功率LD驱动板、低功率LD温控板、高功率LD驱动板、高功率LD温控板组、激光器电气单元控制板和电器连接线；
所述第一低功率泵浦LD、第二低功率泵浦LD、第一高功率泵浦LD组、第二高功率泵浦LD组和传输光纤均绕到所述绕纤盘上，经过所述上下层光纤过渡孔到达所述激光器上层冷却块的上表面；
所述低功率LD驱动板为所述第一低功率泵浦LD和所述第二低功率泵浦LD提供恒流驱动；
所述低功率LD温控板对所述第一低功率泵浦LD和所述第二低功率泵浦LD进行温度控制；
所述高功率LD驱动板为所述第一高功率泵浦LD组和所述第二高功率泵浦LD组提供恒流驱动；
所述高功率LD温控板组对所述第一高功率泵浦LD组和所述第二高功率泵浦LD组进行温度控制；
所述激光器电气单元控制板通过所述电器连接线分别与所述低功率LD驱动板、低功率LD温控板、高功率LD驱动板和高功率LD温控板相连接，实现激光器的电气控制。
进一步的，所述第一低功率泵浦LD和第二低功率泵浦LD的输出波长为785nm-795nm，功率不超过20W，所述第一高功率泵浦LD组和第二高功率泵浦LD组的输出波长为785nm-795nm，输出功率超过50W。
与现有技术相比，本申请实施例主要有以下有益效果：通过多种中等功率LD(例如：低功率泵浦LD和第一高功率泵浦LD组中的高功率泵浦LD)、振荡器-放大器级联、双向包层泵浦联用的方式实现一种百瓦级功率、近衍射极限光束质量、全光纤化的2微米波段激光器；使用多种中等功率LD取代直接使用高功率LD的方式，可以极大减小单位面积的热功率，进而减小LD散热压力，振荡器-放大器级联的方式不仅分散了增益光纤的热负载，同时减小了系统中光纤光栅、光纤隔离器等核心器件的损伤风险；而同时采用第一低功率泵浦LD和第一高功率泵浦LD组的正向泵浦光与第二低功率泵浦LD第二高功率泵浦LD组的反向泵浦光,则克服了单向泵浦有源光纤前段部分因为泵浦过于集中，导致泵浦功率过高，造成主焊点温度较高、光光转换效率较低等问题，极大地提升了激光器的整体稳定性与长期可靠性。本申请针对泵浦掺铥激光器中量子亏损较大问题进行了全盘设计，使得紧凑型风冷百瓦级2微米激光器成为可能，特别适用于泌尿外科激光手术、透明塑料焊接、实验室科研等应用场景。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一个实施例中全光纤风冷铥激光器的光纤链路示意图；
图2为一个实施例中全光纤风冷铥激光器的机械结构配置图；
图3位一个实施例中全光纤风冷铥激光器的电气单元分布示意图。
附图标记：Ⅰ-振荡器单元、Ⅱ-放大器单元、02-第一低功率泵浦LD、04-光学谐振腔、041-低反光纤光栅、042-种子增益光纤、043-高反光纤光栅、06-(1+1)*1型反向光纤合束器、08-第二低功率泵浦LD、10-光纤泄露分束器、12-光纤隔离分束器、14-(N+1)*1模场匹配型合束器、16-第一高功率泵浦LD组、18-放大增益光纤、20-(N+1)*1反向光纤合束器、22-第二高功率泵浦LD组、24-第一光纤耦合光电探测器、26-第二光纤耦合光电探测器、28-光纤泄露器、30-光纤保护铠甲、32-泄露准直器、40-激光器上层冷却块、50-激光器下层冷却块、501-传输光纤、502-绕纤盘、503-上下层光纤过渡孔、504-低功率LD驱动板、505-低功率LD温控板、506-高功率LD驱动板、507-高功率LD温控板组、508-激光器电气单元控制板、509-电气连接线、60-激光器冷却风扇。
具体实施方式
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申请技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请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，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本申请一种全光纤风冷铥激光器的实施例一
请参阅图1，为一个实施例中一种全光纤风冷铥激光器的光纤链路示意图，所述激光器的光学部分包括：振荡器单元Ⅰ和放大器单元Ⅱ；
所述振荡器单元Ⅰ包括：第一低功率泵浦LD02、光学谐振腔04、(1+1)*1型反向光纤合束器06、第二低功率泵浦LD08、光纤泄露分束器10、光纤隔离分束器12；所述第一低功率泵浦LD02连接所述光学谐振腔04的输入端；所述光学谐振腔04的输出端连接(1+1)*1型反向光纤合束器06的输出光纤；所述(1+1)*1型反向光纤合束器06的泵浦臂光纤与所述第二低功率泵浦LD08相连接，所述(1+1)*1型反向光纤合束器06的信号臂光纤与所述光纤泄露分束器10的输入光纤相连接；所述光纤泄露分束器10输出端与所述光纤隔离分束器12相连接；
所述放大器单元Ⅱ包括：(N+1)*1模场匹配型合束器14、第一高功率泵浦LD组16、放大增益光纤18、(N+1)*1反向光纤合束器20、第二高功率泵浦LD组22；所述(N+1)*1模场匹配型合束器14的输入臂信号光纤与所述光纤隔离分束器12的输出端连接；所述第一高功率泵浦LD组16与所述(N+1)*1模场匹配型合束器14的泵浦臂光纤连接；所述放大增益光纤18的一端与所述(N+1)*1模场匹配型合束器14的输出端连接，另一端与所述(N+1)*1反向光纤合束器20的第二端连接；所述(N+1)*1反向光纤合束器20的泵浦臂光纤与所述第二高功率泵浦LD组22连接，所述(N+1)*光纤合束器20的第一端输出激光。
本申请通过多种中等功率LD(例如：低功率泵浦LD02和第一高功率泵浦LD组16中的高功率泵浦LD)、振荡器-放大器级联、双向包层泵浦联用的方式实现一种百瓦级功率、近衍射极限光束质量、全光纤化的2微米波段激光器；使用多种中等功率LD取代直接使用高功率LD的方式，可以极大减小单位面积的热功率，进而减小LD散热压力，振荡器-放大器级联的方式不仅分散了增益光纤的热负载，同时减小了系统中光纤光栅、光纤隔离器等核心器件的损伤风险；而同时采用第一低功率泵浦LD02和第一高功率泵浦LD组16的正向泵浦光与第二低功率泵浦LD08和第二高功率泵浦LD组22的反向泵浦光,则克服了单向泵浦有源光纤前段部分因为泵浦过于集中，导致泵浦功率过高，造成主焊点温度较高、光光转换效率较低等问题，极大地提升了激光器的整体稳定性与长期可靠性。本申请针对泵浦掺铥激光器中量子亏损较大问题进行了全盘设计，使得紧凑型风冷百瓦级2微米激光器成为可能，特别适用于泌尿外科激光手术、透明塑料焊接、实验室科研等应用场景。
具体地,在本实施例中第二低功率泵浦LD08和第一高功率泵浦LD组16提供正向泵浦光，所述第一低功率泵浦LD02和所述第二高功率泵浦LD组22提供反向泵浦光。
在本实施例中，所述第一低功率泵浦LD02和第二低功率泵浦LD08的输出波长在785nm-795nm之间，输出功率小于20W，使得激光振荡器单元Ⅰ输出种子2微米激光功率不超过20W。
所述(1+1)*1型反向光纤合束器06的信号臂光纤与所述光学谐振腔04的输出端所用的无源光纤相同，所述(1+1)*1型反向光纤合束器06的泵浦臂光纤与所述第二低功率泵浦LD08的尾纤型号相同，泵浦光通过泵浦臂耦合到信号光纤的内包层中，并且，在信号臂内，光信号在其纤芯内传输，所述(1+1)*1型反向光纤合束器06的包层泵浦光插入损耗小于0.03dB、纤芯信号光插入损耗小于0.01dB，确保泵浦光的能够以高的效率传输，进而提高输出激光的功率。
其中，所述光纤泄露分束器10的无源光纤均与所述(1+1)*1型反向光纤合束器06信号臂所用的无源光纤型号相同，所述光纤泄露分束器10能够完全剥离包层光。
另外，所述光纤隔离分束器12的无源光纤均与所述光纤泄露分束器10所用的无源光纤相同，所述光纤隔离分束器12能够以高于25dB的隔离度抑制纤芯反馈，和承受超过20W的输入激光功率、插入损耗不超过1dB，对光的方向进行限制，使光只能单方向传输，通过光纤回波反射的光能够被光隔离器很好的隔离，提高光波传输效率。
在本实施例中，所述(N+1)*1模场匹配型合束器14两端信号关光纤型号不同，其中输入信号臂光纤与所述光纤隔离分束器12的输出端光纤相同，而输出光纤与所述放大增益光纤18相匹配。
其中，所述(N+1)*1模场匹配型合束器14与所述(N+1)*1反向光纤合束器20中的N的范围均在1～9之间，分别指第一高功率泵浦LD组16和第二高功率泵浦LD组22中的高功率泵浦LD的个数。
所述第一高功率泵浦LD组16和第二高功率泵浦LD组22中的高功率泵浦LD输出波长、尾纤型号均与所述第一低功率泵浦LD02和第二低功率泵浦LD08相同，但输出功率超过50W，使得激光放大器单元Ⅱ后输出2微米激光功率能够超过100W。
其中，所述放大增益光纤18为双包层掺铥光纤，其包层尺寸与数值孔径均不小于所述第一高功率泵浦LD组16和第二高功率泵浦组22中的高功率泵浦LD的尾纤纤芯尺寸与数值孔径，所述放大增益光纤的纤芯直径不超过25μm、纤芯数值孔径不超过0.12，所述放大增益光纤18的长度由其对泵浦波长的吸收系数决定，保证未谐振时单程泵浦光总吸收超过15dB，确保泵浦光充分吸收，从而获得更高的激光输出。
在本实施例中，所述第一高功率泵浦LD组16提供正向泵浦光，所述第二高功率泵浦LD组22提供反向泵浦光，无论是正向传输还是反向传输的泵浦光，在传输过程中都被放大增益光纤18中掺杂的铥离子吸收，产生红外自发辐射荧光，辐射荧光在放大增益光纤18内部传输引起受激发射而放大变强，产生激光后沿放大增益光纤18正向经过(N+1)*1反向光纤合束器20输出激光。
其中，所述第一高功率泵浦LD组16和第二高功率泵浦LD组22中的高功率泵浦LD的工作波长相同，且都位于所述放大增益光纤18的吸收带内。
另外，所述(N+1)*1反向光纤合束器20两端信号相同，均与所述放大增益光纤18相匹配，所述(N+1)*1反向光纤合束器20的第一端为输入信号臂光纤，第二端为输出信号臂光纤。
进一步的，本实施例中还包括：第一光纤耦合光电探测器24和第二光纤耦合光电探测器26，所述光纤泄露分束器10和光纤隔离分束器12分别设置有第一输出端和第二输出端；所述光纤泄露分束器10的第一输出端连接所述第一光纤耦合光电探测器24，所述光纤隔离分束器12的第一输出端连接所述第二光纤耦合光电探测器26；所述光纤泄露分束器10的第二输出端连接所述光纤隔离分束器12的输入端，所述光纤隔离分束器12的第二输出端连接所述(N+1)*1模场匹配型合束器14的输入端。
其中，所述光纤泄露分束器10和所述光纤隔离分束器12均能将纤芯激光功率按照1/99进行分束，且第一输出端均为低功率输出端，第二输出端均为高功率输出端；即所述第一光纤耦合光电探测器24和所述第二光纤耦合光电探测器26分别与所述光纤泄露分束器10和所述光纤隔离分束器12的低功率输出端相连；所述光纤泄露分束器10和所述光纤隔离分束器12的高功率输出端均用于输出激光。
具体地，在本实施例中，所述激光器的系统中，种子功率的输出异常主要来自于所述光学谐振腔04，有可能直接损坏所述放大增益光纤18，因此本申请中集成了双重传感器以监控种子运转状况，所述第一光纤耦合光电探测器24形成对不含隔离器的激光振荡器单元I的监控，所述第二光纤耦合光电探测器26形成对含隔离器的激光振荡器单元I的监控，便于激光器后续故障诊断分析。
进一步的，本实施例中还包括：光纤泄露器28，所述光纤泄露器28的输入端与所述光纤隔离分束器12相连接，输出端与所述(N+1)*1模场匹配型合束器14的输入端信号臂光纤相连接。
具体地，所述光纤泄漏器20的无源光纤与所述光纤隔离分束器12的无源光纤相同，所述光纤泄漏器20的包层光泄露比超过20dB，主要是为了防止激光放大器单元II过多的反向剩余泵浦光进入到所述光纤隔离分束器12中。
进一步的，还包括：光纤保护铠甲30，所述(N+1)*1反向光纤合束器20穿过所述光纤保护铠甲30输出激光，所述光纤保护铠甲30能够使里面纤芯受到保护，有抗强压抗拉伸功能，能防鼠咬虫蛀等作用。
进一步的，还包括：泄露准直器32，所述泄露准直器32与所述(N+1)*1反向光纤合束器20的第一端(输入信号臂光纤)连接，所述泄露准直器32输出激光。
具体地，所述泄露准直器32的包层光泄露比超过20dB，所述泄露准直器32无需水冷、插入损耗小于0.05dB，能够承受超过200W的激光功率，经过所述泄露准直器32后输出的激光光斑直径大小约5mm。
进一步的，所述光学谐振腔04包括：高反光纤光栅041、种子增益光纤042、低反光纤光栅043，所述高反光纤光栅041的第一端连接所述种子增益光纤042的第一端，所述高反光纤光栅041的第二端为所述光纤谐振腔04的输入端；所述种子增益光纤042的第二端连接所述低反光纤光栅043的第一端，所述低反光纤光栅043的第二端为所述光纤谐振腔04的输出端。
具体地，所述高反光纤光栅041和所述低反光纤光栅043刻写所用的无源光纤与所述种子增益光纤042相匹配，所述高反光纤光栅041与所述低反光纤光栅043的中心波长差别不超过0.02nm、边模抑制比均超过20dB，保证输出激光光谱不出现多峰结构，从而提高输出激光稳定性与功率稳定性，其中高反光纤光栅041的中心波长反射率超过99.9％，低反光纤光栅043的中心波长反射率在5％-30％范围。
其中，所述种子增益光纤042为双包层掺铥光纤，其包层尺寸与数值孔径均不小于所述第一低功率泵浦LD02和第二低功率泵浦LD08的尾纤纤芯尺寸与数值孔径，所述种子增益光纤042的纤芯直径不超过10μm、纤芯数值孔径不超过0.15，保证激光振荡器单元Ⅰ输出激光为良好单模，所述种子增益光纤042的长度由其对泵浦波长的吸收系数决定给，保证未谐振时单程泵浦光总吸收超过15dB。
在本实施例中，所述第一低功率泵浦LD02提供正向泵浦光，第二低功率泵浦LD08提供反向泵浦光，无论是正向传输还是反向传输的泵浦光，在传输过程中都被种子增益光纤042中掺杂的铥离子吸收，产生近红外自发辐射荧光，辐射荧光在种子增益光纤内部传输引起受激发射而放大变强，经过高反光纤光栅和低反光纤光栅反馈后，受激发射荧光产生激光，沿种子增益光纤042正向经过(1+1)*1型反向光纤合束器06输出激光。
其中，所述第一低功率泵浦LD02和第二低功率泵浦LD08的工作波长相同，且都位于所述种子增益光纤042的吸收带内。
在本实施例中，所述种子增益光纤042、放大增益光纤18需要盘绕在金属槽中进行传导冷却，所述高反光纤光栅041、所述低反光纤光栅043、所述(1+1)*1型反向光纤合束器06、所述光纤泄露分束器10、所述光纤隔离分束器12、所述光纤泄漏器20、所述(N+1)*1模场匹配型光纤合束器14以及所述(N+1)*1反向光纤合束器20均要在器件底面涂抹硅脂并安置在金属热沉(如：铜、铝、铝碳化硅等材料)上进行传导冷却，所述第一低功率泵浦LD02、所述第二低功率泵浦LD08、所述第一高功率泵浦LD组16及所述第二高功率泵浦LD组22需要经过半导体制冷片进行精确温控。
请参阅图2，所述激光器的机械部分包括：激光器上层冷却块40、激光器下层冷却块50、激光器冷却风扇60；所述激光上层冷却块40的下表面与所述激光下层冷却块50的上表面贴合，所述激光冷风扇60含有多个风扇，对所述激光上层冷却块40和激光下层冷却块50的翅页部分进行强制对流冷却；所述激光上层冷却块40的上表面用于安装和固定光学谐振腔04、(1+1)*1型反向光纤合束器06、光纤泄露分束器10、光纤隔离分束器12、(N+1)*1模场匹配型合束器14、放大增益光纤18和(N+1)*1反向光纤合束器20；所述激光下层冷却块50的下表面用于安装和固定所述第一低功率泵浦LD02、第二低功率泵浦LD08、第一高功率泵浦LD组16、第二高功率泵浦LD组22和电气控制组件。
具体地，所述激光器冷却风扇60的进风范围不超过所述激光器上层冷却块40与所述激光器下层冷却块50的翅片部分尺寸，保证最小风阻与最小热阻。
在本实施例中，所述激光器冷却风扇60的转速与所述激光放大器单元II的泵浦电流相关，泵浦电流越大，则需要冷却风量越大，因此所述激光器冷却风扇60的转速越高。
请参阅图3，所述电气控制组件包括：传输光纤501、绕纤盘502、上下层光纤过渡孔503、低功率LD驱动板504、低功率LD温控板505、高功率LD驱动板506、高功率LD温控板组507、激光器电气单元控制板508和电器连接线509；所述第一低功率泵浦LD02、第二低功率泵浦LD08、第一高功率泵浦LD组16、第二高功率泵浦LD组22和传输光纤501均绕到所述绕纤盘502上，经过所述上下层光纤过渡孔503到达所述激光器上层冷却块40的上表面；所述低功率LD驱动板504为所述第一低功率泵浦LD02和所述第二低功率泵浦LD08提供恒流驱动；所述低功率LD温控板505对所述第一低功率泵浦LD02和所述第二低功率泵浦LD08进行温度控制；所述高功率LD驱动板506为所述第一高功率泵浦LD组16和所述第二高功率泵浦LD组22提供恒流驱动；所述高功率LD温控板组507对所述第一高功率泵浦LD组16和所述第二高功率泵浦LD组22进行温度控制；所述激光器电气单元控制板508通过所述电器连接线509分别与所述低功率LD驱动板504、低功率LD温控板505、高功率LD驱动板506和高功率LD温控板组507相连接，实现激光器的电气控制。
在本实施例中，种子功率的稳定程度将对系统输出激光的稳定性产生重要影响，同时所述低功率LD温控板505与所述高功率LD温控板组507所设定的温度将严重影响激光器达到稳定运转状态的时间并比较显著地影响激光转换效率，因此为了提高系统稳定性、减短激光器预热时间，所述低功率LD温控板505的设定温度可高于环境温度高10℃，而所述高功率LD温控板组507的两个高功率LD温控板的设定温度高于环境温度高5℃。
显然，以上所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本申请的较佳实施例，但并不限制本申请的专利范围。本申请可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本申请说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本申请专利保护范围之内。

Claims (9)

1.一种全光纤风冷铥激光器，其特征在于，所述激光器的光学部分包括：振荡器单元和放大器单元，
所述振荡器单元包括：第一低功率泵浦LD、光学谐振腔、(1+1)*1型反向光纤合束器、第二低功率泵浦LD、光纤泄露分束器、光纤隔离分束器；
所述第一低功率泵浦连接所述光学谐振腔的输入端；
所述光学谐振腔的输出端连接(1+1)*1型反向光纤合束器输出光纤；
所述(1+1)*1型反向光纤合束器的泵浦臂光纤与所述第二低功率泵浦LD相连接，信号臂光纤与所述光纤泄露分束器的输入光纤相连接；
所述光纤泄露分束器输出端与所述光纤隔离分束器相连接；
所述放大器单元包括：(N+1)*1模场匹配型合束器、第一高功率泵浦LD组、放大增益光纤、(N+1)*1反向光纤合束器、第二高功率泵浦LD组；
所述(N+1)*1模场匹配型合束器的输入臂信号光纤与所述振荡器单元的光纤隔离分束器的输出端连接；
所述第一高功率泵浦LD组与所述(N+1)*1模场匹配型合束器的泵浦臂光纤连接；
所述放大增益光纤的一端与所述(N+1)*1模场匹配型合束器的输出端连接，另一端与所述(N+1)*1反向光纤合束器的第二端连接；
所述(N+1)*1反向光纤合束器的泵浦臂光纤与所述第二高功率泵浦LD组连接，所述(N+1)*1反向光纤合束器的第一端输出激光。
2.根据权利要求1所述的全光纤风冷铥激光器，其特征在于，还包括：第一光纤耦合光电探测器和第二光纤耦合探测器，所述光纤泄露分束器和光纤隔离分束器分别设置有第一输出端和第二输出端；
所述光纤泄露分束器的第一输出端连接所述第一光纤耦合光电探测器，所述光纤隔离分束器的第一输出端连接所述第二光纤耦合光电探测器；
所述光纤泄露分束器的第二输出端连接所述光纤隔离分束器的输入端，所述光纤隔离分束器的第二输出端连接所述(N+1)*1模场匹配型合束器的输入端。
3.根据权利要求1所述的全光纤风冷铥激光器，其特征在于，还包括：光纤泄露器，所述光纤泄露器的输入端与所述光纤隔离分束器相连接，输出端与所述(N+1)*1模场匹配型合束器的输入端信号臂光纤相连接。
4.根据权利要求1所述的全光纤风冷铥激光器，其特征在于，还包括：光纤保护铠甲，所述(N+1)*1反向光纤合束器穿过所述光纤保护铠甲输出激光。
5.根据权利要求1所述的全光纤风冷铥激光器，其特征在于，还包括：泄露准直器，所述泄露准直器与所述(N+1)*1反向光纤合束器的输入信号臂光纤连接，所述泄露准直器输出激光。
6.根据权利要求1所述的全光纤风冷铥激光器，其特征在于，所述光学谐振腔包括：高反光纤光栅、种子增益光纤和低反光纤光栅，所述高反光纤光栅的第一端连接所述种子增益光纤的第一端，所述高反光纤光栅的第二端为所述光纤谐振腔的输入端；所述种子增益光纤的第二端连接所述低反光纤光栅的第一端，所述低反光纤光栅的第二端为所述光纤谐振腔的输出端。
7.根据权利要求1所述的全光纤风冷铥激光器，其特征在于，所述激光器的机械部分包括：激光器上层冷却块、激光器下层冷却块、激光器冷却风扇；
所述激光上层冷却块的下表面与所述激光下层冷却块的上表面贴合，所述激光冷风扇含有多个风扇，对所述激光上层冷却块和激光下层冷却块的翅页部分进行强制对流冷却；
所述激光上层冷却块的上表面用于安装和固定光学谐振腔、(1+1)*1型反向光纤合束器、光纤泄露分束器、光线隔离分束器、(N+1)*1模场匹配型合束器、放大增益光纤和(N+1)*1反向光纤合束器；
所述激光下层冷却块的下表面用于安装和固定所述第一低功率泵浦LD、第二低功率泵浦LD、第一高功率泵浦LD组、第二高功率泵浦LD组和电气控制组件。
8.根据权利要求7所述的全光纤风冷铥激光器，其特征在于，所述电气控制组件包括：传输光纤、绕纤盘、上下层光纤过渡孔、低功率LD驱动板、低功率LD温控板、高功率LD驱动板、高功率LD温控板组、激光器电气单元控制板和电器连接线；
所述第一低功率泵浦LD、第二低功率泵浦LD、第一高功率泵浦LD组、第二高功率泵浦LD组和传输光纤均绕到所述绕纤盘上，经过所述上下层光纤过渡孔到达所述激光器上层冷却块的上表面；
所述低功率LD驱动板为所述第一低功率泵浦LD和所述第二低功率泵浦LD提供恒流驱动；
所述低功率LD温控板对所述第一低功率泵浦LD和所述第二低功率泵浦LD进行温度控制；
所述高功率LD驱动板为所述第一高功率泵浦LD组和所述第二高功率泵浦LD组提供恒流驱动；
所述高功率LD温控板组对所述第一高功率泵浦LD组和所述第二高功率泵浦LD组进行温度控制；
所述激光器电气单元控制板通过所述电器连接线分别与所述低功率LD驱动板、低功率LD温控板、高功率LD驱动板和高功率LD温控板相连接，实现激光器的电气控制。
9.根据权利要求1所述的全光纤风冷铥激光器，其特征在于，所述第一低功率泵浦LD和第二低功率泵浦LD的输出波长在785nm-795nm之间，功率不超过20W，所述第一高功率泵浦LD组和第二高功率泵浦LD组的输出波长在785nm-795nm之间，输出功率超过50W。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112490833A (zh) * 2020-11-27 2021-03-12 中红外激光研究院(江苏)有限公司 一种多热点分布单频掺铥光纤激光器

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN200970270Y (zh) * 2006-11-17 2007-11-07 深圳市大族激光科技股份有限公司 激光治疗仪
EP2086074A2 (en) * 2008-01-29 2009-08-05 Canon Kabushiki Kaisha Pulse laser apparatus, terahertz measuring apparatus, and therahertz tomographic apparatus
CN101640367A (zh) * 2008-11-17 2010-02-03 武汉锐科光纤激光器技术有限责任公司 脉冲全光纤激光器
CN201490563U (zh) * 2008-11-17 2010-05-26 武汉锐科光纤激光器技术有限责任公司 100w连续全光纤激光器
CN102263358A (zh) * 2011-06-15 2011-11-30 北京工业大学 高功率全光纤结构宽带超荧光光源
CN103022868A (zh) * 2012-12-25 2013-04-03 中国电子科技集团公司第十一研究所 一种脉冲光纤激光器
CN103746278A (zh) * 2013-12-13 2014-04-23 杭州法博激光科技有限公司 百瓦级掺铥单模连续全光纤激光器
CN204651671U (zh) * 2015-05-21 2015-09-16 无锡路通视信网络股份有限公司 铒镱大功率光放大器结构
CN106159655A (zh) * 2016-08-19 2016-11-23 深圳市镭神智能系统有限公司 一种光纤激光器
CN106451046A (zh) * 2016-11-17 2017-02-22 深圳番越光电有限公司 一种紧凑型的线偏振单频全光纤激光放大器
CN108574198A (zh) * 2018-06-22 2018-09-25 长春德信光电技术有限公司 一种大能量长脉冲光纤激光器

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN200970270Y (zh) * 2006-11-17 2007-11-07 深圳市大族激光科技股份有限公司 激光治疗仪
EP2086074A2 (en) * 2008-01-29 2009-08-05 Canon Kabushiki Kaisha Pulse laser apparatus, terahertz measuring apparatus, and therahertz tomographic apparatus
CN101640367A (zh) * 2008-11-17 2010-02-03 武汉锐科光纤激光器技术有限责任公司 脉冲全光纤激光器
CN201490563U (zh) * 2008-11-17 2010-05-26 武汉锐科光纤激光器技术有限责任公司 100w连续全光纤激光器
CN102263358A (zh) * 2011-06-15 2011-11-30 北京工业大学 高功率全光纤结构宽带超荧光光源
CN103022868A (zh) * 2012-12-25 2013-04-03 中国电子科技集团公司第十一研究所 一种脉冲光纤激光器
CN103746278A (zh) * 2013-12-13 2014-04-23 杭州法博激光科技有限公司 百瓦级掺铥单模连续全光纤激光器
CN204651671U (zh) * 2015-05-21 2015-09-16 无锡路通视信网络股份有限公司 铒镱大功率光放大器结构
CN106159655A (zh) * 2016-08-19 2016-11-23 深圳市镭神智能系统有限公司 一种光纤激光器
CN106451046A (zh) * 2016-11-17 2017-02-22 深圳番越光电有限公司 一种紧凑型的线偏振单频全光纤激光放大器
CN108574198A (zh) * 2018-06-22 2018-09-25 长春德信光电技术有限公司 一种大能量长脉冲光纤激光器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112490833A (zh) * 2020-11-27 2021-03-12 中红外激光研究院(江苏)有限公司 一种多热点分布单频掺铥光纤激光器

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