CN112072453A - 一种反向泵浦多级放大连续mopa光纤激光器及激光产生方法 - Google Patents

一种反向泵浦多级放大连续mopa光纤激光器及激光产生方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及激光设备领域，解决了现有技术中包层光剥除器的设置使得光纤激光器激光转换效率低的问题。一种反向泵浦多级放大连续MOPA光纤激光器，包括依次连接的一级振荡系统、反向泵浦放大系统和激光输出系统，一级振荡系统包括依次相连的高反光栅、一级增益光纤、低反光栅、一级增益反向合束器、泵浦源，一级增益反向合束器的输入端与泵浦源连接，输出端与低反光栅连接，所述反向泵浦放大系统包括依次连接的放大增益光纤、放大反向合束器、泵浦源，放大增益光纤与一级增益反向合束器的输入端连接，放大反向合束器与激光输出系统连接。残余泵浦光能够进入一级增益光纤或放大增益光纤，产生信号激光或进行信号激光的放大，提高了泵浦光的利用率。

Description

一种反向泵浦多级放大连续MOPA光纤激光器及激光产生方法
技术领域
本发明涉及激光设备领域，尤其涉及一种反向泵浦多级放大连续MOPA光纤激光器及激光产生方法。
背景技术
光纤激光器在工业制造领域的应用日益广泛和伸入，对光纤激光器输出功率的需求也不断提高。高光束质量单模光纤激光器主要有两种类型，一种是利用单腔振荡实现单模激光输出，但是由于单谐振腔泵浦功率及器件承受功率有限，随着功率提升腔内模式控技术难度较高，导致单模单腔功率水平难以提升；另一种是利用MOPA多级放大技术实现单模激光输出，这是实现大功率高光束质量光纤激光器的主流方式。
目前采用MOPA结构的高功率光纤激光器主要采用种子源产生信号光，通过正反向泵浦系统进行放大，如图1，包括激光种子模块和激光放大模块，激光种子模块主要包括泵浦源LD、正向合束器、高反光栅、增益光纤、低反光栅、包层光剥离器、放大增益光纤、反向合束器、激光QBH输出头等光学元器件。激光种子模块吸收正向泵浦源泵浦光形成信号激光输出。信号激光进入放大系统，通过正反向放大系统对信号激光进行功率放大。但是由于泵浦残留的存在，如不进行泵浦残留光去除，有害的泵浦残留光会进入泵浦系统，造成系统损伤。因此现有的光纤激光器设有包层光剥除器，包层光剥除器的设置消除了残余泵浦光，也使得残余泵浦光无法被再利用，这导致了此类光纤激光器激光转换效率低。
发明内容
本发明提供一种反向泵浦多级放大连续MOPA光纤激光器及激光产生方法，解决了现有技术中包层光剥除器的设置使得光纤激光器激光转换效率低的问题。
一种反向泵浦多级放大连续MOPA光纤激光器，包括依次连接的一级振荡系统、反向泵浦放大系统和激光输出系统，一级振荡系统包括依次相连的高反光栅、一级增益光纤、低反光栅、一级增益反向合束器、泵浦源，一级增益反向合束器的输入端与泵浦源连接，输出端与低反光栅连接，所述反向泵浦放大系统包括依次连接的放大增益光纤、放大反向合束器、泵浦源，放大增益光纤与一级增益反向合束器的输入端连接，放大反向合束器与激光输出系统连接。本发明中，一级振荡系统、反向泵浦放大系统的所有合束器均为反向合束器，避免了残余的泵浦光进入泵浦源，对泵浦源造成损坏；在此基础上本发明使用时，一级振荡系统、反向泵浦放大系统的残余泵浦光能够进入一级增益光纤或放大增益光纤，产生信号激光或进行信号激光的放大，提高了泵浦光的利用率和激光转换效率。
进一步，一级振荡系统上依次连接有至少两个反向泵浦放大系统，反向泵浦放大系统中放大反向合束器与相邻反向泵浦放大系统的放大增益光纤连接，靠近一级振荡系统的反向泵浦放大系统中放大增益光纤与一级增益反向合束器连接，靠近激光输出系统的反向泵浦放大系统中放大反向合束器与激光输出系统连接。根据对输出激光功率的需求，可设置多组反向泵浦放大系统，多组反向泵浦放大系统依次连接，对一级振荡系统产生的信号激光进行放大。
进一步，所述一级增益光纤和放大增益光纤为相同光纤参数的增益光纤。
进一步，所述放大增益光纤的长度是一级增益光纤长度的80％。减少了光纤的使用，降低了成本；并能够降低非线性效应带来的光纤损伤。可达到理论效率极限值的85％左右。
进一步，所述泵浦源包括半导体激光器。
进一步，所述激光输出系统包括QBH输出跳线。
激光产生方法，包括以下步骤，
S1，通过泵浦源向一级增益反向合束器输入泵浦激光；
S2，泵浦激光进入高反光栅、一级增益光纤、低反光栅形成的振荡系统，通过一级增益光纤的吸收形成信号激光输出；
S3，信号激光进入反向泵浦放大系统；
S4，信号激光经反向泵浦实现信号光放大，通过激光输出系统实现高功率激光输出。
进一步，所述S3中心号激光依次经过多个反向泵浦放大系统。
进一步，所述S3中，反向泵浦放大系统的泵浦源向放大反向合束器输入泵浦激光，对信号激光进行放大。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明中，一级振荡系统、反向泵浦放大系统的所有合束器均为反向合束器，避免了残余的泵浦光进入泵浦源，对泵浦源造成损坏；在此基础上本发明使用时，一级振荡系统、反向泵浦放大系统的残余泵浦光能够进入一级增益光纤或放大增益光纤，被产生信号激光或进行信号激光的放大，提高了泵浦光的利用率和激光转换效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为现有技术光纤激光器示意图。
图2为本发明光纤激光器示意图。
1、高反光栅，2、一级增益光纤，3、低反光栅，4、一级增益反向合束器，5、放大增益光纤，6、放大反向合束器，7、泵浦源，8、激光输出系统。
具体实施方式
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本具体实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。
实施例1
如图1和图2所示，一种反向泵浦多级放大连续MOPA光纤激光器，包括依次连接的一级振荡系统、反向泵浦放大系统和激光输出系统8，一级振荡系统包括依次相连的高反光栅1、一级增益光纤2、低反光栅3、一级增益反向合束器4、泵浦源7，一级增益反向合束器4的输入端与泵浦源7连接，输出端与低反光栅3连接，所述反向泵浦放大系统包括依次连接的放大增益光纤5、放大反向合束器6、泵浦源7，放大增益光纤5与一级增益反向合束器4的输入端连接，放大反向合束器6与激光输出系统8连接。本发明中，一级振荡系统、反向泵浦放大系统的所有合束器均为反向合束器，避免了残余的泵浦光进入泵浦源7，对泵浦源7造成损坏；在此基础上本发明使用时，一级振荡系统、反向泵浦放大系统的残余泵浦光能够进入一级增益光纤2或放大增益光纤5，被产生信号激光或进行信号激光的放大，提高了泵浦光的利用率和激光转换效率。
一级振荡系统上依次连接有至少两个反向泵浦放大系统，反向泵浦放大系统中放大反向合束器6与相邻反向泵浦放大系统的放大增益光纤5连接，靠近一级振荡系统的反向泵浦放大系统中放大增益光纤5与一级增益反向合束器4连接，靠近激光输出系统8的反向泵浦放大系统中放大反向合束器6与激光输出系统8连接。根据对输出激光功率的需求，可设置多组反向泵浦放大系统，多组反向泵浦放大系统依次连接，对一级振荡系统产生的信号激光进行放大。一级增益光纤2和放大增益光纤5为相同光纤参数的增益光纤。放大增益光纤5的长度是一级增益光纤2长度的80％。减少了光纤的使用，降低了成本；并能够降低非线性效应带来的光纤损伤。可达到理论效率极限值的85％左右。泵浦源7包括半导体激光器。激光输出系统8包括QBH输出跳线。
激光产生方法，包括以下步骤，
S1，通过泵浦源7向一级增益反向合束器4输入泵浦激光；
S2，泵浦激光进入高反光栅1、一级增益光纤2、低反光栅3形成的振荡系统，通过一级增益光纤2的吸收形成信号激光输出；
S3，信号激光进入反向泵浦放大系统；
S4，信号激光经反向泵浦实现信号光放大，通过激光输出系统8实现高功率激光输出。
S3中心号激光依次经过多个反向泵浦放大系统。S3中，反向泵浦放大系统的泵浦源7向放大反向合束器6输入泵浦激光，对信号激光进行放大。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种反向泵浦多级放大连续MOPA光纤激光器，其特征在于，包括依次连接的一级振荡系统、反向泵浦放大系统和激光输出系统(8)，一级振荡系统包括依次相连的高反光栅(1)、一级增益光纤(2)、低反光栅(3)、一级增益反向合束器(4)、泵浦源(7)，一级增益反向合束器(4)的输入端与泵浦源(7)连接，输出端与低反光栅(3)连接，所述反向泵浦放大系统包括依次连接的放大增益光纤(5)、放大反向合束器(6)、泵浦源(7)，放大增益光纤(5)与一级增益反向合束器(4)的输入端连接，放大反向合束器(6)与激光输出系统(8)连接。
2.根据权利要求1所述的反向泵浦多级放大连续MOPA光纤激光器，其特征在于，一级振荡系统上依次连接有至少两个反向泵浦放大系统，反向泵浦放大系统中放大反向合束器(6)与相邻反向泵浦放大系统的放大增益光纤(5)连接，靠近一级振荡系统的反向泵浦放大系统中放大增益光纤(5)与一级增益反向合束器(4)连接，靠近激光输出系统(8)的反向泵浦放大系统中放大反向合束器(6)与激光输出系统(8)连接。
3.根据权利要求1或2所述的反向泵浦多级放大连续MOPA光纤激光器，其特征在于，所述一级增益光纤(2)和放大增益光纤(5)为相同光纤参数的增益光纤。
4.根据权利要求3所述的反向泵浦多级放大连续MOPA光纤激光器，其特征在于，所述放大增益光纤(5)的长度是一级增益光纤(2)长度的80％。
5.根据权利要求1所述的反向泵浦多级放大连续MOPA光纤激光器，其特征在于，所述泵浦源(7)包括半导体激光器。
6.根据权利要求1所述的反向泵浦多级放大连续MOPA光纤激光器，其特征在于，所述激光输出系统(8)包括QBH输出跳线。
7.激光产生方法，其特征在于，包括以下步骤，
S1，通过泵浦源(7)向一级增益反向合束器(4)输入泵浦激光；
S2，泵浦激光进入高反光栅(1)、一级增益光纤(2)、低反光栅(3)形成的振荡系统，通过一级增益光纤(2)的吸收形成信号激光输出；
S3，信号激光进入反向泵浦放大系统；
S4，信号激光经反向泵浦实现信号光放大，通过激光输出系统(8)实现高功率激光输出。
8.根据权利要求7所述的激光产生方法，其特征在于，所述S3中心号激光依次经过多个反向泵浦放大系统。
9.根据权利要求7所述的激光产生方法，其特征在于，所述S3中，反向泵浦放大系统的泵浦源(7)向放大反向合束器(6)输入泵浦激光，对信号激光进行放大。
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