CN112186480A - 一种kW级的脉冲光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种kW级的脉冲光纤激光器，所述脉冲光纤激光器光路的放大级采用GT‑WAVE结构光纤，所述GT‑WAVE结构光纤由一根信号纤和一根或者多根泵浦纤构成。本发明在调Q激光器放大级中采用了GT‑WAVE的光纤结构，使得高功率调Q脉冲光纤激光器的放大级也可以使用直径很细的光纤，方便激光器的集成；提出了GT‑WAVE泵浦臂变径的结构设计，匀化了掺镱光纤的产热，可以实现更高功率的脉冲光纤激光器，放大级可以采用很细的光纤，方便激光器的集成设计；放大级产热匀化后，可将现有技术得到的200‑300W的调Q脉冲光纤激光器的输出功率至少提高3‑5倍，实现单纤1000W级的脉冲激光器，极大地提高了激光器的输出功率。
Description
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种kW级的脉冲光纤激光器。
背景技术
现有的脉冲光纤激光器中，一般的YDF1为10/125的掺镱光纤。而对于几百瓦级甚至kW级的高功率的脉冲激光器，由于峰值功率可以达到100kW级，其放大级需要使用粗纤芯的掺镱光纤，不然光纤中会出现强烈的非线性效应，如SRS等。因此，对于高功率调Q脉冲光纤激光器，YDF2一般为50/400(纤芯直径40um，包层直径400um)、100/400、120/600，甚至纤芯和包层更粗的双包层掺镱光纤。纤芯越粗，如果不等比例地增加光纤的包层，则光纤的吸收效率会非常高，对于高功率激光器，导致泵浦光注入段局部温度过高，因此不易实现高功率。另一方面，如果纤芯变粗，同时又等比例地增大包层的尺寸(一般地，对于光纤激光器特种光纤，包层/纤芯尺寸比在5-20之间)，则光纤包层的尺寸会非常地粗，达到600um甚至1000um以上，这将非常不利于光纤器件的制作以及激光器的集成。为此，我们提出一种kW级的脉冲光纤激光器。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种kW级的脉冲光纤激光器，具有高功率调Q脉冲光纤激光器的放大级也可以使用直径很细的光纤，方便激光器的集成的特点，解决了现有激光器局部温度过高不易实现高功率，以及光纤包层的尺寸会非常地粗不利于光纤器件的制作和激光器集成的问题。
本发明提供如下技术方案：一种kW级的脉冲光纤激光器，所述脉冲光纤激光器光路的放大级采用GT-WAVE结构光纤，所述GT-WAVE结构光纤由一根信号纤和一根或者多根泵浦纤构成。
优选的，所述GT-WAVE结构光纤中，信号纤为尺寸均匀的掺镱光纤，泵浦纤是注入端粗输出端细的变径泵浦纤。
优选的，所述GT-WAVE结构光纤中，泵浦纤注入端的芯包比是泵浦纤输出端芯包比的1/3至1/5，其中芯包比是指纤芯和包层截面积之比。
优选的，所述GT-WAVE结构光纤中，信号纤和泵浦纤都只包括纤芯和玻璃包层，信号纤和泵浦纤紧密贴合在一起，外面用一层低折射率的涂覆层包裹在一起，其中涂覆层的折射率小于1.5。
优选的，所述GT-WAVE结构光纤的制备过程为：信号纤采用纤芯直径100um，包层直径200um的掺镱光纤，泵浦纤注入端尺寸为纤芯直径300um，包层直径330um的泵浦纤，通过等比例拉锥工艺，将光纤在输出端逐渐过渡到纤芯直径100um，包层直径110um的泵浦纤。
优选的，所述放大级采用GT-WAVE结构光纤的脉冲光纤激光器光路包括正向泵浦的GT-WAVE脉冲光纤激光器和反向泵浦的GT-WAVE脉冲光纤激光器。
优选的，所述GT-WAVE结构光纤的一端依次与第二包层功率剥除器和输出头连接，另一端依次与模场适配器、隔离器、低反光栅、声光调制器、第一包层功率剥除器、掺镱光纤、合束器、高反光栅连接，且合束器上连接有第一光电二极管，GT-WAVE结构光纤上连接有第二光电二极管。
本发明提供了一种kW级的脉冲光纤激光器，放大级可以采用很细的光纤，方便激光器的集成设计；放大级产热匀化后，可将现有技术得到的200-300W的调Q脉冲光纤激光器的输出功率至少提高3-5倍，实现单纤1000W级的脉冲激光器，极大地提高了激光器的输出功率，为工业领域和军事领域的高功率脉冲激光应用提供了更多的可能性。
附图说明
图1为现有技术方案的光路图；
图2为本发明正向泵浦的GT-WAVE脉冲光纤激光器；
图3为本发明反向泵浦的GT-WAVE脉冲光纤激光器；
图4为现有的GT-WAVE结构的光纤示意图；
图5为本发明中泵浦纤变径的GT-WAVE光纤结构。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种kW级的脉冲光纤激光器，所述脉冲光纤激光器光路的放大级采用GT-WAVE结构光纤，所述GT-WAVE结构光纤由一根信号纤和一根或者多根泵浦纤构成。通过紧密接触，泵浦臂中的泵浦光会逐渐耦合到信号纤中，被信号纤中的增益离子吸收，从而实现激光泵浦。
图1-3中字母名称说明：
HR：高反光栅；combiner：合束器；LD：光电二极管；YDF：掺镱光纤；AOM：声光调制器；OC：低反光栅；ISO：隔离器；MFA：模场适配器；CPS：包层功率剥除器。
图4和图5中向上弯曲的线条为泵浦纤，直线为信号纤，且图5中左侧为泵浦纤注入端，右侧为泵浦纤输出端。
GT-WAVE结构光纤中，信号纤为尺寸均匀的掺镱光纤，泵浦纤是注入端粗输出端细的变径泵浦纤。
GT-WAVE结构光纤中，泵浦纤注入端的芯包比是泵浦纤输出端芯包比的1/3至1/5，其中芯包比是指纤芯和包层截面积之比。GT-WAVE结构光纤中，信号纤和泵浦纤都只包括纤芯和玻璃包层，信号纤和泵浦纤紧密贴合在一起，外面用一层低折射率的涂覆层包裹在一起，其中涂覆层的折射率小于1.5。
通过采用变径的泵浦光纤，可以使GT-WAVE光纤注入端的芯包比(纤芯和包层截面积之比)变为输出端的1/3-1/5，也就是说，使得光纤在注入端的泵浦光吸收效率变成输出端的1/3-1/5。因此，在本发明的GT-WAVE结构中，泵浦光逐渐被吸收，注入端的泵浦光功率高但吸收率低，而输出端泵浦光功率低但吸收率高，从而使得泵浦光的吸收速度变得更均匀。由于掺镱光纤中的产热是与泵浦光的吸收速度等比例的，因此使得放大级掺镱光纤中的产热变得更均匀。
现有技术中虽然也存在变径的光纤，但现有技术中变径光纤是一根增益光纤单纤，为了抑制模式不稳定性，采用了特殊的变径结构。而本方案中，光纤是一种GT-WAVE光纤，采用泵浦纤均匀变径，作用是为了改变GT-WAVE光纤的泵浦吸收效率。本技术中光纤变径方案的制作工艺更简单，两者的差异非常明显。
光纤的泵浦吸收效率与光纤的纤芯截面积/包层截面积成正比，在注入端泵浦纤粗，相当于注入端的包层截面积大，于是纤芯截面积/包层截面积的比值小，因此泵浦吸收效率低。因为泵浦光在包层中传输，逐渐被纤芯中的增益离子吸收，从而转化成纤芯中的信号光输出。当纤芯和包层的截面积之比大时，泵浦光在包层中传输更容易从纤芯中经过，从而更快地被纤芯中的增益离子吸收，就表现为泵浦光的吸收效率高——在单位长度的光纤里泵浦光被吸收的比例高。反之，纤芯和包层的截面积之比小，则泵浦光的吸收效率低。)
GT-WAVE结构光纤的制备过程为：信号纤采用纤芯直径100um，包层直径200um的掺镱光纤，泵浦纤注入端尺寸为纤芯直径300um，包层直径330um的泵浦纤，通过等比例拉锥工艺，将光纤在输出端逐渐过渡到纤芯直径100um，包层直径110um的泵浦纤。
放大级采用GT-WAVE结构光纤的脉冲光纤激光器光路包括正向泵浦的GT-WAVE脉冲光纤激光器和反向泵浦的GT-WAVE脉冲光纤激光器。
GT-WAVE结构光纤的一端依次与第二包层功率剥除器和输出头连接，另一端依次与模场适配器、隔离器、低反光栅、声光调制器、第一包层功率剥除器、掺镱光纤、合束器、高反光栅连接，且合束器上连接有第一光电二极管，GT-WAVE结构光纤上连接有第二光电二极管。
本发明中，在调Q激光器放大级中采用了GT-WAVE的光纤结构，使得高功率调Q脉冲光纤激光器的放大级也可以使用直径很细的光纤，方便激光器的集成；提出了GT-WAVE泵浦臂变径的结构设计，匀化了掺镱光纤的产热，可以实现更高功率的脉冲光纤激光器。
改进后的方案放大级可以采用很细的光纤，方便激光器的集成设计；放大级产热匀化后，可将现有技术得到的200-300W的调Q脉冲光纤激光器的输出功率至少提高3-5倍，实现单纤1000W级的脉冲激光器，极大地提高了激光器的输出功率，为工业领域和军事领域的高功率脉冲激光应用提供了更多的可能性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种kW级的脉冲光纤激光器，其特征在于：所述脉冲光纤激光器光路的放大级采用GT-WAVE结构光纤，所述GT-WAVE结构光纤由一根信号纤和一根或者多根泵浦纤构成。
2.根据权利要求1所述的一种kW级的脉冲光纤激光器，其特征在于：所述GT-WAVE结构光纤中，信号纤为尺寸均匀的掺镱光纤，泵浦纤是注入端粗输出端细的变径泵浦纤。
3.根据权利要求1所述的一种kW级的脉冲光纤激光器，其特征在于：所述GT-WAVE结构光纤中，泵浦纤注入端的芯包比是泵浦纤输出端芯包比的1/3至1/5，其中芯包比是指纤芯和包层截面积之比。
4.根据权利要求1所述的一种kW级的脉冲光纤激光器，其特征在于：所述GT-WAVE结构光纤中，信号纤和泵浦纤都只包括纤芯和玻璃包层，信号纤和泵浦纤紧密贴合在一起，外面用一层低折射率的涂覆层包裹在一起，其中涂覆层的折射率小于1.5。
5.根据权利要求1所述的一种kW级的脉冲光纤激光器，其特征在于：所述GT-WAVE结构光纤的制备过程为：信号纤采用纤芯直径100um，包层直径200um的掺镱光纤，泵浦纤注入端尺寸为纤芯直径300um，包层直径330um的泵浦纤，通过等比例拉锥工艺，将光纤在输出端逐渐过渡到纤芯直径100um，包层直径110um的泵浦纤。
6.根据权利要求1所述的一种kW级的脉冲光纤激光器，其特征在于：放大级采用GT-WAVE结构光纤的脉冲光纤激光器光路包括正向泵浦的GT-WAVE脉冲光纤激光器和反向泵浦的GT-WAVE脉冲光纤激光器。
7.根据权利要求1所述的一种kW级的脉冲光纤激光器，其特征在于：所述GT-WAVE结构光纤的一端依次与第二包层功率剥除器和输出头连接，另一端依次与模场适配器、隔离器、低反光栅、声光调制器、第一包层功率剥除器、掺镱光纤、合束器、高反光栅连接，且合束器上连接有第一光电二极管，GT-WAVE结构光纤上连接有第二光电二极管。
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| US20050105866A1 (en) * | 1999-04-30 | 2005-05-19 | Grudinin Anatoly B. | Multi-fibre arrangement for high power fibre lasers and amplifiers |
| WO2015172335A1 (zh) * | 2014-05-14 | 2015-11-19 | 深圳市大族激光科技股份有限公司 | 激光的均匀泵浦结构及该结构的设计方法 |
| CN111193173A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-05-22 | 成都翱翔拓创光电科技合伙企业(有限合伙) | 一种基于侧面泵浦技术的窄线宽光纤激光器 |
-
2020
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050105866A1 (en) * | 1999-04-30 | 2005-05-19 | Grudinin Anatoly B. | Multi-fibre arrangement for high power fibre lasers and amplifiers |
| WO2015172335A1 (zh) * | 2014-05-14 | 2015-11-19 | 深圳市大族激光科技股份有限公司 | 激光的均匀泵浦结构及该结构的设计方法 |
| CN111193173A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-05-22 | 成都翱翔拓创光电科技合伙企业(有限合伙) | 一种基于侧面泵浦技术的窄线宽光纤激光器 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 林傲祥 等: "2kW抽运增益一体化复合功能激光光纤", 《中国激光》 * |
| 赵治国 等: "基于ＧＴＷａｖｅ技术的脉冲光纤激光器", 《压电与声光》 * |
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