CN113948955A - 一种线偏振准连续光纤激光器 - Google Patents

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Abstract

一种线偏振准连续光纤激光器，涉及激光激光技术领域，为了解决现有技术存在的问题，该激光器包括电控驱动模块、线偏振激光模块和激光放大模块；所述电控驱动模块包括直流电源DC、电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R5、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11，MOS管MOS1、MOS管MOS2、反馈放大器U1、反馈放大器U2，线偏振激光模块包括指示光装置N个泵浦激光器第一保偏合束器保偏高反光栅、第一保偏增益光纤、偏振装置、保偏低反光栅和第一剥除器，放大模块包括M个泵浦激光器、第二保偏合束器、第二保偏增益光纤和第二剥除器。

Description

一种线偏振准连续光纤激光器
技术领域
本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种线偏振准连续光纤激光器。
背景技术
光纤激光器具有光束质量好、电光转换效率高、体积小、免维护、寿命长等优点，近年来，基于光纤激光器技术的加工设备，例如激光打标机、雕刻机、切割机、焊接机等已经被广泛应用于各个行业。近几年来准连续光纤激光器的应用需求逐年增加，其脉冲宽度长、脉冲占空比一般在10％左右，峰值功率是连续功率的十倍以上，脉冲能量高，对于打孔等应用来说非常有利。目前也广泛应用于精密钣金切割，氧化铝(多晶Al2O3)，氮化铝(AlN)等超导热材料打孔与成型加工，硅片、陶瓷、金刚石等非金属材料的切割和打孔，蓝宝石材料的切割等领域。准连续光纤激光满足这些精密应用需求，可替代这些领域目前应用较多且价格昂贵的皮秒激光加工系统。
目前，市面上的准连续光纤激光器大多应用在激光钻孔和焊接等领域，准连续光纤激光器输出的激光是随机偏振的，而偏振态是激光的重要参数之一，此类光束的特征是光矢量的振动方向不同，分为两类，非均匀偏振光也称为矢量偏振光，特征有偏振方向极度对称，空间偏振分布特殊，使得非均匀偏振光特性较前一种有很大的不同。尤其是针对角向偏振光和径向偏振光的研究越来越多。相对应的均匀偏振光应用比较多的是圆偏光。而最近的研究发现具有轴对称的偏振光在物理及材料表面加工方面有不可替代的优势，因此研究不同偏振光对孔加工特性很有必要。
市面上准连续激光器通过调节，频率和占空比可以做到几个微秒到几十微秒数量级的脉宽，市面上准连续激光器通过调节泵浦的频率和占空比可以做到几个微秒到几十微秒数量级的脉宽，其中普遍的结构为控制电路系统分别与泵浦源、驱动系统和反馈系统相连，可以实现高峰值功率ms脉冲激光输出，可以替代市面上的灯泵浦YAG激光器，但这种长脉宽的准连续激光器的缺点也很明显，它的偏振态时随机的并且脉冲宽度到微秒量级时脉冲的峰值脉宽是不可调的，这些缺点使得市面上的准连续光纤激光器不能满足一些高反材料的精密加工需求。
发明内容
本发明为解决现有技术存在的问题，提供一种线偏振准连续光纤激光器，其脉冲峰值宽度可调，具有偏振消光比高、偏振态稳定、光束质量好的。
本发明解决技术问题的技术方案是：
一种线偏振准连续光纤激光器，其特征是，其包括电控驱动模块、线偏振激光模块和激光放大模块；
所述电控驱动模块包括直流电源DC、电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R5、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11，MOS管MOS1、MOS管MOS2、反馈放大器U1、反馈放大器U2，电容C5的一端分别与电阻R2的负极相连，另一端与MOS1栅极相连，反馈放大器U1的正极分别与电阻R1、电容C3、电容C4相连，负极分别与电阻R2、电容C1、电容C2、电容C5相连，电容C10一端与MOS2漏极相连，另一端电阻R5以及反馈放大器U2相连，反馈放大器U2负极与电阻R5、电容C6、电容C7、电容C10相连，正极与电阻R4、电容C8、电容C9相连，MOS1和MOS2的栅极与线偏振激光模块和激光放大模块中的泵浦激光器相连，泵浦激光器与电容C11和直流电源DC相连；
线偏振激光模块包括指示光装置N个泵浦激光器第一保偏合束器保偏高反光栅、第一保偏增益光纤、偏振装置、保偏低反光栅和第一剥除器，所述指示光装置的输出端和第一保偏合束器信号输入端熔接；所述第一保偏合束器具有N+1根输入光纤，所述N个泵浦激光器与第一保偏合束器N根输入光纤熔接；所述第一保偏合束器的输出光纤与保偏高反光栅输入端熔接，所述保偏高反光栅输出端与第一保偏增益光纤一端熔接，所述第一保偏增益光纤另一端和偏振装置的输入端熔接，所述偏振装置输出端和保偏低反光栅的输入端熔接，所述保偏低反光栅的输出端和第一剥除器的输入端熔接，所述第一剥除器输出光纤作为信号光纤；
放大模块包括M个泵浦激光器、第二保偏合束器、第二保偏增益光纤和第二剥除器；所述第二保偏合束器具有M+1根输入光纤，所述M个泵浦激光器与第二保偏合束器的M根输入光纤熔接，所述线偏振激光模块的输出光纤与第二保偏合束器信号输入端熔接，所述第二保偏合束器输出端和第二保偏增益光纤一端熔接，所述第二保偏增益光纤的另一端和和第二剥除器熔接。
所述偏振装置包括保偏输入光纤、第一微准直透镜、偏振片、二微准直透镜、保偏输出光纤、导热胶和水冷吸光体；保偏输入光纤的右侧对接第一微准直透镜的左侧，第一微准直透镜的右侧以空间的形式对接偏振片的一侧，偏振片的另一侧以空间的形式对接第二微准直透镜的左侧，第二微准直透镜的右侧对接保偏输出光纤的左侧；导热胶分布在保偏输入光纤、第一微准直透镜、偏振片、第二微准直透镜和保偏输出光纤周围，用来固定这些元器件。
所述剥除装置包括双包层光纤、水冷壳体、吸光体、第一剥除胶和第二剥除胶和腐蚀区，腐蚀区和双包层光纤的剥除口相邻，第一剥除胶和腐蚀区左侧相邻，第二剥除胶和第一剥除胶相邻；吸光体空间包围第一剥除胶和第二剥除胶和腐蚀区这三个区域，水冷壳体空间包围吸光体。
本发明的有益效果：高功率线偏振的光纤激光器都是用全保偏光纤结构做的，并且输出的保偏光栅刻写在慢轴上，但是这种结构的高功率光纤激光器输出的线偏振态不稳，偏振消光比也不稳定，因此腔内集成一个偏振起偏装置能够很好的保证腔内激光谐振的偏振态，提高输出激光的偏振效果比。
偏振装置内部是空间结构的，且内部的准直透镜不能承受太高的功率，所以我们将线偏振准连续光纤激光器做成线偏振准连续激光模块+放大模块的方式可以有效的提高线激光的输出功率。
本发明通过特殊的反馈电调制方式，对脉冲的峰值宽度进行调节，通过换取不同的电容，峰值脉冲宽度可在百ns的范围内调节。不同的峰值脉冲的宽度可以实现高反半导体或金属材料的不同划线效果。
偏振装置均使用了优化厚的结构，提升了输出激光的偏振消光比。
模块之间的剥除装置和输出的剥除装置创新了内部结构，有效的剥除了光学腔中的泵浦光和加工时产生的回光，使得出射激光的性能更加。
相较于其他厂家的光纤激光器，本发明的线偏振准连续光纤激光器属于小众激光器，发展前景广阔。
附图说明
图1为本发明一种线偏振准连续光纤激光装置示意图；
图2为本发明所述的驱动电路的原理图；
图3为换不同电容时脉冲峰值宽度可调的测试图；
图4为本发明所述线偏振准连续光纤激光器偏振装置示意图；
图5为本发明所述线偏振准连续光纤激光器剥除装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
一种线偏振准连续光纤激光器，构成依次包括电控驱动模块1、线偏振激光模块2和激光放大模块3。
线偏振激光模块2包括指示光装置2-1、N个泵浦激光器2-2、第一保偏合束器2-3、偏振装置2-6、保偏高反光栅2-4、保偏低反光栅2-7、第一保偏增益光纤2-5、第一剥除器2-8。所述指示光装置2-1的输出端和第一保偏合束器2-3的信号输入端熔接；所述第一保偏合束器2-3具有N+1根输入光纤，所述N个泵浦激光器2-2与第一保偏合束器2-3的N根输入光纤熔接；所述第一保偏合束器2-3的输出光纤与保偏高反光栅2-4的输入端熔接，所述保偏高反光栅2-4的输出端与第一保偏增益光纤2-5的一端熔接，所述第一保偏增益光纤2-5的另一端和偏振装置2-6的输入端熔接，所述偏振装置2-6的输出端和保偏低反光栅2-7的输入端熔接，所述保偏低反光栅2-7的输出端和第一剥除器2-8的输入端熔接，所述第一剥除器2-8的输出光纤作为信号光纤。
放大模块3包括M个泵浦激光器3-1、第二保偏合束器3-2、第二保偏增益光纤3-3和第二剥除器3-4。所述第二保偏合束器3-2具有M+1根输入光纤，所述M个泵浦激光器3-1与第二保偏合束器3-2的M根输入光纤熔接，所述线偏振激光模块2的输出光纤与第二保偏合束器3-2信号输入端熔接，所述第二保偏合束器3-2输出端和第二保偏增益光纤3-3一端熔接，所述第二保偏增益光纤3-3的另一端和和第二剥除器熔接3-4。
基于图1所示的技术方案，下面具体阐述电控驱动模块的部分。
如图2所示，电控驱动模块1包括直流电源DC、电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R5、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11，MOS管MOS1、MOS管MOS2、泵浦激光器、反馈放大器U1、反馈放大器U2，电容C5的一端分别与电阻R2的负极相连，另一端与MOS1栅极相连，反馈放大器U1的正极分别与电阻R1、电容C3、电容C4相连，负极分别与电阻R2、电容C1、电容C2、电容C5相连，电容C10一端与MOS2漏极相连，另一端电阻R5以及反馈放大器U2相连，反馈放大器U2负极与电阻R5、电容C6、电容C7、电容C10相连，正极与电阻R4、电容C8、电容C9相连，MOS1和MOS2的栅极与线偏振激光模块2和激光放大模块3中的泵浦激光器相连，泵浦激光器与电容C11和直流电源DC相连。
上述MOS的漏极和原极分别连接LD电源和电容，形成放电回路，采用开关电流源的方式对激光器进行恒流驱动。
上述中改变C5和C10可以调节电路的RC常数，进而调节脉冲的峰值脉宽如图3所示，不同的峰值脉宽会影响加工的效果。
如图4所示，偏振装置2-6包括保偏输入光纤2-6-1、第一微准直透镜2-6-2、偏振片2-6-3、第二微准直透镜2-6-4、保偏输出光纤2-6-5、导热胶2-6-6和水冷吸光体2-6-7。保偏输入光纤2-6-1的右侧对接第一微准直透镜2-6-2的左侧，第一微准直透镜2-6-2的右侧以空间的形式对接偏振片2-6-3的一侧，偏振片2-6-3的另一侧以空间的形式对接第二微准直透镜2-6-4的左侧，第二微准直透镜2-6-4的右侧对接保偏输出光纤2-6-5的左侧。导热胶2-6-6分布在保偏输入光纤2-6-1、第一微准直透镜2-6-2、偏振片2-6-3、第二微准直透镜2-6-4、保偏输出光纤2-6-5周围，用来固定这些元器件。其中水冷吸光体可以吸收第一保偏增益光纤2-5中未转化的泵浦光和少量漏出的信号光。本发明的偏振装置2-6并不限于这种结构，偏振装置2-6主要起到保证出射激光的偏振消光比。
上述线偏振准连续激光模块中的偏振装置由于有较好的散热和吸光功能，适用于高功率光纤激光器。
如图5所示，剥除装置2-8包括双包层光纤2-8-1、水冷壳体2-8-2、吸光体2-8-3、第一剥除胶2-8-5和第二剥除胶2-8-6和腐蚀区2-8-4，腐蚀区2-8-4是把剥除涂覆层的双包层光纤浸泡在自制的腐蚀液中形成的毛细玻璃化结构。腐蚀区2-8-4和双包层光纤2-8-1的剥除口相邻，第一剥除胶2-8-5和腐蚀区2-8-4左侧相邻，第二剥除胶2-8-6和第一剥除胶2-8-5相邻。吸光体2-8-3空间包围第一剥除胶2-8-5和第二剥除胶2-8-6和腐蚀区2-8-4这3个区域，水冷壳体2-8-2空间包围吸光体2-8-3。本发明的剥除装置2-8并不限于这种结构，剥除装置2-8主要起到保证出射激光的出射的光束质量和剥除部分加工时的回光。
上述的剥除装置不限于用在本发明，也适用与非偏振的高功率光纤激光器。
上述方案的原理是：先利用线偏振激光模块中的光学谐振腔装置产生有一定偏振消光比的激光，该激光在偏振装置的优化下产生偏振态良好的线偏振激光，由于该线偏振激光的功率不够，后面的放大模块主要就是对该线偏振激光进行光学放大，从而达到精密加工的要求。

Claims (3)

1.一种线偏振准连续光纤激光器，其特征是，其包括电控驱动模块(1)、线偏振激光模块(2)和激光放大模块(3)；
所述电控驱动模块(1)包括直流电源DC、电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R5、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11，MOS管MOS1、MOS管MOS2、反馈放大器U1、反馈放大器U2，电容C5的一端分别与电阻R2的负极相连，另一端与MOS1栅极相连，反馈放大器U1的正极分别与电阻R1、电容C3、电容C4相连，负极分别与电阻R2、电容C1、电容C2、电容C5相连，电容C10一端与MOS2漏极相连，另一端电阻R5以及反馈放大器U2相连，反馈放大器U2负极与电阻R5、电容C6、电容C7、电容C10相连，正极与电阻R4、电容C8、电容C9相连，MOS1和MOS2的栅极与线偏振激光模块(2)和激光放大模块(3)中的泵浦激光器相连，泵浦激光器与电容C11和直流电源DC相连；
线偏振激光模块(2)包括指示光装置(2-1)、N个泵浦激光器(2-2)、第一保偏合束器(2-3)、保偏高反光栅(2-4)、第一保偏增益光纤(2-5)、偏振装置(2-6)、保偏低反光栅(2-7)和第一剥除器(2-8)；所述指示光装置(2-1)的输出端和第一保偏合束器(2-3)的信号输入端熔接；所述第一保偏合束器(2-3)具有N+1根输入光纤，所述N个泵浦激光器(2-2)与第一保偏合束器(2-3)的N根输入光纤熔接；所述第一保偏合束器(2-3)的输出光纤与保偏高反光栅(2-4)的输入端熔接，所述保偏高反光栅(2-4)的输出端与第一保偏增益光纤(2-5)的一端熔接，所述第一保偏增益光纤(2-5)的另一端和偏振装置(2-6)的输入端熔接，所述偏振装置(2-6)的输出端和保偏低反光栅(2-7)的输入端熔接，所述保偏低反光栅(2-7)的输出端和第一剥除器(2-8)的输入端熔接，所述第一剥除器(2-8)的输出光纤作为信号光纤；
放大模块(3)包括M个泵浦激光器(3-1)、第二保偏合束器(3-2)、第二保偏增益光纤(3-3)和第二剥除器(3-4)；所述第二保偏合束器(3-2)具有M+1根输入光纤，所述M个泵浦激光器(3-1)与第二保偏合束器(3-2)的M根输入光纤熔接，所述线偏振激光模块(2)的输出光纤与第二保偏合束器(3-2)信号输入端熔接，所述第二保偏合束器(3-2)输出端和第二保偏增益光纤(3-3)一端熔接，所述第二保偏增益光纤(3-3)的另一端和和第二剥除器熔接(3-4)。
2.根据权利要求1所述的一种线偏振准连续光纤激光器，其特征在于：所述偏振装置(2-6)包括保偏输入光纤(2-6-1)、第一微准直透镜(2-6-2)、偏振片(2-6-3)、第二微准直透镜(2-6-4)、保偏输出光纤(2-6-5)、导热胶(2-6-6)和水冷吸光体(2-6-7)；保偏输入光纤(2-6-1)的右侧对接第一微准直透镜(2-6-2)的左侧，第一微准直透镜(2-6-2)的右侧以空间的形式对接偏振片(2-6-3)的一侧，偏振片(2-6-3)的另一侧以空间的形式对接第二微准直透镜(2-6-4)的左侧，第二微准直透镜(2-6-4)的右侧对接保偏输出光纤(2-6-5)的左侧；导热胶(2-6-6)分布在保偏输入光纤(2-6-1)、第一微准直透镜(2-6-2)、偏振片(2-6-3)、第二微准直透镜(2-6-4)和保偏输出光纤(2-6-5)周围，用来固定这些元器件。
3.根据权利要求1所述的一种线偏振准连续光纤激光器，其特征在于：所述剥除装置(2-8)包括双包层光纤(2-8-1)、水冷壳体(2-8-2)、吸光体(2-8-3)、第一剥除胶(2-8-5)和第二剥除胶(2-8-6)和腐蚀区(2-8-4)，腐蚀区(2-8-4)和双包层光纤(2-8-1)的剥除口相邻，第一剥除胶(2-8-5)和腐蚀区(2-8-4)左侧相邻，第二剥除胶(2-8-6)和第一剥除胶(2-8-5)相邻；吸光体(2-8-3)空间包围第一剥除胶(2-8-5)和第二剥除胶(2-8-6)和腐蚀区(2-8-4)这三个区域，水冷壳体(2-8-2)空间包围吸光体(2-8-3)。
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Address before: 130000 plant 1, No. 1588 Ya'an Road, Beihu science and Technology Development Zone, Changchun City, Jilin Province

Applicant before: Jilin jielaite Laser Technology Co.,Ltd.

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