CN114498265A - 一种光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光纤激光器,该光纤激光器包括依次串联连接的第一泵浦单元、第一光纤光栅、增益光纤、第二光纤光栅和第三光纤光栅;第一光纤光栅、增益光纤和第二光纤光栅构成谐振腔,第一泵浦单元发出的泵浦光进入谐振腔内增益产生激光;第二光纤光栅为制作于光纤纤芯上的光栅,用于输出特定波长的激光;第三光纤光栅为制作于光纤包层和光纤纤芯上的光栅,用于将未被增益光纤吸收的泵浦光反射回谐振腔内。该光纤激光器具有较高的输出功率和光转换效率。
Description
技术领域
本发明属于激光器技术领域,特别涉及一种光纤激光器。
背景技术
光纤激光器因其具有优异的光束质量、非常高的功率和功率密度、易于冷却、高的稳定性和可靠性等多方面的优点,受到人们的日益关注,并在多个领域有着广泛的应用。其中,制造出具有较高光转换效率的光纤激光器成为人们追求的一个目标。
在光纤激光器的运转过程中,往往有一定的残余泵浦光未能被增益光纤吸收,特别在一些需要使用较短增益光纤的情况下,剩余的泵浦光会更多。残余泵浦光的存在意味着一部分注入能量的浪费,进而影响光纤激光器的光转换效率和激光输出功率。虽然,现有技术中通过设置泵浦反射装置将残余的泵浦光反射回增益光纤内,以提高泵浦光的转换效率,但是需要通过多个光纤熔接点来接入泵浦反射装置,因此会导致部分泵浦光损失,效果并不理想。
发明内容
针对上述问题,本发明公开了一种光纤激光器,以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
本发明提供一种光纤激光器,所述光纤激光器包括依次串联连接的第一泵浦单元、第一光纤光栅、增益光纤、第二光纤光栅和第三光纤光栅;
所述第一光纤光栅、所述增益光纤和所述第二光纤光栅构成谐振腔,所述第一泵浦单元发出的泵浦光进入所述谐振腔内增益产生激光;
所述第二光纤光栅为制作于光纤纤芯上的光栅,用于输出特定波长的激光;第三光纤光栅为制作于光纤包层和光纤纤芯上的光栅,用于将未被所述增益光纤吸收的泵浦光反射回所述谐振腔内。
进一步地,所述第二光纤光栅为周期性变化光栅,所述第二光纤光栅的长波长一侧与所述第三光纤光栅连接。
进一步地,所述第二光纤光栅的截面与其所在光纤纤芯的截面重合。
进一步地,所述第三光纤光栅的截面与其所在光纤包层和光纤纤芯共同的截面重合。
进一步地,所述第三光纤光栅为布拉格光栅,采用飞秒激光光刻法制备得到。
进一步地,所述第一光纤光栅的中心波长和所述第二光纤光栅的中心波长的差值不大于0.2nm。
进一步地,所述第一泵浦单元包括第一合束器和若干个第一泵浦源;
所述第一合束器的第一侧分别与各所述第一泵浦源连接,所述第一合束器的第二侧通过第一传能光纤与所述第一光纤光栅连接。
进一步地,所述第一合束器的第一侧还与信号光纤连接,所述信号光纤上设有用于反射泵浦光的第四光纤光栅。
进一步地,所述光纤激光器还包括第二泵浦单元,所述第二泵浦单元串联在所述第二光纤光栅和所述第三光纤光栅之间;所述第二泵浦单元包括第二合束器和若干个第二泵浦源;
所述第二合束器的第一侧通过第二传能光纤与所述第二光纤光栅连接,所述第二合束器的第二侧分别与所述第三光纤光栅和各所述第二泵浦源连接。
进一步地,所述第一光纤光栅和所述第二光纤光栅作为单独器件熔接在光路上;
或者,所述第一光纤光栅和所述第二光纤光栅与所述增益光纤一体集成;
或者,所述第一光纤光栅与所述第一合束器一体集成,所述第二光纤光栅与所述第二合束器一体集成。
本发明的优点及有益效果是:
本发明的光纤激光器中,通过在谐振腔的输出侧设置制作于光纤包层上的第三光纤光栅,可以将未被增益光纤吸收利用的泵浦光反射回谐振腔内加以重新利用,并且光纤激光中光纤熔接点少,减少了泵浦光的损耗,进而提高了光纤激光器的输出功率和光转换效率。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述,各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的,而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中,用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中:
图1为本发明实施例1中光纤激光器的结构示意图;
图2为本发明实施例2中光纤激光器的结构示意图。
图中:1、第一泵浦单元;1-1、第一泵浦源;1-2、第一合束器;1-3、信号光纤;2、第一传能光纤;3、第一光纤光栅;4、增益光纤;5、第二光纤光栅;6、第二传能光纤;7、第二泵浦单元;7-1、第二合束器;7-2、第二泵浦源;8、第三光纤光栅。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整的描述。显然,所描述的实施例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。
以下结合附图,详细说明本发明各实施例提供的技术方案。
实施例1
本实施例提供一种光纤激光器,如图1所示,该光纤激光器包括依次串联连接的第一泵浦单元1、第一光纤光栅3、增益光纤4、第二光纤光栅5和第三光纤光栅8。
其中,第一光纤光栅3和第二光纤光栅5为制作于光纤纤芯上的光栅,并与增益光纤4构成谐振腔,第一泵浦单元1发出的泵浦光进入谐振腔内增益产生激光,产生的激光通过第三光纤光栅8后输出。
第二光纤光栅为制作于光纤纤芯上的光栅,用于输出特定波长的激光;第三光纤光栅为制作于光纤包层和光纤纤芯上的光栅,用于将未被增益光纤吸收的泵浦光反射回谐振腔内,使其转换成激光,即当光纤为单包层光纤时,第三光纤光栅制作于光纤的包层和光纤纤芯上,当光纤为双包层光纤时,第三光纤光栅制作于光纤的内包层和光纤纤芯上。这样,第二光纤光栅和第三光纤光栅可制作于同一条双包层光纤上,可以减少光纤激光器的光路中光纤的熔接点数量,降低熔接点所产生的能量损耗,进而增加泵浦光与激光之间的转换效率。
综上,本实施例的光纤激光器中,通过在谐振腔的输出侧设置制作于光纤包层上的第三光纤光栅,可以将未被增益光纤吸收利用的泵浦光反射回谐振腔内加以重新利用,并且光纤熔接点少,减少了泵浦光的损耗,进而提高了光纤激光器的输出功率和光转换效率。
在本实施例中,第二光纤光栅采用周期变化的光栅,并且将第二光纤光栅的长波长方向沿着激光输出的方向设置,使激光通过第二光纤光栅后能够以特定波长的激光进行输出,从而通过第二光纤光栅进行激光的波长选择和输出。与此同时,第二光纤光栅的长波长一侧与所述第三光纤光栅连接,从而由第三光纤光栅形成对光纤包层中的泵浦光以及光纤纤芯中的泵浦光进行反射,使反射的泵浦光重新进入回谐振腔中继续振荡而再次形成可以通过第二光纤光栅输出的激光。
进一步地,第二光纤光栅中,组成第二光纤光栅的透镜间隙采用等差数列排列方式进行逐渐增大设置,使第二光纤光栅为周期性变化光栅,并且使第二光纤光栅沿着泵浦激光器输出激光的方向周期逐渐增加,从而保证通过第二光纤光栅输出所需波长的激光。其中,第二光纤光栅周期逐渐增加的方向即为第二光纤光栅的长波长方向。
此外,在其他实施例中,根据光栅的使用场景不同,例如在制作掺饵光纤放大器时,也可以将第二光纤光栅设计为均匀周期的光栅。
在本实施例中,将第二光纤光栅的截面与其所在光纤纤芯的截面进行重合设置,从而使所有的激光都能够通过第二光纤光栅进行波长的筛选。同时,将第三光纤光栅的截面与其所在光纤包层和光纤纤芯共同的截面进行重合设置,从而能够将位于光纤包层中的泵浦光和位于光纤纤芯中穿过第二光纤光栅的泵浦光通过第三光纤光栅反射至谐振腔中继续振荡。
本实施例中,第三光纤光栅为布拉格光栅,并且第三光纤光栅的反射率不低于99%,优选地,第三光纤光栅的反射率为99%。通过上述结构的第三光纤光栅可有效将未被增益光纤吸收利用的泵浦光反射回谐振腔内,使其增益转换成激光。其中,第三光纤光栅采用飞秒激光光刻法制备得到。
另外,第一光纤光栅和第二光纤光栅也为布拉格光栅,第一光纤光栅的反射率不低于99%,第二光纤光栅的反射率为4%~30%。优选地,第一光纤光栅的反射率为99.5%,第二光纤光栅的反射率为10%。其中,第一光纤光栅和第二光纤光栅采用飞秒激光光刻法、紫外激光光刻法、电弧放电法、离子束刻蚀法或机械微弯法制备得到。
本实施例中的第一光纤光栅、第二光纤光栅和第三光纤光栅可以是宽带宽光纤光栅,也可以是窄带宽光纤光栅,本实施例中对此不作具体限定。其中,第二光纤光栅与第三光纤光栅可以一体集成,进而可以有效减少光纤激光器内熔接点的数量。
进一步地,第一光纤光栅的中心波长和第二光纤光栅的中心波长的差值不大于0.2nm,可以有效提高谐振腔内的光转换效率。
在本实施例中,增益光纤为掺镱光纤,掺镱光纤为纤芯中掺杂有稀土元素镱的光纤。通过选用掺镱光纤作为增益光纤可有效增加光纤激光器的输出功率。例如,当第一泵浦光和第二泵浦光的波长均为976nm,第一光纤光栅与第二光纤光栅的中心波长为1080nm时,通过增益光纤增益产生的激光波长为1080nm,此时,第三光纤光栅的中心波长为976nm。
在本实施例中,如图1所示,第一泵浦单元1包括第一合束器1-2和若干个第一泵浦源1-1,第一泵浦源1-1用于产生泵浦光。其中,第一泵浦源1-1的数量可以根据光纤激光器的输出功率需求进行设置,当光纤激光器需要输出激光的功率越高,第一泵浦源1-1的数量也就需要设置越多。
具体地,第一合束器1-2的第一侧分别与各第一泵浦源1-1连接,第一合束器1-2的第二侧通过第一传能光纤2与第一光纤光栅3连接。这样,第一泵浦单元1中的若干个第一泵浦源1-1产生的泵浦光通过第一合束器1-2耦合成一束泵浦光,即第一泵浦光。第一泵浦光经第一光纤光栅3后进入增益光纤4,第一泵浦光经增益光纤4增益后产生激光同时被放大,激光经过第三光纤光栅8后输出。
另外,第一合束器1-2的第一侧与信号光纤1-3的一端连接,信号光纤1-3的另一端与可见光红光指示激光器(图中未示出)连接,这样可以通过可见光红光指示激光器发出的红光来判断光纤激光器的光路是否发生问题。并且,信号光纤1-3上设有用于反射泵浦光的第四光纤光栅(图中未示出),通过第四光纤光栅使信号光纤1-3内的泵浦光反射回谐振腔内,进而提高光纤激光器的光转换效率。
实施例2
与实施例1不同之处在于,本实施例中,如图2所示,光纤激光器还包括第二泵浦单元7,第二泵浦单元7串联在第二光纤光栅5和第三光纤光栅8之间;其中,第二泵浦单元7包括第二合束器7-1和若干个第二泵浦源7-2。第二泵浦单元7的设置可以有效提高光纤激光器的输出功率。
具体地,第二合束器7-1的第一侧通过第二传能光纤6与第二光纤光栅5连接,第二合束器7-1的第二侧分别与第三光纤光栅8和各第二泵浦源7-2连接。这样,第二泵浦单元7中的若干个第二泵浦源7-2产生的泵浦光通过第二合束器7-1耦合成一束泵浦光,即第二泵浦光。第二泵浦光经第二光纤光栅5后进入增益光纤4,第二泵浦光使得激光在增益光纤4中被继续放大,被放大的激光经第二光纤光栅5输出,同时伴随激光输出的还有未被完全吸收利用的泵浦激光,激光与未被吸收利用的泵浦光在一同经过第二泵浦单元7和第三光纤光栅8时,未被吸收利用的泵浦光会被第三光纤光栅8反射回谐振腔内重新加以利用。
另外,本实施例中,第一光纤光栅和第二光纤光栅作为单独器件熔接在光纤激光器的光路上,进而便于在制造光纤激光器时,灵活选择不同参数的第一光纤光栅和第二光纤光栅进行熔接。
实施例3
与实施例2不同之处在于,本实施例中,第一光纤光栅和第二光纤光栅与增益光纤一体集成,进而可以减少光纤激光器内熔接点的数量,提高激光的效率。并且,第一光纤光栅和第二光纤光栅与增益光纤一体化集成可以简化加工光纤激光器的流程,提高加工效率。
实施例4
与实施例2不同之处在于,本实施例中,第一光纤光栅与第一合束器一体集成,第二光纤光栅与第二合束器一体集成,进而可以减少光纤激光器内熔接点的数量,提高激光的效率。第一光纤光栅与第一合束器一体集成,第二光纤光栅与第二合束器一体集成可以简化加工光纤激光器的流程,提高加工效率。或者,在其他实施例中,第三光纤光栅与第二合束器一体集成,再或者,第三光纤光栅与第二光纤光栅和第二合束器一体集成。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,在本发明的上述教导下,本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白,上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的,本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种光纤激光器,其特征在于,所述光纤激光器包括依次串联连接的第一泵浦单元、第一光纤光栅、增益光纤、第二光纤光栅和第三光纤光栅;
所述第一光纤光栅、所述增益光纤和所述第二光纤光栅构成谐振腔,所述第一泵浦单元发出的泵浦光进入所述谐振腔内增益产生激光;
所述第二光纤光栅为制作于光纤纤芯上的光栅,用于输出特定波长的激光;第三光纤光栅为制作于光纤包层和光纤纤芯上的光栅,用于将未被所述增益光纤吸收的泵浦光反射回所述谐振腔内。
2.根据权利要求1所述的光纤激光器,其特征在于,所述第二光纤光栅为周期性变化光栅,所述第二光纤光栅的长波长一侧与所述第三光纤光栅连接。
3.根据权利要求1所述的光纤激光器,其特征在于,所述第二光纤光栅的截面与其所在光纤纤芯的截面重合。
4.根据权利要求1所述的光纤激光器,其特征在于,所述第三光纤光栅的截面与其所在光纤包层和光纤纤芯共同的截面重合。
5.根据权利要求1所述的光纤激光器,其特征在于,所述第三光纤光栅为布拉格光栅,采用飞秒激光光刻法制备得到。
6.根据权利要求1所述的光纤激光器,其特征在于,所述第一光纤光栅的中心波长和所述第二光纤光栅的中心波长的差值不大于0.2nm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的光纤激光器,其特征在于,所述第一泵浦单元包括第一合束器和若干个第一泵浦源;
所述第一合束器的第一侧分别与各所述第一泵浦源连接,所述第一合束器的第二侧通过第一传能光纤与所述第一光纤光栅连接。
8.根据权利要求7所述的光纤激光器,其特征在于,所述第一合束器的第一侧还与信号光纤连接,所述信号光纤上设有用于反射泵浦光的第四光纤光栅。
9.根据权利要求7所述的光纤激光器,其特征在于,所述光纤激光器还包括第二泵浦单元,所述第二泵浦单元串联在所述第二光纤光栅和所述第三光纤光栅之间;所述第二泵浦单元包括第二合束器和若干个第二泵浦源;
所述第二合束器的第一侧通过第二传能光纤与所述第二光纤光栅连接,所述第二合束器的第二侧分别与所述第三光纤光栅和各所述第二泵浦源连接。
10.根据权利要求9所述的光纤激光器,其特征在于,所述第一光纤光栅和所述第二光纤光栅作为单独器件熔接在所述光纤激光器的光路上;
或者,所述第一光纤光栅和所述第二光纤光栅与所述增益光纤一体集成;
或者,所述第一光纤光栅与所述第一合束器一体集成,所述第二光纤光栅与所述第二合束器一体集成。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20220513 |