CN116250155A - 光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
实现一种光纤激光器，其降低了发生由TMI引起的光束输出降低的可能性，并且降低了发生受激拉曼散射的可能性。光纤激光器(1)具备：在纤芯中添加有Yb的增益光纤(11)、以及前方激励光源组(15a)，该前方激励光源组(15a)能够生成前方激励光，该前方激励光能够向增益光纤(11)输入并属于976nm频带。增益光纤(11)的将前方激励光入射的端面包含在内的长度为1m的区间(I1)中的前方激励光的吸收量为253W以上且1100W以下。
Description
技术领域
本发明涉及一种光纤激光器，其具有在纤芯中添加有Yb的增益光纤。
背景技术
广泛使用的一种光纤激光器采用在纤芯中添加有Yb(镱)的双包层光纤作为增益光纤。玻璃中的Yb将915nm频带及976nm频带作为主要的吸收频带。因此，在上述这种光纤激光器中，采用了如下结构：通过将属于915nm频带或者976nm频带的激励光向增益光纤的包层供给，从而对纤芯中添加的Yb进行激励(向翻转分布状态转变)。为了促进上述这种光纤激光器的高输出化，可以通过提高激励光的功率或者提高Yb的浓度而在增益光纤中进行充分的放大。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1:C.Jauregui et al.,"Physical origin of mode instabilitiesin high-power fiber laser systems",Opt.Express 20(12)12912-12925(2012)
发明内容
(一)要解决的技术问题
对于上述这种光纤激光器而言，若提高激励光的功率或者提高Yb的浓度，则会由于发生TMI(Transverse Mode Instability：横模不稳定性)而可能产生如下问题：从光纤激光器输出的激光中包含的高次模光的比例增加，即，从光纤激光器输出的激光的光束输出降低(参照非专利文献1)。另外，如果为了避免光束输出降低而使用将高次模光除去的模式滤波器，则有可能产生从光纤激光器输出的激光的功率降低的问题。
在此，对于因发生TMI而引起光束输出降低的机制，例如可以进行以下说明。即，在沿纤芯传导的基模与高次模之间发生模间干涉，其结果为，信号光量沿着增益光纤的长度方向在空间上变动。由此，受激发射量沿着增益光纤的长度方向在空间上变动，其结果为，量子缺损引起的发热量沿着增益光纤的长度方向在空间上变动。于是，温度沿着增益光纤的长度方向在空间上变动，其结果为，折射率沿着增益光纤的长度方向在空间上变动。该折射率的变动会促进从基模向高次模的转变，其结果为，导致上述的光束输出降低。
为了在维持Yb的总量的同时避免TMI引起的光束输出降低，例如可以考虑增长增益光纤的全长。但是若增加增益光纤的全长，则有可能产生如下其他问题：容易发生会导致激励光源故障的受激拉曼散射。
本发明一方式针对上述问题做出，其目的在于，实现一种光纤激光器，降低了发生由TMI引起的光束输出降低的可能性，并且降低了发生受激拉曼散射的可能性。
(二)技术方案
在本发明一方式的光纤激光器中，采用如下结构：具备：在纤芯中添加有Yb的增益光纤、以及前方激励光源组，该前方激励光源组能够生成前方激励光，该前方激励光能够向所述增益光纤输入并属于976nm频带，关于所述增益光纤的将所述前方激励光入射的端面包含在内的长度为1m的区间中的所述前方激励光的吸收量，该区间中的按照∫P(λ)A(λ)dλ计算的所述前方激励光的吸收量为253W以上且1100W以下。
在此，P(λ)[W]是所述前方激励光的功率谱，A(λ)[％/m]是所述增益光纤的纤芯中添加的Yb的吸收率谱。
在本发明另一方式的光纤激光器中，采用如下结构：具备：在纤芯中添加有Yb的增益光纤、以及前方激励光源组，该前方激励光源组能够生成前方激励光，该前方激励光能够向所述增益光纤输入并属于976nm频带，关于所述增益光纤的将所述前方激励光入射的端面包含在内的长度为1m的区间中的所述前方激励光的吸收量，该区间中的所述前方激励光的吸收量的实测值为253W以上且1100W以下。
(三)有益效果
根据本发明一方式，能够实现一种光纤激光器，降低了发生由TMI引起的光束输出降低的可能性，并且降低了发生受激拉曼散射的可能性。
附图说明
图1是表示本发明一实施方式的光纤激光器的结构的框图。
图2是针对作为样本准备的多个光纤激光器，表示区间I1中的激励光吸收量与不合格比例的关系的图表。
图3是表示Yb的标准吸收量谱[dB/m]的图表。
图4是针对作为样本准备的多个光纤激光器，将波长978nm下的增益光纤的每单位长度的激励光吸收量[dB/m]作为横轴、并将来自前方激励光源的前方激励光的吸收量(LDM前方激励光吸收量)作为纵轴，表示合格品与不合格品的分布的图表。
图5是对于表8所示的实施例，表示增益光纤的元素浓度分布的图表。
图6是对于表8所示的实施例，表示增益光纤的相对折射率分布的图表。
图7是对于表8所示的实施例，表示包层吸收量谱的图表。
具体实施方式
(光纤激光器的结构)
参照图1对本发明一实施方式的光纤激光器1的结构进行说明。图1是表示光纤激光器1的结构的框图。
如图1所示，光纤激光器1具备：增益光纤11、高反射镜12、低反射镜13、前方激励合并器14a、后方激励合并器14b、前方激励光源组15a、后方激励光源组15b、输入光纤16a、输出光纤16b。
增益光纤11是具有利用激励光的能量来放大激光的功能的光纤。在本实施方式中，使用Yb添加双包层光纤作为增益光纤11，该Yb添加双包层光纤具有：添加有Yb(镱)的圆柱状的纤芯、包围纤芯且呈圆筒状的内侧包层、以及包围内侧包层且呈圆筒状的外侧包层。此外，内侧包层的剖面形状可以是多边形的形状，也可以是D型的形状。由此，即使在增益光纤11的长度较长的情况下，也不会降低激励光的吸收率而能够高效地吸收激励光。此外，将增益光纤11的折射率分布确定为能够传播一个基模和至少一个高次模。另外，增益光纤11不含熔接点，且折射率分布及Yb浓度在全长范围相同。由此不会产生连接损失，因此能够在增益光纤11中将总损失抑制为较小。
在增益光纤11的一个端部连接(在本实施方式中为熔接连接)有高反射镜12。另外，在增益光纤11的另一个端部连接(在本实施方式中为熔接连接)有低反射镜13。在本实施方式中，作为高反射镜12和低反射镜13，使用了FBG(Fiber Bragg Grating：光纤布拉格光栅)。
在光纤激光器1中，高反射镜12的反射波长频带的至少一部分与低反射镜13的反射波长频带的至少一部分相互重叠。由此，增益光纤11、高反射镜12、以及低反射镜13构成了：使属于这两个反射波长频带重叠部分的波长λ的激光递归地放大的谐振器O。在波长λ下，低反射镜13的反射率(例如为15％以下)比高反射镜12的反射率(例如为95％以上)低。因此，在谐振器O中递归地放大的波长λ的激光主要经由低反射镜13向谐振器O的外部输出。
前方激励光源组15a包含ma个(ma是任意的自然数)的激励光源。前方激励光源组15a中包含的各激励光源是用于生成属于976nm频带的激励光的结构。在此，976nm频带是指：包含Yb的吸收频带的、967.9nm以上且983.0nm以下的波长频带。前方激励合并器14a是用于将在前方激励光源组15a所含各激励光源中生成的激励光向增益光纤11输入的结构。前方激励合并器14a具备：至少ma个激励光输入端口14a1、至少1个可见光输入端口14a2、至少1个谐振器侧端口14a3。各激励光输入端口14a1连接于构成前方激励光源组15a的激励光源。可见光输入端口14a2连接(在本实施方式中是熔接连接)于输入光纤16a，用于目视确认激光的照射位置。此外，向可见光输入端口14a2输入可见光并非必须，且能够作为用于输入激励光的端口使用，也能够用为对来自加工对象物的反射光量进行监视的端口。谐振器侧端口14a3连接(在本实施方式中为熔接连接)于高反射镜12的增益光纤11侧的相反侧的端部。
对于在前方激励光源组15a的各激励光源中生成的前方激励光而言，其经由前方激励合并器14a及高反射镜12导向增益光纤11的包层，用于使增益光纤11的纤芯中添加的Yb转变为翻转分布状态。对于在增益光纤11中产生的自然发射光中的、与高反射镜12和低反射镜13的反射波长一致的波长λ的光而言，其通过谐振器O在增益光纤11的纤芯中放大。在本实施方式中，作为前方激励光源组15a而采用如下的激励光源组，即：通过将6个各自包含13个LD(激光二极管)芯片的LD模块连接而得到的激励光源组(ma＝78)。各LD芯片设计为：振荡波长频带的中心波长为约975nm(Yb的吸收波长)，振荡波长频带的波长宽度为7nm以上且12nm以下。此外，在图1中，示出了构成前方激励光源组15a的6个LD模块，对于1个LD模块而言，未图示的13个LD芯片的激励光与一根光纤耦合。也就是说，合计78个LD芯片的激励光在前方激励合并器14a耦合，并与谐振器侧端口14a3的一根光纤耦合。
后方激励光源组15b包含mb个(mb是任意的自然数)激励光源。后方激励光源组15b中包含的各激励光源是用于生成属于976nm频带的激励光的结构。后方激励合并器14b是用于在后方激励光源组15b所含各激励光源中生成的激励光向增益光纤11输入的结构。后方激励合并器14b具备：至少mb个激励光输入端口14b1、至少1个信号光输出端口14b2、至少1个谐振器侧端口14b3。各激励光输入端口14b1连接于构成后方激励光源组15b的激励光源。信号光输出端口14b2连接(在本实施方式中为熔接连接)于输出光纤16b。谐振器侧端口14b3连接(在本实施方式中为熔接连接)于低反射镜13的增益光纤11侧的相反侧的端部。
对于在后方激励光源组15b的各激励光源中生成的后方激励光而言，其经由后方激励合并器14b及低反射镜13导向增益光纤11的包层，用于使增益光纤11的纤芯中添加的Yb转变为翻转分布状态。对于在增益光纤11的纤芯中放大的信号光(激光)而言，其经由低反射镜13及后方激励合并器14b导向输出光纤16b，并经由输出光纤16b向外部输出。在本实施方式中，作为后方激励光源组15b而采用如下的激励光源组，即：通过将6个各自包含13个LD(激光二极管)芯片的LD模块连接而得到的激励光源组(mb＝78)。各LD芯片设计为：振荡波长频带的中心波长为约975nm(Yb的吸收波长)，振荡波长频带的波长宽度为7nm以上且12nm以下。此外，在图1中，示出了构成后方激励光源组15b的6个LD模块，对于1个LD模块而言，未图示的13个LD芯片的激励光与一根光纤耦合。也就是说，合计78个LD芯片的激励光在后方激励合并器14b耦合，并与谐振器侧端口14b3的一根光纤耦合。
此外，在本实施方式中，光纤激光器1是作为具备前方激励光源组15a和后方激励光源组15b的双向激励型的光纤激光器来实现的，但是本发明不限于此。即，光纤激光器1也能够作为仅具备前方激励光源组15a的单向激励型的光纤激光器而实现。
(光纤激光器的特征)
TMI(Transverse Mode Instability：横模不稳定性)主要在增益光纤11中的、将前方激励光入射的端面包含在内的长度为1m的区间I1中发生。原因在于，该区间I1中的前方激励光的吸收量比该区间I1以外的前方激励光的吸收量多，其结果为，该区间I1中的发热量比该区间I1以外的发热量多。因此，为了抑制TMI引起的光束输出降低，需要减少该区间I1中的前方激励光的吸收量。
因此，本案发明人针对作为样本准备的436个光纤激光器1，进行了采用如下合格基准的检查，所述合格基准为：可获得基于前方激励光源组15a和后方激励光源组15b的总输出而得到的激光输出的最大输出为2070W以上的值。图2是表示区间I1中的激励光吸收量与不合格比例的关系的图表。根据图2所示的图表可知：通过使区间I1中的前方激励光的吸收量为1100W以下，从而能够将不合格率抑制为1/2程度以下。另外，根据图2所示的图表可知：通过使区间I1中的前方激励光的吸收量为1050W以下，从而能够将不合格率抑制为4/10程度以下。另外，根据图2所示的图表可知：通过使区间I1中的前方激励光的吸收量为1000W以下，从而能够将不合格率抑制为3/10程度以下。
另外，为了抑制受激拉曼散射，优选缩短增益光纤11的全长。例如，当增益光纤11的有效截面积为400μm2时，优选使增益光纤11的全长为27m以下。在此，当有效截面积为400μm2时，具有能够适当地兼顾以下(1)～(3)的倾向。
(1)能够使光的波导模式数量为2个，即LP01模式的光和LP11模式的光，能够将由光的波导模式数量引起的光束品质降低抑制为最小限度；
(2)能够减小LP01模式和LP11模式的弯曲损失；
(3)有效截面积比较大，能够有效抑制非线性光学效应。
在此，如果使增益光纤11的纤芯直径增大，则能够使增益光纤11的有效截面积增大，但是，如果增大纤芯直径则V值会变大，即使对增益光纤11施加弯曲，也会传导LP02模式的光。如果这样向增益光纤11传导LP02模式的光，则有可能导致发生TMI。另外，减小增益光纤11的纤芯的相对折射率差，也能够使有效截面积增大，但是，如果减小纤芯的相对折射率差，则增益光纤11的弯曲损失会变大，能够作为激光输出光而射出的LP01模式的光和LP11模式的光容易承受该弯曲损失，LP01模式的光和LP11模式的光的传播损失有可能变大。
根据以上，能够适当地兼顾上述(1)～(3)的有效截面积的值可以为400μm2。另外，在此，当设定增益光纤11的全长为L、有效截面积为Aeff时，则在增益光纤11的有效截面积为400μm2而获得2kW的光纤激光器1的激光输出的情况下，为了抑制非线性光学效应，而需要使与非线性光学效应成比例的L/Aeff为27m/400μm2以下。也就是说，从抑制非线性光学效应的观点出发，需要使增益光纤11的全长为27m以下。
另外，为了抑制各部过热，优选减少残留激励光即增大增益光纤11的激励光吸收量。例如，作为后面说明的光纤激光器1的实施例，当前方激励光源组15a的总输出为1611W为，从抑制残留激励光引起的发热而确保长期可靠性的观点出发，优选使残留激励光的功率为16W以下，也就是说：使增益光纤11的激励光吸收量为20dB以上。该值通过如下方式获取，即：利用残留激励光的输出Pout及前方激励光源组15a的总输出Pin，并由计算式10×log(Pout/Pin)算出10×log(16/1611)≒20dB。在此，为了获得上述的有效截面积为400μm2的值，而需要在全长为27m以下的增益光纤11中使激励光吸收量为20dB以上，因此，需要使激励光的每单位长度的吸收量为0.74dB/m以上，并使激励光的每单位长度的吸收率为15.68％以上。该值通过如下方式获取，即：利用激励光的每单位长度的吸收量AA(dB/m)，并由计算式(1－10^(0.74/10))×100算出(1－10^(0.74/10))×100≒15.68％。此时，上述的区间I1的前方激励光的吸收量基于上述的结果为253W以上。该值通过如下方式获取，即：利用前方激励光源组15a的总输出W及激励光的每单位长度的吸收量AB(％)，并由计算式W×AB/100算出1611×15.68/100≒253W。
根据以上情况，在本实施方式的光纤激光器1中，采用使区间I1中的前方激励光的吸收量为253W以上且1100W以下的结构。由此，根据本实施方式的光纤激光器1，实现如下效果：降低了发生由TMI引起的光束输出降低的可能性，并且防止各部过热，降低了发生受激拉曼散射的可能性。
此外，在光纤激光器1中，(1)关于区间I1中的前方激励光的吸收量，通过计算求出的吸收量可以为253W以上1100W；(2)关于区间I1中的前方激励光的吸收量，通过实测得到的吸收量的实测值可以为253W以上1100W。在各情况下都实现了上述的效果。
区间I1中的前方激励光的吸收量X[W]例如可以使用从前方激励光源组15a输出的前方激励光的功率谱P(λ)[W]、以及增益光纤11的纤芯中添加的Yb的吸收率谱A(λ)[％/m]并按照X＝∫P(λ)A(λ)dλ来计算。
在此，Yb的吸收率谱A(λ)可以通过计算求出，也可以通过实测获得。当通过计算求出时，Yb的吸收率谱A(λ)例如可利用基于波长978nm进行标准化后的Yb的标准吸收率谱A1(λ)[％/m](理论值)、以及增益光纤11的纤芯中添加的Yb在波长978nm的吸收率A2[％/m](实测值)按照A(λ)＝A1(λ)×A2来计算。在这种情况下，区间I1中的前方激励光的吸收量X[W]可按照X＝∫P(λ)A1(λ)A2dλ来计算。在图3中示出Yb的标准吸收量谱[dB/m]。将图3所示的吸收量谱[dB/m]换算成吸收率谱[％/m]，再将所获得的吸收率谱[％/m]以波长978nm下的值为100％的方式进行标准化，则获得上述的标准吸收率谱A(λ)。
此外，也可以取代使用波长978nm下的Yb的吸收率来计算Yb的吸收光谱A(λ)的结构，而采用使用其它吸收波长(966nm、915nm等)下的Yb的吸收率来计算Yb的吸收光谱A(λ)的结构。在此，由于使用了波长978nm下的Yb的吸收率的理由是与实际使用的前方激励光的波长的差较小，因此与其它的吸收波长相比能够更加准确地计算区间I1中的前方激励光的吸收量。实际上，在使用其它吸收波长下的Yb的吸收率的情况下，虽然相比于使用波长978nm下的吸收率的情况而言能够高精度地进行吸收率自身的测量，但由于与实际使用的前方激励光的波长的差较大，因此区间I1中的前方激励光的吸收量不准确。此外，能够高精度地测量其它吸收波长下的Yb的吸收率的理由在于，由于相比于波长978nm而言吸收量较少，因此能够进行使用了较长的增益光纤的测量，能够减小由于剪修测量所产生的误差的影响。
另外，前方激励光的功率谱P(λ)可以通过计算求出，也可以通过实测获得。当通过计算求出时，前方激励光的功率谱P(λ)例如可以使用前方激励光源组15a中包含的各前方激励光源的输出光谱Pi(λ)按照P(λ)＝Σi＝1,2,...,maPi(λ)来计算。作为各前方激励光源的输出光谱Pi(λ)，可以使用实测分布，也可以使用近似分布(再现实际的功率谱的中心波长和波长宽度的高斯分布)。另外，如本实施方式，在将包含多个LD芯片的LD模块作为前方激励光源使用的情况下，在将各LD芯片的中心波长的代表值(平均值、中值等)看做该LD模块的中心波长并且将各LD芯片的波长宽度的代表值看做该LD模块的波长宽度的基础上，只要将再现其中心波长和其波长宽度的高斯分布作为该LD模块的输出光谱Pi(λ)即可。
图4是针对作为样本准备的光纤激光器1，将波长978nm下的增益光纤11的每单位长度的激励光吸收量[dB/m]作为横轴(在图4中示出的“978nm的Yb吸收量”[dB/m])、并将来自前方激励光源的前方激励光的吸收量(LDM前方激励光吸收量)作为纵轴(在图4中示出的“前方吸收”[W])，表示合格品与不合格品的分布的图表。
根据图4可知：对于满足如下条件的增益光纤11而言，能够将不合格率抑制为1/2程度，所述条件是：来自前方激励光源的前方激励光的吸收量(即，图4的“前方激励光吸收量(换言之，LDM前方激励光吸收量)”为206W以上且358W以下，并且，波长978nm下的增益光纤11的每单位长度的激励光吸收量(即，图4的“激励光吸收量(换言之，978nm的Yb吸收量)”)为2.58dB/m以上且3.07dB/m。另外，在具有满足该条件的增益光纤11的情况下，取图4的各合格品的各输出值的平均，来计算基于前方激励光源组15a和后方激励光源组15b的总输出而得到的光纤激光器1的激光输出的平均输出，结果为2110W；与之相对而言，在具有不满足该条件的增益光纤11的情况下，取图4的各不合格品的各输出值的平均，来计算基于该总输出而得到的光纤激光器1的激光输出的平均输出，结果为2068W。因此，满足该条件的增益光纤11与不满足该条件的增益光纤11相比而言，在平均输出提高(当以额定输出运用时电力消耗降低)这方面有利。此外，在图4中，用实线来表示利用∫P(λ)A1(λ)A2dλ算出的前方激励光的吸收量(前方激励光吸收量)为253W的曲线(在图4中表示为激励光吸收量253W的曲线)，用虚线来表示利用∫P(λ)A1(λ)A2dλ算出的前方激励光的吸收量(前方激励光吸收量)为1100W的曲线(在图4中表示为激励光吸收量1100W的曲线)。根据图4可知：满足上述条件的区域进入这两个曲线之间。即，可知若满足上述条件则自动满足如下条件：“利用∫P(λ)A1(λ)A2dλ算出的前方激励光的吸收量为253W以上且1100W以下”。另外，关于来自上述的前方激励光源的前方激励光的吸收量(LDM前方激励光吸收量)的值，可以使用按照∫P(λ)A1(λ)dλ计算的该前方激励光的吸收量的计算值，也可以使用该前方激励光的吸收量的实测值÷A2的值。在此，A1(λ)[％/m](理论值)是基于波长978nm进行标准化后的Yb的标准吸收率谱。A2[％/m](实测值)是所述增益光纤的纤芯中添加的Yb在波长978nm的吸收率。
(光纤激光器的实施例)
关于光纤激光器1的实施例及比较例，针对从作为样本准备的436个光纤激光器1中选择的11个光纤激光器1，分别在表1～表11中示出下述的量。
(1)前方激励光源组15a的各LD模块的中心波长[nm](表1～11的“LD中心波长[nm]”)、
(2)前方激励光源组15a的各LD模块的波长宽度[nm](表1～11的“LD波长宽度[nm]”)、
(3)波长978nm下的增益光纤11的每单位长度的激励光吸收量[dB/m](表1～11的Yb“Yb978nm吸收量[dB/m]”)、
(4)从前方激励光源组15a的各LD模块输出的前方激励光的区间I1中的吸收量[W](表1～11的“前方激励×978吸收量[W]”)、
(5)从前方激励光源组15a输出的前方激励光的区间I1的吸收量[W](按照∫P(λ)A1(λ)A2dλ计算)(表1～11的“吸收量合合计[W]”)、
(6)前方激励光源组15a的输出[W](表1～11的“激励光输出[W]”)、
(7)光纤激光器1的输出[W](表1～11的“输出[W]”)、
(8)是否合格判定结果(表1～11的“是否合格”)。
此外，关于(4)、(5)，在以下的表1～11中，有如下情况：从前方激励光源组15a的各LD模块输出的前方激励光的区间I1中的各吸收量的合计值与从前方激励光源组15a输出的前方激励光的区间I1中的吸收量的值不一致。但是，这是由于受到如下影响的结果，即：对于从各LD模块输出的前方激励光的区间I1中的吸收量的值进行小数点的进位或者舍去。因此，对于本实施例及比较例，可以解释为：从前方激励光源组15a的各LD模块输出的前方激励光的区间I1中的各吸收量的合计值与从前方激励光源组15a输出的前方激励光的区间I1中的吸收量的值一致。
[表1]
表1
[表2]
表2
[表3]
表3
[表4]
表4
[表5]
麦5
[表6]
表6
[表7]
表7
[表8]
表8
[表9]
表9
[表10]
表10
[表11]
表11
表1～表9所示的光纤激光器1作为实施例，满足了区间I1中的前方激励光的吸收量为253W以上且1100W以下的条件。表10～表11所示的光纤激光器1是比较例，不满足区间I1中的前方激励光的吸收量为253W以上且1100W以下的条件。由此可见，实施例的光纤激光器1是合格品，比较例的光纤激光器1是不合格品。
另外，在合格品的光纤激光器1中，从前方激励光源组15a输出的前方激励光的区间I中的吸收量为634W/m以上。因此，根据这些实施例可知：对于降低不合格比例(减小发生由TMI引起的光束输出降低的可能性)而言，优选使区间I中的前方激励光的吸收量为634W/m以上。
另外，在合格品的光纤激光器1中，前方激励光的总功率即前方激励光源组15a的输出为1509W以上。因此，根据这些实施例可知：对于降低不合格比例(减小发生由TMI引起的光束输出降低的可能性)而言，优选使前方激励光的总功率为1509W以上。
图5是表示表8所示的实施例中的增益光纤11的元素浓度分布的图表。图6是表示表8所示的实施例中的增益光纤11的折射率分布的图表。在增益光纤11中，如图5所示，采用了如下的局部添加结构，即：在中心部有Yb、Al、P、B的添加区域，并在其外侧有Ge的添加区域。如图5所示，以使得纤芯整体为恒定的折射率的方式调整了这些元素的浓度。图7是表示表8所示的实施例中的增益光纤11的包层吸收量谱[dB/m]的图表。包层吸收量谱的形状与图3所示的Yb的标准吸收量谱[dB/m]的形状大致一致。
(总结)
在本发明的方式1的光纤激光器中，采用如下结构：具备：在纤芯中添加有Yb的增益光纤、以及前方激励光源组，该前方激励光源组能够生成前方激励光，该前方激励光能够向所述增益光纤输入并属于976nm频带，关于所述增益光纤的将所述前方激励光入射的端面包含在内的长度为1m的区间中的所述前方激励光的吸收量，该区间中的按照∫P(λ)A(λ)dλ计算的所述前方激励光的吸收量为253W以上且1100W以下。
在此，P(λ)[W]是所述前方激励光的功率谱，A(λ)[％/m]是所述增益光纤的纤芯中添加的Yb的吸收率谱。
关于本发明的方式2的光纤激光器，在方式1的结构基础上，采用如下结构：所述吸收率谱A(λ)按照A(λ)＝A1(λ)×A2进行计算。
在此，A1(λ)[％/m]是基于波长978nm进行标准化后的Yb的标准吸收率谱，A2[％/m]是所述增益光纤的纤芯中添加的Yb在波长978nm的吸收率。
关于本发明的方式3的光纤激光器，在方式1或2的结构基础上，采用如下结构：所述区间中的所述前方激励光的吸收量为634W/m以上。
关于本发明的方式4的光纤激光器，在方式1～3任一的结构基础上，采用如下结构：所述前方激励光的总功率为1509W以上。
关于本发明的方式5的光纤激光器，在方式1～4任一的结构基础上，采用如下结构：关于来自所述前方激励光源组的所述前方激励光的吸收量的值，按照∫P(λ)A1(λ)dλ计算的该前方激励光的吸收量的计算值、或者该前方激励光的吸收量的实测值÷A2的值为206W以上且358W以下，波长978nm下的所述增益光纤的每单位长度的激励光吸收量为2.58dB/m以上且3.07dB/m以下。
在此，A1(λ)[％/m]是基于波长978nm进行标准化后的Yb的标准吸收率谱，A2[％/m]是所述增益光纤的纤芯中添加的Yb在波长978nm的吸收率。
关于本发明的方式6的光纤激光器，在方式1～5任一的结构基础上，采用如下结构：所述增益光纤不含熔接点，且折射率分布及Yb浓度在全长范围相同。
在本发明的方式7的光纤激光器中，采用如下结构：具备：在纤芯中添加有Yb的增益光纤、以及前方激励光源组，该前方激励光源组能够生成前方激励光，该前方激励光能够向所述增益光纤输入并属于976nm频带，关于所述增益光纤的将所述前方激励光入射的端面包含在内的长度为1m的区间中的所述前方激励光的吸收量，该区间中的所述前方激励光的吸收量的实测值为253W以上且1100W以下。
关于本发明的方式8的光纤激光器，在方式7的结构基础上，采用如下结构：所述区间中的所述前方激励光的吸收量为634W/m以上。
关于本发明的方式9的光纤激光器，在方式7或8的结构基础上，采用如下结构：所述前方激励光的总功率为1509W以上。
关于本发明的方式10的光纤激光器，在方式7～9任一的结构基础上，采用如下结构：关于来自所述前方激励光源组的所述前方激励光的吸收量的值，按照∫P(λ)A1(λ)dλ计算的该前方激励光的吸收量的计算值、或者该前方激励光的吸收量的实测值÷A2的值为206W以上且358W以下，波长978nm下的所述增益光纤的每单位长度的激励光吸收量为2.58dB/m以上且3.07dB/m以下。
在此，A1(λ)[％/m]是基于波长978nm进行标准化后的Yb的标准吸收率谱，A2[％/m]是所述增益光纤的纤芯中添加的Yb在波长978nm的吸收率。
(附录事项)
本发明不限于上述实施方式，可以在权利要求示出的范围内进行各种变更，将上述实施方式公开的各技术方案适当组合得到的实施方式也包含于本发明技术范围。
附图标记说明
1-光纤激光器；11-增益光纤；12-高反射镜；13-低反射镜；14a-前方激励合并器；14b-后方激励合并器；15a-前方激励光源组；15b-后方激励光源组；16a-输入光纤；16b-输出光纤。
Claims (10)
1.一种光纤激光器，其特征在于，
具备：在纤芯中添加有Yb的增益光纤、以及前方激励光源组，该前方激励光源组能够生成前方激励光，该前方激励光能够向所述增益光纤输入并属于976nm频带，
关于所述增益光纤的将所述前方激励光入射的端面包含在内的长度为1m的区间中的所述前方激励光的吸收量，该区间中的按照∫P(λ)A(λ)dλ计算的所述前方激励光的吸收量为253W以上且1100W以下，
在此，P(λ)[W]是所述前方激励光的功率谱，A(λ)[％/m]是所述增益光纤的纤芯中添加的Yb的吸收率谱。
2.根据权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，
所述吸收率谱A(λ)按照A(λ)＝A1(λ)×A2进行计算，
在此，A1(λ)[％/m]是基于波长978nm进行标准化后的Yb的标准吸收率谱，A2[％/m]是所述增益光纤的纤芯中添加的Yb在波长978nm的吸收率。
3.根据权利要求1或2所述的光纤激光器，其特征在于，
所述区间中的所述前方激励光的吸收量为634W/m以上。
4.根据权利要求1～3的任一项所述的光纤激光器，其特征在于，
所述前方激励光的总功率为1509W以上。
5.根据权利要求1～4的任一项所述的光纤激光器，其特征在于，
关于来自所述前方激励光源组的所述前方激励光的吸收量的值，按照∫P(λ)A1(λ)dλ计算的该前方激励光的吸收量的计算值、或者该前方激励光的吸收量的实测值÷A2的值为206W以上且358W以下，
波长978nm下的所述增益光纤的每单位长度的激励光吸收量为2.58dB/m以上且3.07dB/m以下，
在此，A1(λ)[％/m]是基于波长978nm进行标准化后的Yb的标准吸收率谱，A2[％/m]是所述增益光纤的纤芯中添加的Yb在波长978nm的吸收率。
6.根据权利要求1～5的任一项所述的光纤激光器，其特征在于，
所述增益光纤不含熔接点，且折射率分布及Yb浓度在全长范围相同。
7.一种光纤激光器，其特征在于，
具备：在纤芯中添加有Yb的增益光纤、以及前方激励光源组，该前方激励光源组能够生成前方激励光，该前方激励光能够向所述增益光纤输入并属于976nm频带，
关于所述增益光纤的将所述前方激励光入射的端面包含在内的长度为1m的区间中的所述前方激励光的吸收量，该区间中的所述前方激励光的吸收量的实测值为253W以上且1100W以下。
8.根据权利要求7所述的光纤激光器，其特征在于，
所述区间中的所述前方激励光的吸收量为634W/m以上。
9.根据权利要求7或8所述的光纤激光器，其特征在于，
所述前方激励光的总功率为1509W以上。
10.根据权利要求7～9的任一项所述的光纤激光器，其特征在于，
关于来自所述前方激励光源组的所述前方激励光的吸收量的值，按照∫P(λ)A1(λ)dλ计算的该前方激励光的吸收量的计算值、或者该前方激励光的吸收量的实测值÷A2的值为206W以上且358W以下，
波长978nm下的所述增益光纤的每单位长度的激励光吸收量为2.58dB/m以上且3.07dB/m以下，
在此，A1(λ)[％/m]是基于波长978nm进行标准化后的Yb的标准吸收率谱，A2[％/m]是所述增益光纤的纤芯中添加的Yb在波长978nm的吸收率。
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