CN1996135A - 一种大功率双包层光纤激光器侧面泵浦方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以线阵半导体激光器作为泵浦源，适用于大功率双包层光纤放大器和激光器的侧面泵浦方法。用锥形光纤并排传输泵浦光，在与双包层光纤的耦合区域需要除去表面涂层，并与双包层光纤的内包层表面进行光学接触，然后用低折射率材料涂敷起到保护作用。本发明能够集中整个线阵半导体激光器的输出光功率于一个泵浦点，有效提高了单位光纤长度上的信号增益；能够灵活地实现分段泵浦，每个泵浦点上的泵浦功率相对独立可以分别调整，大大提高了设计的灵活性；本发明也能够做成独立的耦合器，配合不同离子掺杂浓度和长度的双包层光纤使用。本发明还具有受环境影响小、紧凑、易于实施等特点。

Description

一种大功率双包层光纤激光器侧面泵浦方法

技术领域

本发明涉及一种大功率双包层光纤激光器的高效侧面泵浦方法，有效地把大功率线阵半导体激光器输出的泵浦光，通过侧面泵浦方式耦合进双包层光纤中，用于制造千瓦级乃至更高功率的光纤激光器和放大器，属于泵浦方法技术领域。

背景技术

大功率双包层掺杂稀土离子放大器和激光器在国防军事，工业加工，精密焊接等方面的应用有着广阔的前景。由于近年来半导体工艺的改善使得线阵半导体激光器输出功率和性价比有了极大的提高，其作为光纤激光器的泵浦源有力推动了大功率光纤激光器的发展。因为大功率线阵半导体激光器的输出光束经过准直后，输出光斑呈长条形，所以不能直接用于泵浦，一般解决方法是先利用光束整形技术将长条光斑对称化，然后通过尾纤耦合输出，其缺点是加工装配精度要求高，整形耦合系统的价格非常昂贵。对于大功率光纤激光器的泵浦方式有两种：一种为光纤端面泵浦方式，其缺点是要求线阵半导体激光器必须具有复杂的光束整形耦合系统；另一种为侧面泵浦方式，即把泵浦光从双包层光纤的侧面耦合到内包层中，从而将双包层光纤的两个端面解放出来用于信号光的输入输出，并且可以通过多点泵浦方式扩展泵浦功率。针对以线阵半导体激光器为泵浦源的耦合问题，中国专利200410018753.1的申请中提出了一种把双包层光纤盘绕紧密并排，利用微棱镜或圆柱镜作耦合镜将泵浦光反射到双包层光纤内包层的技术方案。其缺点是一方面双包层光纤经过盘绕会增加信号光的弯曲损耗，更重要的是一个线阵半导体激光器的功率被分配到多个泵浦点，降低了单位光纤长度上的信号增益不利于大功率光纤激光器的设计。

发明内容

本发明的目的针对上述现有技术的不足之处，提出一种把价格相对便宜，不具有光束整形和尾纤耦合输出系统的线阵半导体激光器作为泵浦源，集泵浦光的耦合输出与侧面泵浦于一体的解决方案，并且通过多点泵浦方式有效解决泵浦功率的扩展问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种以线阵半导体激光器为泵浦源的大功率双包层光纤激光器的侧面泵浦方法，其特征在于用锥形光纤并排传输泵浦光，在与双包层光纤的耦合区域需要除去表面涂层，并与双包层光纤的内包层表面进行互相熔触或互相紧靠一起的光学接触，然后用低折射率材料涂敷起到保护作用。

所述的泵浦光由拉制的锥形光纤传输。

所述的低折射率涂敷材料为聚脂类。

所述的锥形光纤可以用石英棒拉制，其截面可以是圆形或矩形，对应矩形双包曾光纤的内包层在耦合区域应研磨出等宽的小平面以充分接触锥形光纤的侧面。

所述的泵浦光侧面耦合可以使用非掺杂的双包层光纤与锥形光纤做成独立的泵浦光耦合器，并可以灵活地调整不同掺杂浓度和长度的双包层光纤；也可以根据实际设计要求做成前向、后向、双向和多点分段侧面泵浦方案，把整个线阵半导体激光器的功率集中于一个泵浦点，提高了单位光纤长度上的信号增益。

本发明所述的方法可按以下步骤实现：

1.选择纯石英材料棒(折射率应与双包层光纤的内包层折射率相同)，直径约1.5mm，利用拉锥工艺把石英棒均匀拉细，截取两端直径分别为1.2和0.2mm，长度约为8m(此参数可根据线阵半导体激光器慢轴长度和双包层光纤内包层直径做调整)的一段光纤，用同样的方法拉制9根锥形光纤，在锥形光纤表面涂敷低折射率聚脂材料做外包层并起到保护光纤作用。

2.锥形光纤大直径和小直径端分别作为泵浦光的输入端和输出端。将输入端的外包层除去约10cm，研磨两侧为平面；把9根锥形光纤并排紧密排列，用宝石解理刀把光纤排的输入端和输出端处理整齐。

3.将锥形光纤排对准线阵半导体激光器的准直输出端面。泵浦光耦合进入锥形光纤，由于石英和低折射率涂层之间的全发射作用泵浦光向前传输至输出端。

4.除去输出端锥形光纤和双包层光纤耦合区域表面涂层约20cm作为耦合区域，并将9根锥形光纤围绕双包层光纤紧密光学接触，然后在耦合区域外用低折射率聚脂材料涂敷保护耦合区域光纤。泵浦光通过锥形光纤与双包层光纤的接触面进入双包层光纤后在内包层中向前传输。

按上述方案，所述的锥形光纤也可以用截面为正方形或矩形的石英棒拉制。在耦合区域双包层光纤的内包层要做相应的加工，即把对应接触锥形光纤侧面的部分研磨成平面。

按上述方案，若取代掺杂双包层光纤为非掺杂的光纤可以做成独立的泵浦光耦合器，可以再通过物理对准或熔接技术与掺杂光纤连接，这样可以根据不同设计要求灵活地更换不同掺杂浓度和长度的双包层光纤。

按上述方案，针对堆叠半导体激光器可以用同样的方法把泵浦光耦合至双包层光纤。

本发明的有益效果在于：提供一种把价格相对便宜，不具有光束整形和尾纤耦合输出系统的线阵半导体激光器作为泵浦源，集泵浦光的耦合输出与侧面泵浦于一体的解决方案。本发明能够集中整个线阵半导体激光器的输出光功率于一个泵浦点，有效提高了单位光纤长度上的信号增益；能够灵活地实现分段泵浦，每个泵浦点上的泵浦功率相对独立可以分别调整，大大提高了设计的灵活性；本发明也能够做成独立的耦合器，配合不同离子掺杂浓度和长度的双包层光纤使用。本发明还具有受环境影响小、紧凑、易于实施的特点。

附图说明：

图1为本发明锥形光纤排列后的截面示意图；

图2为本发明线阵半导体激光器对准锥形光纤阵列示意图；

图3为本发明锥形光纤与双包层光纤在耦合区域的截面示意图；

图4为本发明矩形光纤与双包层光纤在耦合区域的截面示意图；

图5为本发明耦合输出堆叠半导体激光器对准锥形光纤阵列示意图；

图6、图7、图8分别为本发明的前向、后向和双向泵浦方式示意图；

图9为本发明用于分段泵浦方式示意图。

附图标号：1——线阵半导体激光器，2——快轴准直柱透镜，3——锥形光纤，4——锥形光纤排列，5——双包层光纤内包层和纤芯，6——低折射率涂敷层，7——矩形光纤，8——堆叠半导体激光器，9——双包层光纤，10——耦合区域。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。

实施例1：

如图1所示，本发明的一种侧面耦合方法所对应的锥形光纤排列输入端面情况，锥形光纤相接触的部分被研磨成平面。通过调整锥形光纤阵列和线阵半导体激光器的相对位置以获得最大的输出泵浦光功率。

如图2所示，线阵半导体激光器1与快轴准直透镜2对准锥形光纤阵列4的情况。

如图3所示，锥形光纤3与双包层光纤内包层和纤芯5在耦合区域的截面情况，外涂敷低折射率涂敷层6。同样的方法可以适用于矩形截面锥形光纤，如图4所示，矩形光纤7与双包层光纤内包层和纤芯5在耦合区域的截面情况。

实施例2：

如图5所示，利用锥形光纤阵列对准堆叠半导体激光器8的耦合输出情况，因为光纤数目增多，所以在与双包层光纤耦合时要分为几个泵浦点，其数目主要决定于堆叠半导体的堆叠层数。耦合区域的结构和处理方法和上述情况相同。

实施例3：

如图6所示，本发明用于光纤激光器或放大器前向泵浦的情况，即信号光与泵浦光的传输方向相同。泵浦光由锥形光纤排传输至耦合区域，泵浦光通过锥形光纤与双包层光纤的光学接触面进入双包层光纤内包层并向前传输吸收，信号光得到放大。

实施例4：

如图7所示，本发明用于光纤激光器或放大器后向泵浦的情况，即信号光与泵浦光的传输方向相反。

实施例5：

如图8所示，本发明用于光纤激光器或放大器双向泵浦的情况，即同时进行泵浦光的前向和后向泵浦，以提高激光器双包层光纤的增益。

实施例6

如图9所示，本发明用于光纤激光器或放大器分段泵浦的情况，即将双包层光纤分段同时进行泵浦光的前向和后向泵浦，一方面大大扩展了泵浦功率，另一方面可以通过控制每个泵浦点的输入光功率和每段双包层光纤的长度，在双包层光纤轴向实现较为均匀的温度分布，有效抑制温度效应劣化光束质量，此方法用于设计制造千瓦级乃至更高功率的光纤激光器和放大器。

为了举例说明本发明的实现，描述了上述具体实施例，但本发明的其他变化和修改对本领域技术人员是显而易见的，本发明并不限于所描述的具体实施方式。因此，本发明所公开内容的真正实质和基本原则范围的任何所有修改、变化或等效变换，都属于本发明的权利要求保护范围。

Claims (8)

1.一种大功率双包层光纤激光器的侧面泵浦方法，其特征在于：用锥形光纤并排传输泵浦光，在与双包层光纤的耦合区域需要除去表面涂层，并与双包层光纤的内包层表面进行光学接触，然后用低折射率材料涂敷起到保护作用。

2.按权利要求1所述的一种大功率双包层光纤激光器侧面泵浦方法，其特征在于：所述的光学接触指的是互相熔触或互相紧靠一起。

3.按权利要求1所述的一种大功率双包层光纤激光器侧面泵浦方法，其特征在于泵浦光由拉制的锥形光纤传输，所以在与双包层光纤的耦合区域，除去涂层后直接与双包层光纤的内包层接触即可。

4.按权利要求1所述的一种大功率双包层光纤激光器侧面泵浦方法，其特征在于锥形光纤与双包层光纤内包层紧密接触后外面要用低折射率的材料如聚脂等涂敷以起到保护作用。

5.按权利要求1、3和4所述的一种大功率双包层光纤激光器侧面泵浦方法，其特征在于锥形光纤可以用折射率与双包层光纤内包层折射率相同的石英棒拉制，其截面可以是圆形或矩形，对应矩形双包层光纤的内包层在耦合区域应该研磨出等宽的小平面以充分接触锥形光纤的侧面。

6.按权利要求1所述的一种大功率双包层光纤激光器侧面泵浦方法，其特征在于：泵浦光侧面耦合方法可以使用非掺杂的双包层光纤与锥形光纤做成独立的泵浦光耦合器，并可以灵活地调整不同掺杂浓度和长度的双包层光纤。

7.按权利要求6所述的泵浦光侧面耦合方法，其特征在于：把整个线阵半导体激光器的功率集中于一个泵浦点，提高了单位光纤上的信号增益。

8.按权利要求6所述的泵浦光侧面耦合方法，其特征在于：可以根据实际设计要求做成前向、后向、双向和多点分段侧面泵浦方案，可以独立地调整每个泵浦点上的泵浦功率大小相互没有影响。

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