CN201247903Y - 有源光纤束大功率激光器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种有源光纤束大功率激光器，它包括泵浦源(2)和(21～2N)、光纤光栅(31)、(32)或者镀高反射膜(6)，有源光纤(11)～(1N)为单模有源光纤或者多模有源光纤加至少一根单模有源光纤；把全部的有源光纤组织成束加热或用光学胶封装，在任意一根单模有源光纤上写入或者是连接光纤光栅。通过内部强耦合使其他有源光纤工作在单模有源光纤与光纤光栅或/和端面镀的高反射膜构成单模激光器的波长上。实现主动锁相，从而实现单模激光超亮度组束输出。该激光器由于有源光纤束包含多根，在不耦合的地方可以分开，加大了散热面积利于散热，芯层分散散热面积大，可比单独使用单模有源光纤激光器输出高得多的光功率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种大功率光纤放大器、大功率光纤激光器、激光组束技术，特别是一种有源光纤束大功率激光器。
背景技术
光纤激光器以其卓越的性能和低廉的价格，在光纤通信、工业加工、医疗、军事等领域取得了日益广泛的应用。尽管在实验室已经实现单个光纤输出超过1kW的单模激光，而且实现这种激光需要严格的条件，难以工程应用；但是随着激光技术应用的发展，以及材料加工、空间通信、激光雷达、光电对抗、激光武器等的发展，需要高功率、高质量、高强度和超亮度的激光，要求单模输出功率达到MW甚至GW量级。仅仅采用单模掺稀土纤芯的双包层掺稀土光纤激光器，由于单模掺稀土纤芯芯径小于10μm，受到非线性、结构因素和衍射极限的限制，承受的光功率密度有限，单模掺稀土光纤激光器纤芯连续波损坏阈值约1W/μm2[J.Nilsson，J.K.Sahu，Y.Jeong，W.A.Clarkson，R.Selvas，A.B.Grudinin，and S.U.Alam，“High Power Fiber Lasers：New Developments”，Proceedings of SPIE Vol.4974，50-59(2003)]，其光学损坏危险成为实现大功率单模光纤激光器的一大挑战。除了光学损坏外，由于大功率光产生的热也会损坏光纤，甚至会最终融化纤芯。有文献报道，铒镱共掺光纤激光器每米可产生100W热[J.Nilsson，S.U.Alam，J.A.Alvarez-Chavez，P.W.Turner，W.A.Clarkson，and A.B.Grudinin，“High-power and tunable operation of erbium-ytterbium co-dopedcladding-pumped fiber laser”，IEEE J.Quantum Electron.39，987-994(2003)]。目前也有利用多光纤激光器组束实现高功率输出，但是需要对称的结构或者复杂的相位控制[贾秀杰.高功率光纤激光器及其相干合成技术的研究[D].南开大学，2007]。
另一方面，在一般双包层光纤中，由于单模位于多模内包层的中心，对单模纤芯很难写入光栅以构成光学谐振腔，大功率泵浦光耦合到双包层光纤中效率低且难度大。
实用新型内容
为了克服已有的传统双包层单模光纤激光器的输出单模激光功率有限以及随着光功率的增加，其输出光束质量变差，抗热差，以及传统双包层单模光纤激光器单模纤芯写入光栅难度大，泵浦光耦合到双包层光纤中效率低的缺点，本实用新型提供一种采用有源光纤束大功率激光器的光纤激光器，以实现大功率单模激光输出。这种大功率光纤激光器具有制作设备简单，工艺简易、成本低，且泵浦光可以分开耦合到光纤束，简单且效率高的优点。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
一种有源光纤束大功率激光器，它包括泵浦源、单模有源光纤或者多模有源光纤加至少一根单模有源光纤；把全部的有源光纤组织成束加热或用光学胶封装，在任意一根单模有源光纤上写入或者是连接两根光纤光栅或镀高反射膜，并在任意一根单模有源光纤上写入或者是连接一根光纤光栅。
单模有源光纤与光纤光栅或/和端面镀的高反射膜构成单模激光器，通过耦合使其他有源光纤工作在单模有源光纤与光纤光栅或/和端面镀的高反射膜构成单模激光器的波长上。
本实用新型的有益效果具体如下：
所述有源光纤束大功率激光器不需要外部调相装置，通过内部强耦合，由于单模有源光纤与光纤光栅或/和端面镀的高反射膜构成单模激光器提供主谐振波长在有源光纤的发射谱范围内；使有源光纤束谐振在单模有源光纤与光纤光栅或/和端面镀的高反射膜构成单模激光器产生的激光波长上，实现主动锁相，从而实现单模激光超亮度组束输出。有源光纤束大功率激光器，由于有源光纤束包含多根，在不耦合的地方可以分开，加大了散热面积且利于散热，另外芯层分散散热面积大，可以比单独使用单模有源光纤激光器输出高得多的光功率，同时，由于有源光纤束谐振在单模有源光纤与光纤光栅或/和端面镀的高反射膜构成单模激光腔产生的激光波长上，实现了单模激光超亮度大功率输出。
附图说明
图1为实施例一有源光纤束大功率激光器示意图。
图2为实施例二有源光纤束大功率激光器示意图。
图3为实施例三有源光纤束大功率激光器示意图。
图4为实施例四有源光纤束大功率激光器示意图。
图5为实施例五有源光纤束大功率激光器示意图。
图6为实施例六有源光纤束大功率激光器示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。
实施例一
本实施例参见图1，采用的有源光纤的有源掺杂离子为铒离子，详细描述如下：
选择1根3m长有源光纤11，有源光纤11为单模有源光纤；3根2.8m长有源光纤12、13、14，有源光纤12、13、14为多模有源光纤；
把4根有源光纤的一端5mm长度的包层去掉，然后放入与有源光纤包层相同材料的圆管4内，加热使有源光纤与圆管紧密封装；
在有源光纤11上连接光纤光栅31和光纤光栅32；
泵浦光21、22、23、24分别对有源光纤11、12、13、14进行泵浦；
有源光纤束大功率激光器的激光从封装端输出。
实施例二
本实施例参见图2，采用的有源光纤的有源掺杂离子为钕离子，详细描述如下：
选择10根2m长有源光纤11、...、110，有源光纤11、...、110为单模有源光纤；9根2m长有源光纤111、...、119，有源光纤111、...、119为多模有源光纤；选择一个19×19的耦合器5；
把19根有源光纤的一端依次连接在耦合器的右端，另外一端对齐，扎成束，封装在圆管4内；
在有源光纤12上连接光纤光栅31和光纤光栅32；
泵浦光21、...、219分别对有源光纤11、...、119进行泵浦；
有源光纤束大功率激光器的激光从封装端输出。
实施例三
本实施例参见图3，采用的有源光纤的有源掺杂离子为镱离子，详细描述如下：
选择16根5m长有源光纤11、...、116，有源光纤11、...、116为单模有源光纤；48根4m长有源光纤117、...、164，有源光纤117、...、164为多模有源光纤；
把64根有源光纤的一端10mm长度的包层去掉，然后放入与有源光纤包层相同材料的圆管4内，加热使有源光纤与圆管紧密结合起来，并在端面镀上对应激光波长的高反射膜6；另外一端端面对齐成束，用光学胶封装在圆管4内；
在有源光纤12上连接光纤光栅31；
泵浦光泵浦光21对有源光纤12进行泵浦，泵浦光2对所有有源光纤进行泵浦；
有源光纤束大功率激光器的激光从没有镀高反射膜的光学胶封装端输出。
实施例四
本实施例参见图4，采用的有源光纤的有源掺杂离子为铒镱离子，详细描述如下：
选择100根10m长有源光纤11、...、1100，有源光纤11、...、1100为多模有源光纤；28根12m长有源光纤1101、...、1128，有源光纤1101、...、1128为单模有源光纤；
把128根有源光纤的一端20mm长度的包层去掉，然后放入与有源光纤包层相同材料的圆管4内，加热使有源光纤与圆管紧密结合起来；在中部，把128根有源光纤的部分包层去掉，用光学胶封装在一起；在另外一端，加热法使有源光纤与圆管紧密结合起来，端面平整；
在有源光纤1128上连接光纤光栅31和光纤光栅32；
泵浦光21、...、2128分别对有源光纤11、...、1128进行泵浦；
有源光纤束大功率激光器的激光从两端输出
实施例五
本实施例见图5，采用的有源光纤的有源掺杂离子为钍离子，详细描述如下：
选择100根20m长有源光纤11、...、1100，有源光纤11、...、1100为多模有源光纤；169根23m长有源光纤1101、...、1269，有源光纤1101、...、1269为单模有源光纤，且有源光纤1269为单偏振的；
把269根有源光纤的一端50mm长度的包层去掉，然后放入与有源光纤包层相同材料的圆管4内，加热使有源光纤与圆管紧密结合起来；在中部，把268根有源光纤的部分包层去掉，用加热封装在一起；在另外一端，加热使269根有源光纤与圆管紧密结合起来，端面平整；
在有源光纤1269上写入光纤光栅31和光纤光栅32；
泵浦光2对所有的有源光纤进行泵浦，泵浦光21、...、2269分别对有源光纤11、...、1269进行泵浦；
有源光纤束大功率激光器的激光从两端输出
实施例六
本实施例参见图6，采用的有源光纤的有源掺杂离子为任意的稀土离子，详细描述如下：
选择N根有源光纤，单模有源光纤至少有一根；有源光纤的长度为0.5m～30m；N为2～500；有源光纤排列任意，连续标号，仅为了表述方便。
把N根有源光纤的一端的部分或全部包层去掉，然后放入与有源光纤包层相同材料的圆管4内，加热法或者光学胶使有源光纤与圆管紧密封装；在中部，把N根有源光纤的部分或全部包层包层去掉，用加热法或者光学较封装；在另外一端，加热法使N根有源光纤与圆管4紧密封装，端面平整；
在任意一根单模有源光纤写入或连接光纤光栅31，并在一个封装端镀激光波长的高反射膜6；
或在任意一根单模有源光纤写入或连接光纤光栅31和光纤光栅32。
泵浦光2对所有的有源光纤进行泵浦，泵浦光21、...、2N分别对有源光纤11、...、1N进行泵浦；
有源光纤束大功率激光器的激光未镀膜端输出。
Claims (2)
1.一种有源光纤束大功率激光器，它包括泵浦源、有源光纤、光纤光栅或者镀高反射膜，其特征为：
有源光纤(11)…(1N)为单模有源光纤或者多模有源光纤加至少一根单模有源光纤；把全部的有源光纤组织成束加热或用光学胶封装，在任意一根单模有源光纤上写入或者是连接光纤光栅(31)或/和光纤光栅(32)，N为2～500。
单模有源光纤与光纤光栅或/和端面镀的高反射膜构成单模激光器，通过耦合使其他有源光纤工作在单模有源光纤与光纤光栅或/和端面镀的高反射膜构成单模激光器的波长上。
2.根据权利要求1所述的有源光纤束大功率激光器，其特征为：单模有源光纤与光纤光栅或/和端面镀的高反射膜构成单模激光器提供主谐振波长。
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| CN103560381A (zh) * | 2013-09-29 | 2014-02-05 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 单模光纤激光器 |
| CN108832469A (zh) * | 2018-06-04 | 2018-11-16 | 北京凯普林光电科技股份有限公司 | 一种光谱合束的大功率光纤激光器 |
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