CN202550278U - 腔内光纤耦合激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及激光技术领域，公开了一种腔内光纤耦合激光器，包括作为泵浦源的半导体激光器、泵浦光学系统、谐振腔和激光元件，谐振腔由一反射腔镜和作为激光输出腔镜的光纤光栅构成，谐振腔内设有与光纤光栅连接的传输光纤，以及将受激辐射耦合到传输光纤的耦合光学系统。激光元件包括至少一个激光增益介质，泵浦光学系统将泵浦光耦合到激光增益介质内，激发其产生受激辐射，耦合光学系统将受激辐射耦合到传输光纤进而传输到光纤光栅。该结构采用固体激光介质与光纤光栅耦合输出相结合的方式，可以很方便地对腔长、激光线宽等进行设计；同时可以有效地降低成本、缩小体积，而且还可以带来光纤传输使用上的灵活便利等，更容易实现高质量光束。

Description

腔内光纤耦合激光器

技术领域

本实用新型涉及激光技术领域，尤其涉及一种腔内光纤耦合的固体激光器。 

背景技术

光纤激光器或光纤耦合激光器由于其紧凑、小体积、便携式、精密化、光束质量好等特点和可以灵活弯曲的光波导结构，吸引了人们对它的研究兴趣，在很多领域得到了广泛的应用。相比而言，传统的固体激光器在光束质量、使用灵活性上不具优势。因此，在有些应用中，将固体激光器耦合到光纤中使用，但这会带来一定的耦合损耗。

传统的固体激光器，在需要使用折叠腔或者长腔长的时候，需要占据很大的体积，在制作或使用时都非常不方便。例如在设计调Q固体激光器时，通过控制激光谐振腔的腔长来影响激光脉冲的脉宽。

光纤激光器可以采用光纤光栅激光器形式构建。光纤光栅激光器是一种波导型的谐振装置，光波的传输由光纤所担负，将增益光纤置于一对反射率经过选择的光纤光栅之间来构成谐振腔，另外还可能包含只负责传输光波的传输光纤。光纤光栅是采用光刻的方法将光栅结构直接刻蚀在光敏光纤上的光波导，具有体积小、插入损耗低、与光纤兼容性好以及独特的波长选择特性等优点。光纤光栅可以对光纤中传输的光波进行反射，并且其反射率、反射中心波长与反射光谱谱宽可以根据要求进行设计。将泵浦光耦合进光纤，被增益光纤吸收，光纤光栅与固体激光器的腔镜的作用相同，对腔内的信号激光起到反馈的作用，最终由其中一个光纤光栅耦合输出。

由于光纤光栅优异的选频特性和对中心波长近于100％的反射作用，使谐振腔只能反馈某一特定的波长，从而输出单频激光，再经光隔离器去除泵浦光成分即可得到线宽窄、功率高、噪声低的信号激光。当光栅用作梳状滤波器的时候，还可以输出窄线宽而且波长间隔相等的多波长激光。

在光纤激光器中，通常采用特殊掺杂的光纤，如掺Yb、Nd、Er等元素，作为增益光纤，相当于固体激光器的激光介质。但是目前这些增益光纤的价格相比传统的块状固体增益介质价格要高得多。 

发明内容

为克服上述问题，本实用新型提出一种腔内光纤耦合激光器，可有效降低成本、缩小体积，而且使用上灵活方便，易于实现高质量光束。

为达到上述目的，本实用新型所提出的技术方案为：腔内光纤耦合激光器，包括作为泵浦源的半导体激光器、泵浦光学系统、谐振腔和激光元件，所述谐振腔由一反射腔镜和作为激光输出腔镜的光纤光栅构成，谐振腔内设有与光纤光栅连接的传输光纤，以及将受激辐射耦合到传输光纤的耦合光学系统；所述激光元件至少包括一个激光增益介质，位于谐振腔内；泵浦光学系统将半导体激光器发出的泵浦光整形并耦合到激光增益介质内，激发其产生受激辐射，耦合光学系统将受激辐射耦合到传输光纤进而传输到光纤光栅，最终由光纤光栅一端输出激光。

进一步的，所述泵浦光学系统包括至少一个光学会聚透镜；所述耦合光学系统包括至少一个光学耦合透镜。

进一步的，所述反射腔镜为一独立反射镜片，与激光元件分离或粘合在一起；或者所述反射腔镜为激光元件端面的镀膜构成。

进一步的，所述光纤光栅的激光波长反射率在1%~99%。

进一步的，所述激光元件还包括激光调Q元件或/和激光倍频晶体，即所述激光元件包括激光增益介质外，还可以加入激光调Q元件或激光倍频晶体，或者同时增加激光调Q元件和激光倍频晶体；所述激光调Q元件和激光倍频晶体与激光增益介质分离或粘合在一起。

进一步的，所述激光增益介质、激光调Q元件和激光倍频晶体的通光表面镀有激光增透膜。

进一步的，所述激光调Q元件为主动调Q元件或被动调Q元件；所述主动调Q元件为声光调Q元件或电光调Q元件；所述被动调Q元件为可饱和吸收调Q晶体。

进一步的，所述激光元件包括激光增益介质和电光调Q元件，还包括起偏元件，置于激光增益介质与电光调Q元件之间。

进一步的，所述光纤光栅与传输光纤的光纤类型相同，均为单模或大模场的普通光纤或保偏光纤。

本实用新型的有益效果：本实用新型的腔内光纤耦合激光器，采用固体激光介质与光纤光栅耦合输出相结合的方式，可以很方便地对腔长、激光线宽等进行设计；同时可以有效地降低成本、缩小体积，而且还可以带来光纤传输使用上的灵活便利等，更容易实现高质量光束。

附图说明

图1为本实用新型激光器的实施例一示意图；

图2为本实用新型激光器的实施例二示意图；

图3为本实用新型激光器的实施例三示意图；

图4为本实用新型激光器的实施例四示意图；

图5为本实用新型激光器的实施例五示意图。

标记说明：101半导体激光器；102会聚透镜；103反射腔镜；104激光增益介质；105光纤光栅；106耦合透镜；107传输光纤；108激光增透膜；109激光调Q元件；110起偏元件；111激光倍频晶体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，为本实用新型腔内光纤耦合激光器的实施例一，该激光器包括作为泵浦源的半导体激光器101、泵浦光学系统、谐振腔和激光元件。其中，谐振腔由一反射腔镜103和作为激光器输出腔镜的光纤光栅105构成，谐振腔内设有与光纤光栅105连接的传输光纤107，以及将受激辐射耦合到传输光纤107的耦合光学系统；激光元件至少包括一个激光增益介质104，位于谐振腔内；泵浦光学系统将半导体激光器101发出的泵浦光整形并耦合到激光增益介质104内，激发其产生受激辐射，耦合光学系统将受激辐射耦合到传输光纤107进而传输到光纤光栅105，最终由光纤光栅105一端输出激光。

在该实施例中，采用Nd:YAG晶体作为激光增益介质104，具有低出光阈值、高增益、高效率、低1064nm损耗等优点，同时还有高光学质量、热传导性好、抗热冲击和机械强度高等特性。采用半导体激光器101作为泵浦源，光学会聚透镜102作为泵浦光学系统，会聚透镜102将泵浦光会聚到Nd:YAG晶体内，激发其产生受激辐射。在Nd：YAG晶体的一端面镀激光全反射膜，作为反射腔镜103，并对泵浦光增透，反射腔镜103与光纤光栅105构成谐振腔；耦合光学系统采用一光学耦合透镜106，将受激辐射耦合到传输光纤107，进而传输到光纤光栅105，最终由光纤光栅105输出激光，光纤光栅105的反射率根据需要可设为1%~99%之间。其中传输光纤107与光纤光栅105采用相同的光纤类型，具有相同的光纤结构、尺寸和数值孔径等参数，在该实施例中，可以采用相同的单模光纤或者大模场光纤，也可以采用保偏光纤。根据腔长的长度需求，只需要增加或减少传输光纤107的长度即可，由于传输光纤107可以很方便的盘绕，所以可以大大减小长腔长激光器的体积，降低成本，而且由光纤输出，方便使用。

其中，反射腔镜103也可以是独立的反射镜片，与激光增益介质104分离或者与粘合在一起都可以。在激光增益介质104的通光面还镀有激光增透膜108，对激光波长具有增透作用。

如图2所示为本实用新型的实施例二，其结构与实施例一相似，不同的是在谐振腔内增加了激光调Q元件109，设于激光增益介质104与耦合透镜106之间，对谐振腔内的Q值进行调制，从而产生调Q激光脉冲输出。

该实施例中同样采用Nd:YAG晶体作为激光增益介质104，而激光调Q元件109可以是声光调Q元件等主动调Q元件，构成主动调Q激光器；也可以是可饱和吸收调Q晶体等被动调Q元件，如Cr:YAG晶体等，构成被动调Q激光器。其中，当激光调Q元件109是被动调Q元件时，可以与激光增益介质104分离，也可以粘合在一起以缩小体积，其通光面也镀有激光增透膜108。

如图3所示为本实用新型的实施例三，其结构与实施例一相似，不同的是在谐振腔内增加了电光调Q元件作为激光调Q元件109，设于激光增益介质104与耦合透镜106之间，构成主动调Q激光器，并在激光增益介质104和电光调Q元件之间增加了起偏元件110，用于产生线偏振光。电光调Q元件采用KDP电光晶体，用于对谐振腔内的Q值进行调制，从而产生调Q激光脉冲输出。该实施例中，光纤光栅105和传输光纤107均采用保偏光纤。同样的，电光调Q元件和起偏元件110可以与激光增益介质104分离或是粘合为一体，各通光表面均镀激光增透膜108。

如图4所示为本实用新型的实施例四，其结构与实施例一相似，不同的是采用Nd:YVO₄晶体作为激光增益介质104，并在谐振腔内增加了激光倍频晶体111，设于激光增益介质104与耦合透镜106之间，构成倍频激光器。其中激光倍频晶体111采用KTP倍频晶体，对激光增益介质104产生的基频光进行倍频，从而得到具有二次谐波波长的倍频激光输出。该实施例中，光纤光栅105和传输光纤107均采用保偏光纤。同样的，激光倍频晶体111可以与激光增益介质104分离或者粘合在一起，其通过表面也镀有激光增透膜108，对倍频激光具有增透作用。

如图5所示为本实用新型的实施例五，其结构与实施例四相似，不同的是在谐振腔内增加了被动激光调Q元件109，从而实现倍频激光的脉冲输出。本实施例中，采用Cr:YAG晶体作为被动激光调Q元件109，设于激光增益介质104与激光倍频晶体111之间，构成被动调Q的倍频激光器。其中，光纤光栅105和传输光纤107均采用保偏光纤，同样的激光倍频晶体111和被动激光调Q元件109可以与激光增益介质104分离，也可以粘合在一起，各通光面镀激光增透膜108，对倍频激光具有增透作用。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上对本实用新型做出的各种变化，均为本实用新型的保护范围。 

Claims (9)

1.腔内光纤耦合激光器，包括作为泵浦源的半导体激光器、泵浦光学系统、谐振腔和激光元件，其特征在于：所述谐振腔由一反射腔镜和作为激光器输出腔镜的光纤光栅构成，谐振腔内设有与光纤光栅连接的传输光纤，以及将受激辐射耦合到传输光纤的耦合光学系统；所述激光元件至少包括一个激光增益介质，位于谐振腔内；泵浦光学系统将半导体激光器发出的泵浦光整形并耦合到激光增益介质内，激发其产生受激辐射，耦合光学系统将受激辐射耦合到传输光纤进而传输到光纤光栅，最终由光纤光栅一端输出激光。

2.如权利要求1所述腔内光纤耦合激光器，其特征在于：所述泵浦光学系统包括至少一个光学会聚透镜；所述耦合光学系统包括至少一个光学耦合透镜。

3.如权利要求1所述腔内光纤耦合激光器，其特征在于：所述反射腔镜为一独立反射镜片，与激光元件分离或粘合在一起；或者所述反射腔镜为激光元件端面的镀膜构成。

4.如权利要求1所述腔内光纤耦合激光器，其特征在于：所述光纤光栅的激光波长反射率在1%~99%。

5.如权利要求1-4中任一权利要求所述腔内光纤耦合激光器，其特征在于：所述激光元件还包括激光调Q元件或/和激光倍频晶体；所述激光调Q元件和激光倍频晶体与激光增益介质分离或粘合在一起。

6.如权利要求5所述腔内光纤耦合激光器，其特征在于：所述激光增益介质、激光调Q元件和激光倍频晶体的通光表面镀有激光增透膜。

7.如权利要求5所述腔内光纤耦合激光器，其特征在于：所述激光调Q元件为主动调Q元件或被动调Q元件；所述主动调Q元件为声光调Q元件或电光调Q元件；所述被动调Q元件为可饱和吸收调Q晶体。

8.如权利要求7所述腔内光纤耦合激光器，其特征在于：所述激光元件包括激光增益介质和电光调Q元件，还包括起偏元件，置于激光增益介质与电光调Q元件之间。

9.如权利要求5所述腔内光纤耦合激光器，其特征在于：所述光纤光栅与传输光纤的光纤类型相同，均为单模或大模场的普通光纤或保偏光纤。

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