CN203674547U - 一种泵浦效率增强型光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种泵浦效率增强型光纤激光器，其包括前级小功率激光源、多个半导体泵浦激光器、光纤合束器、有源双包层光纤、输出隔离器/准直器，在有源双包层光纤与输出隔离器/准直器之间还设置有泵浦光反射器，泵浦光反射器包括无源双包层光纤、刻在无源双包层光纤内包层上的包层光纤光栅、包覆包层光纤光栅的二次涂覆层，包层光纤光栅中心反射波长与泵浦激光波长相同，在910-980nm范围内。通过采用在泵浦光传输方向末端的无源双包层光纤的内包层光纤光栅，可以将内包层中未吸收的残留泵浦激光功率反射回双包层有源光纤中，使泵浦光功率可以第二次被有源光纤吸收，从而有效地提高泵浦激光的吸收效率。

Description

一种泵浦效率增强型光纤激光器

技术领域

本实用新型涉及一种光纤激光器，尤其涉及增强泵浦效率的光纤激光器。

背景技术

随着掺杂光纤技术、双包层光纤技术、半导体泵浦激光器技术、和光纤合束器技术等相关领域的不断地发展，光纤激光器技术也在不断地提升和完善。不论是光纤脉冲激光器、光纤连续激光器、还是光纤准连续激光器，它们在功率放大级基本都是采用泵浦激光注入大功率双包层掺杂光纤的包层，通过光纤芯径对泵浦光的吸收，形成粒子数反转获得光增益，实现光功率放大。

在目前的这种泵浦结构中，泵浦激光只是单次通过有源双包层光纤，其功率没有被有源纤芯完全吸收。残留的10~30%的泵浦功率没有被利用就离开了双包层光纤，最终被其后的包层功率吸收器吸收而变为热量，没有对光纤激光器做出贡献。传统的方法无法实现其完全吸收，原因在于：当双包层有源光纤的长度较短的时候，信号光的损耗小，但是泵浦光的吸收率也小；当双包层有源光纤的长度较长的时候，泵浦光的吸收率较大，但是信号光的损耗也较大。因此这就形成一个矛盾，阻碍泵浦激光的充分吸收。如何有效地提高泵浦激光的吸收利用率是光纤激光器系统需要解决的问题之一。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种有效地提高泵浦激光吸收利用效率的光纤激光器。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种泵浦效率增强型光纤激光器，其包括前级小功率激光源、多个半导体泵浦激光器、与所述的前级小功率激光源及多个半导体泵浦激光器光纤输出端相连接的光纤合束器、与光纤合束器输出端相连接的有源双包层光纤、输出隔离器/准直器，在所述的有源双包层光纤与输出隔离器/准直器之间还设置有包层泵浦光反射器，所述的泵浦光反射器包括两端分别与所述的有源双包层光纤及输出隔离器/准直器相熔接的无源双包层光纤、制作在所述的无源双包层光纤内包层上的包层光纤光栅、包覆所述的包层光纤光栅的二次涂覆层，所述的包层光纤光栅中心反射波长与泵浦激光器中心波长相同，在910-980nm范围内。

优化地，所述的包层光纤光栅的中心反射率为60-100%；反射谱宽为0.5-3nm。

优化地，所述的包层光纤光栅的几何长度为5-30mm。

优化地，所述的包层光纤光栅采用大功率准分子脉冲紫外激光对无源双包层光纤的光敏内包层进行刻写。 

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：本实用新型通过在有源双包层光纤与输出隔离器/准直器之间设置包层泵浦光反射器，该包层泵浦光反射器采用在泵浦光传输方向末端的无源双包层光纤的内包层上制作包层光纤光栅，光纤光栅可以将包层中未吸收的残留泵浦激光功率反射回双包层有源光纤中，使该泵浦光功率可以第二次被有源光纤吸收，从而可有效地提高光纤激光器中泵浦激光的吸收利用效率；相应地可以降低泵浦激光器的总功率，同时不会对信号光产生附加影响，与现有采用光纤光栅构成谐振腔和采用半导体种子激光器的两种类型的光纤激光器均能够兼容。

附图说明

图1为本实用新型泵浦光增强型光纤激光器的结构示意图；

图2为本实用新型包层光纤光栅泵浦光反射器的结构示意图；

其中，1、前级小功率激光源；2、半导体泵浦激光器；3、光纤合束器；4、有源双包层光纤；5、泵浦光反射器；51、纤芯；52、内包层；53、外包层；54、二次涂覆层；55、包层光纤光栅；56、前向传输的泵浦激光；57、前向传输的信号激光；58、被包层光纤光栅反射的后向传输泵浦激光；6、输出隔离器/准直器。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型的内容，下面结合附图和实施方式对本实用新型作近一步详细说明。

如图1所示的光纤激光器，其在光路上依次包括前级小功率激光源1、多个半导体泵浦激光器2、光纤合束器3、有源双包层光纤4、泵浦光反射器5、输出隔离器/准直器6。本实施例中，前级种子激光源1由中心波长为1060nm的半导体激光器和小功率光纤放大器组成；泵浦激光源2由6个中心波长915nm输出光纤为105um/125um数值孔径0.15输出功率为10W的半导体激光器组成；光纤合束器3为6+1 x 1结构泵浦光/信号光合束器，有源双包层光纤4为镱（Yb⁺）掺杂的直径为25um/250um的光纤。前级小功率激光源1与各半导体泵浦激光器2的光纤输出端分别与光纤合束器3的信号输入光纤和泵浦输入光纤相熔接，有源双包层光纤4的光纤输入端与光纤合束器3的输出光纤相熔接，光纤光栅泵浦光反射器5的输入与输出端分别与有源双包层光纤4的输出端以及输出隔离器/准直器6的输入端相熔接。下面将对泵浦光反射器5的具体结构及实现方法做详细说明：

如图2所示的泵浦光反射器5，其包括无源双包层光敏光纤、包层光纤光栅55以及二次涂覆层54，其中，无源双包层光纤包括位于中央的纤芯51、包覆在纤芯51外周的内包层52、包覆在内包层52外的外包层53，包层光纤光栅55制作在内包层52上，二次涂覆层54包覆在包层光纤光栅55上。本实施例中，包层光纤光栅55采用193nm的大功率准分子脉冲紫外激光在直径为25um/200um的无源双包层光纤光敏内包层上刻写，该包层光纤光栅的中心反射率为915nm，3dB反射谱宽为1nm，峰值反射率为95%，对信号波段1064nm±5nm范围的反射率小于0.1%，光纤光栅的长度为8mm，光栅刻写在裸光纤以后，进行二次涂覆，从而形成泵浦光反射器。

下面对其工作原理进行说明：

在光纤激光器的后级通常是功率放大级，一般通过光纤合束器将泵浦光和信号光耦合到双包层光纤的内包层中，然后逐渐被掺杂光纤的纤芯吸收而对信号光产生放大作用。掺杂有源光纤在吸收泵浦光放大信号光的同时，自身也会对信号光有一定的吸收，该吸收就引起了信号光在纤芯中的传输损耗。这样有源光纤的长度需要适当地选择。如果太短，泵浦光的吸收率太低，总增益太小；如果太长，虽然泵浦吸收率可以提高使得增益提高，但同时纤芯本身对信号光的损耗也变大。从理论计算和数值模拟可以得到最优的光纤长度，但仍然损失了相当一部分的泵浦光功率，通常在10-30%之间。本发明增加了泵浦激光反射器，当前向传输的泵浦激光56在光纤内包层内传输时，其遇到包层光纤光栅55，被包层光纤光栅55反射，形成后向传输的泵浦激光58，从而再次进入有源双包层光纤4中被第二次吸收和利用，如图2所示。同时我们也可以看到，前向传输的信号激光57没有受到任何影响。

本实施例将残留的泵浦激光进行反射，让它再次进入有源双包层光纤中被第二次吸收和利用，这样信号光在单程的正向传输的过程中就同时可以受到正向传输的泵浦激光和反向反射的泵浦激光两者产生的增益，有效地提高了泵浦激光的利用效率。此外，本实施例提出的包层光纤光栅对于信号光波长并不反射，是完全透明的，这样就保证了信号光的正向传输不受影响；并且也不会由于寄生的包层光纤光栅对信号光的反射引起泵浦激光器和种子激光器的损伤和失效。

需要说明的是，本实施例中使用的光纤光栅和传统光纤激光器中所使用的光纤光栅是不同的。传统的光纤光栅是刻在纤芯上，其中心反射波长为信号光波长，其作用是对信号光进行反射从而构成谐振腔；而本实用新型采用的光纤光栅是制作在光纤内包层上的光纤光栅，波长为泵浦光波长，其作用是作为泵浦光反射器。本实用新型提出的用于泵浦反射的包层光纤光栅属于开创性应用，与传统的光纤光栅有明显的区别。同时，在整个光纤激光器系统中，本实用新型的包层光纤光栅与现有的纤芯光纤光栅是相容的。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种泵浦效率增强型光纤激光器，其包括前级小功率激光源、多个半导体泵浦激光器、与所述的前级小功率激光源及多个半导体泵浦激光器光纤输出端相连接的光纤合束器、与光纤合束器输出端相连接的有源双包层光纤、输出隔离器/准直器，其特征在于：在所述的有源双包层光纤与输出隔离器/准直器之间还设置有包层泵浦光反射器，所述的泵浦光反射器包括两端分别与所述的有源双包层光纤及输出隔离器/准直器相熔接的无源双包层光纤、制作在所述的无源双包层光纤内包层上的包层光纤光栅、包覆所述的包层光纤光栅的二次涂覆层，所述的包层光纤光栅中心反射波长与泵浦激光器中心波长相同，在910-980nm范围内。

2.根据权利要求1所述的泵浦效率增强型光纤激光器，其特征在于：所述的包层光纤光栅的中心反射率为60-100%；反射谱宽为0.5-3nm。

3.根据权利要求1所述的泵浦效率增强型光纤激光器，其特征在于：所述的包层光纤光栅的几何长度为5-30mm。

4.根据权利要求1所述的泵浦效率增强型光纤激光器，其特征在于：所述的包层光纤光栅采用大功率准分子脉冲紫外激光对无源双包层光纤的光敏内包层进行刻写。

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