CN205122986U - 一种长脉宽、高峰值功率准连续光纤激光器系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种长脉宽、高峰值功率准连续光纤激光器系统，结构为控制电路系统分别与泵浦源、驱动系统和反馈系统相连，驱动系统驱动泵浦源输出泵浦激光；小部分泵浦光到达泵浦光监控器，绝大部分泵浦光经过红光耦合件注入到谐振腔，再依次通过包层光剥离器、功率监控器，谐振腔输出绝大部分激光从输出光缆输出，少部分激光到达功率监控器；泵浦光监控器和功率监控器将采集到的信号发送给反馈系统，由反馈系统反馈到控制电路系统，控制电路系统通过驱动系统控制泵浦源。本实用新型提高系统的可靠性和稳定性，提高激光器光束质量和抑制掺杂光纤内非线性效应，实现高峰值功率ms脉冲激光输出；具有红光指示、脉冲信号实时监控和输出功率动态调节等功能。

Description

一种长脉宽、高峰值功率准连续光纤激光器系统

技术领域

本实用新型涉光纤激光器领域，具体是一种长脉宽、高峰值功率准连续光纤激光器系统。

背景技术

长脉宽、高峰值功率准连续激光器输出激光具有ms量级脉冲宽度，使得脉冲光具有比连续光高十倍以上的峰值功率，以及更高的单脉冲能量，是易碎材料点焊、缝焊和钻孔等微加工的最佳选择。

现阶段主要通过灯泵YAG激光器和降额调制连续光纤激光器来得到长脉宽、高峰值功率的准连续激光。灯泵YAG激光器所使用的Nd:YAG晶体具有优良的热学性能，非常适合制作成连续和重频器件，灯泵YAG长脉宽、低重频准连续激光器制作工艺成熟稳定，虽然可以获得ms级脉宽、千瓦峰值功率的脉冲激光，但是YAG激光器灯泵效率只有百分之几，激光介质的热负荷大，光束质量差，结构复杂，制造成本高。连续光纤激光器通过降低泵浦功率，并在瞬间提升泵浦功率，形成脉冲泵浦，得到长脉宽、高峰值功率的准连续激光，同时具有光纤激光器光束质量好、可靠性高、易于集成、无需复杂维护等优点。但是其单模块最大峰值只能达到平均功率的两倍，激光器性价比达不到要求。

发明内容

本实用新型的目的为了克服现有技术存在的上述问题，提供一种脉冲宽度、形状可调，具有脉冲稳定性好、光束质量好、泵浦光状态可监控、输出功率稳定性可动态调节的高峰值功率连续光纤激光器系统。

本实用新型的技术方案：

一种长脉宽、高峰值功率准连续光纤激光器系统，由泵浦源、红光耦合件、泵浦光监控器、谐振腔、包层光剥离器、功率监控器、输出光缆、控制电路系统、驱动系统、反馈系统构成；其特征在于：控制电路系统分别与泵浦源源、驱动系统和反馈系统相连，驱动系统驱动泵浦源输出连续泵浦激光或ms量级准连续激光；小部分泵浦光到达泵浦光监控器，绝大部分泵浦光经过红光耦合件注入到谐振腔，再依次通过包层光剥离器、功率监控器，谐振腔输出的绝大部分激光从输出光缆输出，少部分激光到达功率监控器；泵浦光监控器和功率监控器将采集到的信号发送给反馈系统，由反馈系统反馈到控制电路系统，控制电路系统通过驱动系统控制泵浦源。

所述的泵浦源工作在连续或脉冲模式，是快速响应的增益开关型半导体激光器。驱动系统产生脉冲电流驱动泵浦源输出ms量级准连续泵浦光，所述的泵浦源中心波长在915±2nm，泵浦光的脉宽在0.2-50ms范围内，占空比在10％-50％范围内。脉冲模式下，脉宽小于10ms时，驱动电流能达到连续模式时的两倍。

所述红光耦合件由(6+1)×1耦合器、模式适配器MFA和红光二极管构成，采用正向传输，耦合器具有一定分光比，分出少部分信号光用于出光监控，监控泵浦光频率、脉冲宽度。

所述谐振腔采用双向泵浦方式，由光纤光栅和大模场双包层掺Yb光纤构成，前端耦合入红光，增强系统的可操控性和安全性。光纤光栅采用长线宽类型，以满足准连续光纤激光器布里渊增益谱展宽的需要。

在功率监控器中通过具有一定分光比的包层光剥离器分出少部分信号光用于激光功率监控器。同时包层光剥离器还有改善光束质量，消除反馈光的作用。

本实用新型的工作原理：驱动单元驱动泵浦源产生连续或ms量级脉冲915nm激光，泵浦光经耦合器后注入到谐振腔，双端泵浦掺Yb光纤，增益产生1080nm的激光，最后经过包层光剥离器优化光束质量后经光缆输出。该种长脉宽准连续光纤激光器最高输出平均功率150W，最大脉冲宽度为50ms，频率可在0Hz到5kHz的低频范围内调制，单脉冲能量最高可达15J，峰值功率1500KW。

该种长脉宽、高峰值功率准连续光纤激光器系统设置了泵浦光监控器和输出功率监控器，通过光电二极管将光信号转换成电信号，控制电路系统将之与设定值进行对比，根据对比结果做出相应的判断并通过驱动系统进行调整。

本实用新型的优点：

所述长脉宽、高峰值功率准连续光纤激光器系统是全光纤系统，有效提高了系统的可靠性和稳定性。

所述长脉宽、高峰值功率准连续光纤激光器系统利用驱动系统调制泵浦光的脉冲宽度、脉冲形状，直接脉冲泵浦谐振腔，产生目标脉冲激光，提高了系统的可靠性，同时具有抗反馈光干扰的作用。包层光剥离器提高激光器的光束质量、并有效地抑制掺杂光纤内的非线性效应，实现高峰值功率ms脉冲激光输出；

所述长脉宽、高峰值功率准连续光纤激光器系统具有红光指示的功能，提高系统的可操作性和安全性；

所述长脉宽、高峰值功率准连续光纤激光器系统具有脉冲信号实时监控的功能和输出功率动态调节的功能。

附图说明

图1为本实用新型的光学结构示意图。

图2为本实用新型系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步描述。

参见图1、图2，本实用新型由泵浦源(1)、红光耦合件(2)、泵浦光监控器(3)、谐振腔(4)、包层光剥离器(5)、功率监控器(6)、输出光缆(7)、控制电路系统(8)、驱动系统(9)、反馈系统(10)构成；其特征在于：控制电路系统8分别与驱动系统9和反馈系统10相连，驱动系统9控制泵浦源1，输出连续激光或ms量级准连续激光；泵浦光经红光耦合件2后小部分光到达泵浦光监控器3，大部分泵浦光注入到谐振腔4，依次通过谐振腔4的高反光栅、掺Yb光纤、输出光栅和泵浦耦合器404；输出光栅输出的绝大部分激光经包层光剥离器5输出，少部分激光到达功率监控器6；泵浦光监控器3和功率监控器6将采集到的信号发送给反馈系统10，由反馈系统10反馈到控制电路系统8；控制电路系统8将采集到的脉冲光频率、脉冲宽度与设定值对比，根据对比结果决定泵浦源1继续或停止工作；将采集到的功率信号与设定值对比，根据对比结果通过驱动系统9增加泵浦源1的驱动电流或驱动系统9停止工作。本实用新型的控制电路系统8、驱动系统9和反馈系统10采用现有结构，直接从市场购买。

所述驱动系统9驱动泵浦源1产生ms量级脉冲泵浦光；泵浦激光经红光耦合件2后按1:99的分光比将脉冲泵浦光分为两部分，见图1，所述的泵浦源1是快速响应的增益开关型半导体激光器。泵浦光源1输出的激光波长在915±2nm；所述的红光耦合件2主要是将泵浦光和红光耦合进谐振腔主光路中；泵浦光经过红光耦合件后一小部分光到达泵浦光监控器3，所述的泵浦光监控器3由吸收腔301和光电二极管302组成，绝大部分光再注入到谐振腔4；谐振腔4由高反光栅401、掺Yb光纤402、输出光栅403和泵浦耦合器404构成，采用双向泵浦方式，均为现有结构；为提高系统的可操作性和安全性，可借助(6+1)×1耦合器的原理结构在泵浦源1和谐振腔4之间加入红光耦合件2耦合入红光，所述红光耦合件2由耦合器201、模式适配器202、红光管LD203组成，均为现有结构。谐振腔的输出激光从包层光剥离器5输出，少部分激光到达功率监控器6，所述的功率监控器6由光吸收腔601和光电二极管602组成。同时包层光剥离器5因为被人为破坏了包层的传输性能，从而能够将包层中传输的多模激光导出激光束，达到改善光束质量的目的。泵浦光监控器3和功率监控器6将采集到的信号经反馈系统10反馈到控制电路系统8。

Claims (6)

1.一种长脉宽、高峰值功率准连续光纤激光器系统，由泵浦源(1)、红光耦合件(2)、泵浦光监控器(3)、谐振腔(4)、包层光剥离器(5)、功率监控器(6)、输出光缆(7)、控制电路系统(8)、驱动系统(9)、反馈系统(10)构成；其特征在于：控制电路系统(8)分别与泵浦源(1)、驱动系统(9)和反馈系统(10)相连，驱动系统(9)驱动泵浦源(1)输出连续泵浦激光或ms量级准连续激光；小部分泵浦光到达泵浦光监控器(3)，绝大部分泵浦光经过红光耦合件(2)注入到谐振腔(4)，再依次通过包层光剥离器(5)、功率监控器(6)，谐振腔(4)输出的绝大部分激光从输出光缆(7)输出，少部分激光到达功率监控器(6)；泵浦光监控器(3)和功率监控器(6)将采集到的信号发送给反馈系统(10)，由反馈系统(10)反馈到控制电路系统(8)，控制电路系统(8)通过驱动系统(9)控制泵浦源(1)。

2.根据权利要求1所述的长脉宽、高峰值功率准连续光纤激光器系统，其特征在于：所述的泵浦源(1)工作在连续或脉冲模式，为快速响应的增益开关型半导体激光器，驱动系统(9)产生脉冲电流驱动泵浦源输出ms量级准连续泵浦光，所述的泵浦源中心波长在915±2nm，泵浦光的脉宽在0.2-50ms范围内，占空比在10％-50％范围内。

3.根据权利要求1所述的长脉宽、高峰值功率准连续光纤激光器系统，其特征在于：所述的谐振腔(4)由泵浦耦合器、高反光栅、掺Yb光纤和输出光栅组成，驱动系统(9)驱动半导体泵浦源使谐振腔部分产生1080nm±15nm毫秒量级脉冲激光。

4.根据权利要求1所述的长脉宽、高峰值功率准连续光纤激光器系统，其特征在于：所述泵浦光监控器(3)中通过红光耦合件(2)分出小部分信号光用于监控泵浦光频率和脉冲宽度。

5.根据权利要求1所述的长脉宽、高峰值功率准连续光纤激光器系统，其特征在于：所述功率监控器(6)中通过包层光剥离器(5)分出少部分信号光用于激光功率监控。

6.根据权利要求1所述的长脉宽、高峰值功率准连续光纤激光器系统，其特征在于：所述的红光耦合件(2)由(6+1)×1耦合器、模式适配器MFA和红光二极管组成。