CN208986362U - 一种1018nm光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光纤激光器技术领域，尤其涉及一种输出波长为1018nm的光纤激光器。该激光器由7×1泵浦合束器、波长非锁定泵浦源、高反光栅、增益光纤、低反光栅、包层功率剥除器、光纤输出头构成，其中，7×1泵浦合束器外环6个臂光纤用于连接波长非锁定泵浦源实现泵浦光注入，中心臂光纤切8°角降低激光器的反射，通过优化光纤设计和有效处理光纤激光器两端的反射，基于波长非锁定的976nm泵浦源实现稳定、高效、低成本的1018nm激光输出。

Description

一种1018nm光纤激光器

技术领域

本发明实施方式涉及光学技术领域，特别是涉及一种1018nm激光器。

背景技术

在常规的光纤激光器中，通常采用半导体激光器作为泵浦源。典型地，在掺镱光纤激光器中，通常采用915nm或者976nm的半导体激光器作为泵浦源。经过多年的技术进步，目前此类泵浦源的亮度水平可以达到自105/125/0.22光纤中输出单波段激光功率200W以上，自220/242/0.22的光纤中输出的单波段激光功率接近1000W。

然而，随着单纤激光器功率的提升，以及增益光纤尺寸的限制，常规的半导体泵浦源亮度已经无法满足单纤10kW以上激光系统的需求。从掺镱光纤激光器的能级结构出发，基于1018nm泵浦的激光器方案开始被重视。即先用976nm的半导体激光器产生1018nm的近单模光纤激光，亮度提升上万倍，然后将1018nm的光纤激光器经合成后作为1080nm光纤激光器的泵浦源，从而实现10kW以上单纤激光功率输出。根据掺镱光纤的能级结构，1018nm发射波段位于掺镱光纤的三能级工作区，极易产生重吸收而转换为不稳定的1030nm波段自发放大辐射(ASE)。

1018nm光纤激光器对半导体泵浦源的中心波长敏感，同时对增益光纤规格敏感，通常需要采用波长锁定泵浦源，且对增益光纤的长度需要严格限定。由此导致此类激光器的成本偏高，效率偏低，同时可靠性偏低。

发明人在实现本发明的过程中发现，通过优化光纤设计和有效处理光纤激光器两端的反射，可以基于波长非锁定的976nm泵浦源实现稳定高效的1018nm激光输出，将多台此类激光器进行功率合成后，可以实现数千瓦级1018nm激光输出，可以作为功率10kW以上单纤激光系统的泵浦源。

发明内容

本发明旨在解决现有半导体泵浦源亮度不足和已有1018nm光纤激光器成本高，效率低的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：

在第一方面，本发明实施例采用一种大芯包比光纤，包括：纤芯直径20μm，数值孔径(NA)为0.075，内包层直径130μm，NA为0.46。

可选地，所述光纤可以替换为其他纤芯包层比可比甚至更高的光纤。

在第二方面，本发明实施例提供一种基于波长非锁定泵浦源的激光器构型，包括：将常规波长锁定泵浦源替换为波长非锁定泵浦源。

在第三方面，本发明实施例提供一种端面反射处理方法，包括：前向泵浦合束器的闲置的中心光纤臂切8度斜角以进一步减少端面反射的影响。

在第四方面，本发明实施例提供一种高功率包层功率剥除器(CPS)，包括：此CPS置于低反光栅之后，用于处理波长非锁定泵浦源在波长未达最优状态时的残余泵浦光。

本发明实施方式的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施例具有更高的光光转换效率和更高的激光亮度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种1018nm光纤激光器的结构示意图；

101 7×1泵浦合束器

102 101的中心泵浦臂

103 波长非锁定泵浦源

104 高反光栅

105 增益光纤

106 低反光栅

107 包层功率剥除器

108 光纤输出头

具体实施方式

为了使本发明的目的、方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

1018nm光纤激光器是指以掺镱光纤作为增益介质，将半导体976nm泵浦光源转换为1018nm激光的谐振腔。在激光增益过程中，波长非锁定半导体激光器的中心波长从短波段逐渐向976nm位置移动，泵浦吸收增强，同时输出激光功率逐渐增大，效率逐渐提升。以下结合具体的实施例进行一一说明。

请参阅图1，图1是本发明实施例提供的一种1018nm光纤激光器的结构示意图。

101为7×1泵浦合束器，用于注入泵浦功率；

102为101的中心泵浦臂，7只泵浦臂构成2个环，中心1只臂，外围6只臂构成圆环，中心臂中反向传输的信号光最强，需要切8度斜角，以降低回到激光器内的反射；

103为波长非锁定泵浦源，101的其余6只臂均可用于连接泵浦源；

104为高反光栅，采用与增益光纤相同规格的无源光纤，中心波长1018nm，反射率高于99.5％，尽量提高边模抑制比；

105为增益光纤，采用大芯包比光纤，典型地纤芯直径20μm，数值孔径(NA)为0.075，内包层直径130μm，NA为0.46，也可采用其他纤芯包比可比或者更大的光纤；

106为低反光栅，采用与增益光纤相同规格的无源光纤，中心波长1018nm，反射率在10％与30％之间，尽量提高边模抑制比；

107为包层功率剥除器(CPS)，用于剥除残余泵浦光和泄露到包层的信号光功率；

108为光纤输出头，为了减少端面反射，采用无芯光纤，同时切8度角进一步减少反射。

工作原理：

整个激光器采用腔外正向泵浦构型。

多只波长非锁定泵浦源103发射的976nm泵浦光经7×1泵浦合束器101进行功率合成之后注入激光谐振腔。

激光谐振腔由高反光栅104，增益光纤105和低反光栅106组合构成。泵浦光在增益光纤中被吸收，使得增益光纤中的镱离子形成粒子数反转，自发辐射的宽带光波经过光纤光栅对选择之后形成稳定的1018nm激光辐射。如果增益光纤偏长，1018nm的激光可能再次被重吸收并转化为1030nm波段的ASE。

在谐振腔外，7×1合束器的中心泵浦臂102和光纤输出头108之间也构成一对反射镜，而且由于没有波长选择特性，由此形成的谐振腔有可能造成随机的1030nm波段ASE甚至脉冲出现。对两个端面切8度角有利于减少经纤芯回到腔内的反射光，抑制随机ASE造成的不利影响。

Claims (7)

1.一种1018nm光纤激光器，其特征是由7×1泵浦合束器、波长非锁定泵浦源、高反光栅、增益光纤、低反光栅、包层功率剥除器、光纤输出头构成；所述波长非锁定泵浦源连接7×1泵浦合束器外环6个泵浦臂光纤，7×1泵浦合束器输出端依次连接高反光栅、增益光纤、低反光栅、包层功率剥除器、光纤输出头。

2.如权利要求1所述的一种1018nm光纤激光器，其特征在于：所述的7×1泵浦合束器中心臂光纤不连接器件，光纤端面切割角度范围在3°-10°之间。

3.如权利要求1所述的一种1018nm光纤激光器，其特征在于：所述高反光栅，采用与增益光纤相同规格的无源光纤，中心波长1018nm，反射率高于99.5％。

4.如权利要求1所述的一种1018nm光纤激光器，其特征在于：所述的低反光栅，采用与增益光纤相同规格的无源光纤，中心波长1018nm，反射率在10％与30％之间。

5.如权利要求1所述的一种1018nm光纤激光器，其特征在于：所述的包层功率剥除器选用与低反光栅相同规格的无源光纤。

6.如权利要求1所述的一种1018nm光纤激光器，其特征在于：所述的光纤输出头为无芯光纤，切割角度范围在3°-10°之间。

7.如权利要求1所述的一种1018nm光纤激光器，其特征在于：所述的增益光纤芯包比范围在0.045-0.2之间。