CN212085428U - 一种可双端输出不同种类激光的全光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种可双端输出不同种类激光的全光纤激光器，其特征在于，所述激光器的结构包括第一激光谐振腔和第二激光谐振腔，其中第一激光谐振腔的结构包括依次连接的高反射光纤光栅、第一增益光纤、泵浦光源、第一半反射光纤光栅、第一激光输出端；第二激光谐振腔的结构包括依次连接的第二增益光纤、第二半反射光纤光栅、第二激光输出端。本实用新型能够通过复用一套光学模块、驱动电源、冷却模块和控制模块等构成的系统，实现两种激光输出的功能；还能够通过将光纤光栅、泵浦源等器件在双激光腔中复用的方式进一步节约成本。

Description

一种可双端输出不同种类激光的全光纤激光器

技术领域

本申请涉及激光器技术领域，具体提供一种可双端输出不同种类激光的全光纤激光器。

背景技术

光纤激光器是指用掺稀土元素光纤作为增益介质的固体激光器，因其转换效率高、易散热、光路柔性易弯曲等优点成为近几年的研究热点，已广泛应用于光纤通讯、工业制造、医疗卫生及军工领域。其工作原理与固体激光器相仿，掺有稀土离子的光纤作为增益介质，与固定在其两端的两个反射器件构成谐振腔。光纤激光器一般有单谐振腔激光器、主振荡功率放大激光器或种子注入加振荡器加多级放大的激光器等结构。单谐振腔全光纤激光器具有成本低廉、结构简单紧凑、控制逻辑简单、性能稳定、抗反射回光能力强等优点，工业中使用的高功率光纤激光器为了保证稳定性，一般都优先考虑单谐振腔结构实现激光输出。常见的全光纤单端抽运单谐振腔常采用双包层增益光纤与光纤布拉格光栅对构成基本的激光谐振腔，再通过在腔内或腔外增加不同器件实现不同的激光输出。其中光纤光栅对泵浦光具有高透射率，对信号光具有高反射率，高反射光栅端的激光几乎全部被反馈回振荡器中，信号光从半反射光纤光栅一端输出。若同时需要两路光源，就需要两台独立的包括光学模块、驱动电源、冷却模块和控制模块的激光器。如果能够在一台激光器上实现双端口的激光输出功能，那么能够极大地简化激光器体积重量、降低系统成本。

专利CN101499607B公开了一种当前较常采用的光纤激光器双输出的方法，即采用光纤分束器将输出的一束激光分成两束甚至是多束分别输出，该结构仅是简单地通过分束器件实现双端输出，使得激光输出功率变得分散，并且同时分束器引入了激光能量损耗，激光器仍然采用原始结构，其效率、成本等没有改进。专利CN108963738A仍然基于传统的单谐振腔全光纤结构，通过降低全反射光栅的反射率和增加半反射光栅的反射率达到两端输出激光接近相同的效果，但这种方法会影响该谐振腔输出激光的功率，使其整体转换效率变差，并且结构较为复杂增加了成本，并且与传统方案一样，仍然存在这样一些问题：首先泵浦光在经过增益光纤后仍有相当一部分能量未被吸收，为了防止其对输出激光的污染，需要使用包层光滤除器将其吸收并转化为热能耗散掉，这是对泵浦光能量的浪费；其次，该专利采用的双向泵浦结构若不在每个泵浦输出端加入隔离器，势必会造成一侧泵浦光进入到另一侧泵浦激光器内最终导致泵浦光功率极大损耗，还有可能两侧泵浦互相烧坏；若在每个泵浦输出端增加隔离器，则整个系统的成本将急剧上升。

实用新型内容

本实用新型的技术任务是针对上述存在的问题，提供一种可双端输出不同种类激光的全光纤激光器。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

一种可双端输出不同种类激光的全光纤激光器，所述激光器的结构包括第一激光谐振腔和第二激光谐振腔，其中第一激光谐振腔的结构包括依次连接的高反射光纤光栅、第一增益光纤、泵浦光源、第一半反射光纤光栅、第一激光输出端；

第二激光谐振腔的结构包括依次连接的第二增益光纤、第二半反射光纤光栅、第二激光输出端；

其中高反射光纤光栅的一端与第一激光谐振腔的第一增益光纤连接，另一端与第二激光谐振腔的第二增益光纤连接，同时作为两激光谐振腔的全反射端，激光从任何一侧入射都能达到指定的反射率。

所述泵浦光源通过光纤合束器将泵浦光注入第一激光谐振腔内的第一增益光纤，泵浦光通过第一增益光纤后剩余的部分可以通过对其高透的高反射光纤光栅到达第二增益光纤，使得两激光谐振腔在共用一套泵浦光源和光纤合束器的条件下均能产生激光；

所述第一激光调制组件和第二激光调制组件可以设置不同的器件获得不同种类的激光输出。

所述高反射光纤光栅、第一半反射光纤光栅和第二半反射光纤光栅是中心波长匹配的光纤光栅对，第一半反射光纤光栅和第二半反射光纤光栅对中心波长的反射率为5％-20％，高反射光纤光栅对中心波长的反射率为95％-98％，所有光纤光栅对泵浦光波长高透射。

所述高反射光纤光栅没有通光方向的要求，激光从任何一侧入射均能获得预期的效果。

所述泵浦光源是半导体激光泵浦或同带泵浦激光器，或其它可以由光纤导入的泵浦源类型。

所述第一激光谐振腔和所述第二激光谐振腔还分别包括第一包层光滤除器，用于将可能被反射的部分泵浦光滤除，和第二包层光滤除器，用于将被两个增益介质光纤吸收后还有剩余的泵浦光滤除，避免损伤其他光纤器件和保证输出光为纯净的激光而不会掺杂泵浦光。

所述激光器的结构还包括第一激光调制组件，设置在第一激光谐振腔内，或放在第一激光谐振腔以外。

所述激光器结构还包括第二激光调制组件，设置在第二激光谐振腔内，或放在第二激光谐振腔以外。

所述第一激光调制组件或第二激光调制组件为：

调Q器件或锁模器件，以获得脉冲激光输出；

或偏振器件，以获得指定的偏振态激光输出；

或光调制器件，对输出光的相位、振幅、频率、偏振态等进行调制；

或倍频器件，以获得不同波长的激光输出。

当不设置第一激光调制组件和第二激光调制组件时，两谐振腔获得相同的连续激光输出。

所述第一增益光纤或第二增益光纤为掺稀土元素或过渡金属元素或其离子的增益光纤、保偏增益光纤、光子晶体光纤或者其它特种光纤结构，光纤基底材料包括玻璃、石英、YAG，或其他各种激光材料或非线性晶体材料，其纤芯截面结构为：圆形、三角形、方形、六边形、八边形或其他正多边形的双包层或多包层光纤。

所述第一激光谐振腔还包括泵浦光合束器，将多个泵浦光源的光合束后注入增益光纤中。

与现有技术相比，本实用新型一种可双端输出不同种类激光的全光纤激光器具有以下突出的有益效果：

本实用新型能够在一套光学模块、驱动电源、冷却模块和控制模块构成的系统中实现两种激光输出的功能；还能够通过将光纤光栅、泵浦源、合束器等器件在双激光腔中复用的方式进一步节约成本；而且可以实现两端都是连续激光输出，都是脉冲激光输出，一端连续激光输出另一端脉冲激光输出，两种不同波长激光输出，两种不同偏振态激光输出等的以上各种不同性质激光输出的任意结合。

附图说明

图1是本申请激光器结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

需要理解的是，在说明书中所使用的“第一”、“第二”、“另一”等指示顺序的术语，以及“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系的术语，为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作；除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等应做广义理解，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1所示，一种可双端输出不同种类激光的全光纤激光器，所述激光器的结构包括分别连接于同一个高反射光纤光栅两端的第一激光谐振腔和第二激光谐振腔，其中第一激光谐振腔的结构包括依次连接的高反射光纤光栅1、第一增益光纤4、泵浦光源6、光纤合束器7、第一包层光滤除器8、第一激光调制组件10、第一半反射光纤光栅2、第一激光输出端12；第二激光谐振腔的结构包括依次连接的第二增益光纤5、第二包层光滤除器9、第二激光调制组件11、第二半反射光纤光栅3、第二激光输出端13，其中高反射光纤光栅1的一端作为第一激光谐振腔的全反射端与第一增益光纤4连接，另一端作为第二激光谐振腔的全反射端与第二增益光纤5连接，高反射光纤光栅1的两端分别与第一激光谐振腔和第二激光谐振腔连接，同时作为两激光谐振腔的全反射端，所述高反射光纤光栅1没有方向区别，激光从任何一侧入射都会得到相同的效果且均能达到指定的反射率，其中：

所述高反射光纤光栅1、第一半反射光纤光栅2和第二半反射光纤光栅3是中心波长匹配的光纤光栅对，优选的，本实施例中第一半反射光纤光栅2和第二半反射光纤光栅3的反射率为10％，高反射光纤光栅1的反射率为95％，因此第一激光谐振腔的一部分信号光可以透过高反射光栅1进入第二激光谐振腔，作为其种子光，使得两激光谐振腔的激光保持较高的一致性，所有光纤光栅均对泵浦光波长高透射。

多个泵浦光源6通过光纤合束器7将泵浦光注入第一激光谐振腔内；

第一增益光纤4吸收泵浦光能量并产生激光，并在第一激光谐振腔内振荡，最终从第一激光输出端12输出；

泵浦光通过第一增益光纤4后剩余的部分可以通过对其高透的高反射光纤光栅1到达第二增益光纤5，再作为第二谐振腔的泵浦光源，由第二增益光纤吸收并产生激光，并最终从第二激光输出端13输出；

所述第一激光谐振腔还包括第一包层光滤除器8，用于将出射光中的残留泵浦光滤除，保证输出激光纯净，并防止泵浦光对激光调制组件10造成伤害。

所述第二激光谐振腔还包括第二包层光滤除器9，其功能与第一包层光滤除器相同。

所述第一激光调制组件10和第二激光调制组件11可以为以下的一种或多种的组合，以获得不同的激光输出：

调Q器件或锁模器件，以获得脉冲激光输出；

或偏振器件，以获得指定的偏振态激光输出；

或光调制器件，对输出光的相位、振幅、频率、偏振态等进行调制；

或倍频器件，以获得不同波长的激光输出；

或不加任何光学器件，使两谐振腔获得相同的连续激光输出。

所述第一激光调制组件10和第二激光调制组件11可以设置在激光谐振腔内，也可以放在谐振腔以外，即两激光器的输出端处。

所述激光器的第一激光输出端12或第二激光输出端13，其后端还可以连接激光放大器，形成主振荡功率放大结构，以便提升激光输出功率。

所述第一增益光纤4或第二增益光纤5的结构包括但不限于：

纤芯为圆形、三角形、方形、多边形或其他形状的双包层或多包层光纤；

第一增益光纤4或第二增益光纤5为一般增益光纤、保偏增益光纤、光子晶体光纤或者其它特种光纤结构；

或，与其它光纤激光器件兼容的各类波导型增益结构(例如薄膜波导，条形波导，梯形波导等)；

光纤基底材料包括但不限于玻璃、石英、YAG，或其他各种激光材料或非线性晶体材料。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可双端输出不同种类激光的全光纤激光器，其特征在于，所述激光器的结构包括第一激光谐振腔和第二激光谐振腔，其中第一激光谐振腔的结构包括依次连接的高反射光纤光栅(1)、第一增益光纤(4)、泵浦光源(6)、第一半反射光纤光栅(2)、第一激光输出端(12)；

第二激光谐振腔的结构包括依次连接的第二增益光纤(5)、第二半反射光纤光栅(3)、第二激光输出端(13)；

其中高反射光纤光栅(1)的一端与第一激光谐振腔的第一增益光纤(4)连接，另一端与第二激光谐振腔的第二增益光纤(5)连接，同时作为两激光谐振腔的全反射端，激光从任何一侧入射都能达到指定的反射率。

2.根据权利要求1所述的一种可双端输出不同种类激光的全光纤激光器，其特征在于：所述高反射光纤光栅(1)、第一半反射光纤光栅(2)和第二半反射光纤光栅(3)是中心波长匹配的光纤光栅对，第一半反射光纤光栅(2)和第二半反射光纤光栅(3)对中心波长的反射率为5％-20％，高反射光纤光栅(1)对中心波长的反射率为95％-98％，所有光纤光栅对泵浦光波长高透射。

3.根据权利要求2所述的一种可双端输出不同种类激光的全光纤激光器，其特征在于：所述高反射光纤光栅(1)没有通光方向的要求，激光从任何一侧入射均能获得预期的效果。

4.根据权利要求1所述的一种可双端输出不同种类激光的全光纤激光器，其特征在于：所述泵浦光源(6)是半导体激光泵浦或同带泵浦激光器。

5.根据权利要求1所述的一种可双端输出不同种类激光的全光纤激光器，其特征在于：所述第一激光谐振腔和所述第二激光谐振腔还分别包括第一包层光滤除器(8)和第二包层光滤除器(9)。

6.根据权利要求1所述的一种可双端输出不同种类激光的全光纤激光器，其特征在于，所述激光器的结构还包括第一激光调制组件(10)，设置在第一激光谐振腔内，或放在第一激光谐振腔以外。

7.根据权利要求1所述的一种可双端输出不同种类激光的全光纤激光器，其特征在于：所述激光器结构还包括第二激光调制组件(11)，设置在第二激光谐振腔内，或放在第二激光谐振腔以外。

8.根据权利要求6或7所述的一种可双端输出不同种类激光的全光纤激光器，其特征在于：

所述第一激光调制组件(10)或第二激光调制组件(11)为：

调Q器件或锁模器件，以获得脉冲激光输出；

或偏振器件，以获得指定的偏振态激光输出；

或光调制器件，对输出光的相位、振幅、频率、偏振态等进行调制；

或倍频器件，以获得不同波长的激光输出。

9.根据权利要求1所述的一种可双端输出不同种类激光的全光纤激光器，其特征在于：所述第一增益光纤(4)或第二增益光纤(5)为掺稀土元素、过渡金属元素或其离子的增益光纤、保偏增益光纤或光子晶体光纤，其纤芯截面结构为：圆形、正多边形的多包层光纤。

10.根据权利要求1所述的一种可双端输出不同种类激光的全光纤激光器，其特征在于：所述第一激光谐振腔还包括泵浦光合束器(7)，将多个泵浦光源(6)的光合束后注入第一增益光纤(4)中。

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