CN213026879U - 一种高功率光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种高功率光纤激光器，包括振荡器、放大器以及泵浦剥离器；其中，所述放大器分别与所述振荡器和所述泵浦剥离器电连接；所述振荡器，用于生成混有泵浦光的第一激光，并将所述第一激光发送给所述放大器；所述放大器，用于接收所述振荡器发送的所述第一激光，并对所述第一激光的功率进行放大，得到高功率的第二激光，并将所述第二激光发送给所述泵浦剥离器；所述泵浦剥离器，用于接收所述放大器发送的所述第二激光，并从所述第二激光中剥离出泵浦光，输出高功率的目标激光。本申请能够减小高功率光纤激光器整体结构的体积，降低制作工艺的复杂度，降低高功率光纤激光器的生产成本。

Description

一种高功率光纤激光器

技术领域

本申请涉及光纤光学技术领域，具体而言，涉及一种高功率光纤激光器。

背景技术

实际中，光纤激光器凭借电光转换效率高、光束质量好、结构简单紧凑、以及环境适应能力强等优点，广泛应用在石油、汽车、航空航天、国防等工业领域。

随着对激光功率需求的逐年增大，高功率光纤激光器现已成为光纤激光器的热门研究方向，现阶段光纤激光器要实现高功率输出，主要采用基于主振荡功率放大结构，具体的，在光纤激光器生成激光后，采用多级光纤放大器结构，对激光的功率逐级进行放大，得到高功率的激光。

但是，基于主振荡功率放大结构的高功率光纤振荡器采用的是多级光纤放大器结构，这将导致高功率激光器的整体结构较为庞大，制作工艺复杂、生产成本高。

实用新型内容

有鉴于此，本申请实施例的目的在于提供一种高功率光纤激光器，能够减小高功率光纤激光器整体结构的体积，降低制作工艺的复杂度，降低高功率光纤激光器的生产成本。

本申请实施例提供了一种高功率光纤激光器，包括振荡器、放大器以及泵浦剥离器；其中，所述放大器分别与所述振荡器和所述泵浦剥离器电连接；

所述振荡器，用于生成混有泵浦光的第一激光，并将所述第一激光发送给所述放大器；

所述放大器，用于接收所述振荡器发送的所述第一激光，并对所述第一激光的功率进行放大，得到高功率的第二激光，并将所述第二激光发送给所述泵浦剥离器；

所述泵浦剥离器，用于接收所述放大器发送的所述第二激光，并从所述第二激光中剥离出泵浦光，输出高功率的目标激光。

在一种可能的实施方式中，所述振荡器包括泵浦源、泵浦耦合器、第一掺杂光纤、低反光纤光栅、高反光纤光栅；所述放大器为第二掺杂光纤；所述泵浦耦合器对应有输入端、公共端以及信号端。

在一种可能的实施方式中，所述泵浦耦合器的输入端与所述泵浦源电连接；所述泵浦耦合器的公共端依次与所述第二掺杂光纤、所述低反光纤光栅、所述第一掺杂光纤以及所述高反光纤光栅电连接；所述泵浦耦合器的信号端与所述泵浦剥离器电连接。

在一种可能的实施方式中，所述泵浦耦合器的输入端与所述泵浦源电连接；所述泵浦耦合器的信号端与所述高反光纤光栅电连接；所述泵浦耦合器的公共端依次与所述第一掺杂光纤、所述低反光纤光栅、所述第二掺杂光纤以及所述泵浦剥离器电连接。

在一种可能的实施方式中，所述泵浦源为以下激光器之一：半导体激光器、固体激光器、光纤激光器、拉曼激光器。

在一种可能的实施方式中，所述第一掺杂光纤和/或所述第二掺杂光纤为掺有稀土元素的光纤。

在一种可能的实施方式中，所述泵浦耦合器对应的波长至少包括：1微米、1.5微米、2微米。

在一种可能的实施方式中，所述低反光纤光栅和/或高反光纤光栅对应的波长至少包括：1微米、1.5微米、2微米。

在一种可能的实施方式中，所述低反光纤光栅与所述高反光纤光栅构成谐振腔；

所述第一掺杂光纤，用于在所述泵浦源的激励下，在所述谐振腔内振荡出所述混有泵浦光的第一激光。

在一种可能的实施方式中，所述泵浦源通过泵浦输入光纤与所述泵浦耦合器的输入端电连接。

本申请实施例提供的一种高功率光纤激光器，包括振荡器、放大器以及泵浦剥离器；其中，所述放大器分别与所述振荡器和所述泵浦剥离器电连接；所述振荡器，用于生成混有泵浦光的第一激光，并将所述第一激光发送给所述放大器；所述放大器，用于接收所述振荡器发送的所述第一激光，并对所述第一激光的功率进行放大，得到高功率的第二激光，并将所述第二激光发送给所述泵浦剥离器；所述泵浦剥离器，用于接收所述放大器发送的所述第二激光，并从所述第二激光中剥离出泵浦光，输出高功率的目标激光。本申请实施例能够减小高功率光纤激光器整体结构的体积，降低制作工艺的复杂度，降低高功率光纤激光器的生产成本。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本申请实施例提供的一种高功率光纤激光器的结构示意图；

图2示出了本申请实施例提供的一种端面泵浦高功率输出的连续光纤激光器的结构示意图；

图3示出了本申请实施例提供的一种高功率光纤激光器中泵浦源电连接泵浦耦合器的结构示意图；

图4示出了本申请实施例提供的一种腔内泵浦高功率输出的连续光纤激光器的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

现阶段，随着对激光功率需求的逐年增大，高功率光纤激光器现已成为光纤激光器的热门研究方向，现阶段光纤激光器要实现高功率输出，主要采用基于主振荡功率放大结构，具体的，在光纤激光器生成激光后，采用多级光纤放大器结构，对激光的功率逐级进行放大，得到高功率的激光。

但是，基于主振荡功率放大结构的高功率光纤振荡器采用的是多级光纤放大器结构，这将导致高功率激光器的整体结构较为庞大，制作工艺复杂、生产成本高。

基于上述问题，本申请实施例提供了一种高功率光纤激光器，包括振荡器、放大器以及泵浦剥离器；其中，所述放大器分别与所述振荡器和所述泵浦剥离器电连接；所述振荡器，用于生成混有泵浦光的第一激光，并将所述第一激光发送给所述放大器；所述放大器，用于接收所述振荡器发送的所述第一激光，并对所述第一激光的功率进行放大，得到高功率的第二激光，并将所述第二激光发送给所述泵浦剥离器；所述泵浦剥离器，用于接收所述放大器发送的所述第二激光，并从所述第二激光中剥离出泵浦光，输出高功率的目标激光。本申请实施例能够减小高功率光纤激光器整体结构的体积，降低制作工艺的复杂度，降低高功率光纤激光器的生产成本。

针对以上方案所存在的缺陷，均是发明人在经过实践并仔细研究后得出的结果，因此，上述问题的发现过程以及下文中本申请针对上述问题所提出的解决方案，都应该是发明人在本申请过程中对本申请做出的贡献。

下面将结合本申请中附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

参见图1所示，图1为本申请实施例提供的高功率光纤激光器的结构示意图，该高功率光纤激光器包括振荡器101、放大器102以及泵浦剥离器103；其中，所述放大器102分别与所述振荡器101和所述泵浦剥离器103电连接；

所述振荡器101，用于生成混有泵浦光的第一激光，并将所述第一激光发送给所述放大器102；

所述放大器102，用于接收所述振荡器101发送的所述第一激光，并对所述第一激光的功率进行放大，得到高功率的第二激光，并将所述第二激光发送给所述泵浦剥离器103；

所述泵浦剥离器103，用于接收所述放大器发送的所述第二激光，并从所述第二激光中剥离出泵浦光，输出高功率的目标激光。

本申请实施例中，高功率光纤激光器由振荡器、放大器、泵浦剥离器三部分组成，实际中，振荡器为光纤振荡器，放大器为光纤放大器，由光纤振荡器和光纤放大器配合共同组成该高功率光纤激光器的振荡-放大结构，振荡-放大结构具体用于生成高功率的混合激光，这里，混合激光是指混有泵浦光的激光，由于混合激光中混有泵浦光，为了得到纯净的目标激光，在高功率光纤激光器中设置了泵浦剥离器，泵浦剥离器与上述振荡-放大结构电连接，具体的，与振荡-放大结构中的放大器电连接，用于对振荡-放大结构输出的高功率的混合激光中的泵浦光进行剥离，得到高功率的纯净的目标激光。

振荡-放大结构由振荡器和放大器构成，其中，振荡器，用于在泵浦源生成的泵浦光的激励下生成激光，由于泵浦光参与了激光的生成过程，因此，振荡器生成的激光中通常混有泵浦光，即振荡器生成的激光实质是混有泵浦光的混合激光，即第一激光，进而将生成的第一激光发送给放大器，放大器用于对接收到的第一激光的功率进行放大，根据用户的实际功率需求，调节放大器的相关参数，使放大器生成符合用户实际功率需求的第二激光，并将第二激光发送给泵浦剥离器，以使泵浦剥离器从第二激光中剥离出泵浦光，输出高功率的纯净的目标激光。

本申请实施例提供的高功率光纤激光器，在光纤激光器内部布置了用于放大激光功率的放大器，在光纤激光器输出激光之前，已实现对激光功率的放大，而不是在激光器输出激光后，再使用多级放大装置对激光器生成的激光的功率进行放大，通常，放大器的尺寸较小，而独立于激光器存在的多级放大装置体积较大，采用该种高功率光纤激光器，能够有效减小生成高功率激光的装置的整体体积，同时简化生成高功率激光的工艺复杂度，进而提高输出光束的质量，降低激光器的生产成本。

进一步的，参见图2所示，本申请实施例提供的高功率光纤激光器中，所述振荡器101包括泵浦源1011、泵浦耦合器1012、第一掺杂光纤1013、低反光纤光栅1014、高反光纤光栅1015；所述放大器102为第二掺杂光纤1021；所述泵浦耦合器1012对应有输入端、公共端以及信号端。

进一步的，本申请实施例提供的高功率光纤激光器中，端面泵浦和腔内泵浦皆适用于该高功率光纤激光器的泵浦方式，参见图2所示，图2为本申请实施例提供的一种端面泵浦高功率输出的连续光纤激光器的结构示意图，其中，所述泵浦耦合器1012的输入端与所述泵浦源1011电连接；所述泵浦耦合器1012的公共端依次与所述第二掺杂光纤1021、所述低反光纤光栅1014、所述第一掺杂光纤1013以及所述高反光纤光栅1015电连接；所述泵浦耦合器1012的信号端与所述泵浦剥离器103电连接。

可选的，参见图3所示，图3为本申请实施例提供的一种高功率光纤激光器中泵浦源电连接泵浦耦合器的结构示意图，所述泵浦源1011通过泵浦输入光纤104与所述泵浦耦合器1012的输入端电连接。

可选的，所述泵浦源为以下激光器之一：半导体激光器、固体激光器、光纤激光器、拉曼激光器。

作为一种可选的实施方式，泵浦源为六个半导体激光器，半导体激光器的中心波长为915nm、输出功率约为800W；泵浦耦合器为(6+1)×1泵浦合束器，其中，(6+1)×1泵浦合束器对应有六个输入端、一个公共端以及一个信号端；相应的，对应有六根泵浦输入光纤；第二掺杂光纤为25/400双包层掺镱光纤；低反光纤光栅的中心波长为1080nm、反射率为10％；第一掺杂光纤为20/400双包层掺镱光纤；高反光纤光栅的中心波长为1080nm、反射率为99.9％；泵浦剥离器为包层光泵浦剥离器，泵浦剥离器对应有输入端和输出端。

泵浦源中的每个半导体激光器通过该半导体激光器对应的泵浦输入光纤，与(6+1)×1泵浦合束器中该半导体激光器对应的输入端电连接；(6+1)×1泵浦合束器的公共端与25/400双包层掺镱光纤的一端电连接；25/400双包层掺镱光纤的另一端与中心波长为1080nm、反射率为10％的低反光纤光栅的一端电连接；中心波长为1080nm、反射率为10％的低反光纤光栅的另一端与20/400双包层掺镱光纤的一端电连接；20/400双包层掺镱光纤的另一端与中心波长为1080nm、反射率为99.9％的高反光纤光栅电连接；(6+1)×1泵浦合束器的信号端与包层光泵浦剥离器的输入端电连接；包层光泵浦剥离器的输出端用于输出高功率的纯净的目标激光。

进一步的，参见图4所示，图4为本申请实施例提供的一种腔内泵浦高功率输出的连续光纤激光器的结构示意图，其中，所述泵浦耦合器1012的输入端与所述泵浦源1011电连接；所述泵浦耦合器1012的信号端与所述高反光纤光栅1015电连接；所述泵浦耦合器1012的公共端依次与所述第一掺杂光纤1013、所述低反光纤光栅1014、所述第二掺杂光纤1021以及所述泵浦剥离器103电连接。

作为一种可选的实施方式，泵浦源为六个半导体激光器，半导体激光器的中心波长为915nm、输出功率约为800W；泵浦耦合器为(6+1)×1泵浦合束器，其中，(6+1)×1泵浦合束器对应有六个输入端、一个公共端以及一个信号端；相应的，对应有六根泵浦输入光纤；第二掺杂光纤为25/400双包层掺镱光纤；低反光纤光栅的中心波长为1080nm、反射率为10％；第一掺杂光纤为20/400双包层掺镱光纤；高反光纤光栅的中心波长为1080nm、反射率为99.9％；泵浦剥离器为包层光泵浦剥离器，泵浦剥离器对应有输入端和输出端。

泵浦源中的每个半导体激光器通过该半导体激光器对应的泵浦输入光纤，与(6+1)×1泵浦合束器中该半导体激光器对应的输入端电连接；(6+1)×1泵浦合束器的信号端与中心波长为1080nm，反射率为99.9％的高反光纤光栅电连接；(6+1)×1泵浦合束器的公共端与20/400双包层掺镱光纤的一端电连接；20/400双包层掺镱光纤的另一端与中心波长为1080nm、反射率为10％的低反光纤光栅的一端电连接；中心波长为1080nm、反射率为10％的低反光纤光栅的另一端与25/400双包层掺镱光纤的一端电连接；25/400双包层掺镱光纤的另一端与包层光泵浦剥离器的输入端电连接；包层光泵浦剥离器的输出端用于输出高功率的纯净的目标激光。

进一步的，本申请实施例提供的高功率光纤激光器中，所述第一掺杂光纤和/或所述第二掺杂光纤为掺有稀土元素的光纤，其中，稀土元素包括但不限于镱、铒、铥等。每一种掺杂光纤可以掺杂一种稀土元素，也可以掺杂多种稀土元素，使用掺杂不同种类稀土元素的掺杂光纤生成激光，其生成的激光的波长互不不同。

进一步的，本申请实施例提供的高功率光纤激光器中，所述泵浦耦合器对应的波长至少包括：1微米、1.5微米、2微米。所述低反光纤光栅和/或高反光纤光栅对应的波长至少包括：1微米、1.5微米、2微米。这里，泵浦耦合器、低反光纤光栅、高反光纤光栅均可以适应多种波长的激光。

进一步的，本申请实施例提供的高功率光纤激光器中，所述低反光纤光栅1014与所述高反光纤光栅1015构成谐振腔；

所述第一掺杂光纤1013，用于在所述泵浦源1011的激励下，在所述谐振腔内振荡出所述混有泵浦光的第一激光。

生成激光的三要素包括真介质、谐振腔、泵源，其中，低反光纤光栅与高反光纤光栅构成谐振腔，第一掺杂光纤作为真介质，在泵浦源的激励下，在谐振腔内产生激光，如果泵浦源生成的泵浦光过强，第一掺杂光纤振荡出的第一激光会混有泵浦光，因此，第一激光是混合激光。

需要说明的是，本申请中所有光纤器件和掺杂光纤用的是保偏光纤或非保偏光纤。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种高功率光纤激光器，其特征在于，包括振荡器、放大器以及泵浦剥离器；其中，所述放大器分别与所述振荡器和所述泵浦剥离器电连接；

所述振荡器，用于生成混有泵浦光的第一激光，并将所述第一激光发送给所述放大器；

所述放大器，用于接收所述振荡器发送的所述第一激光，并对所述第一激光的功率进行放大，得到高功率的第二激光，并将所述第二激光发送给所述泵浦剥离器；

所述泵浦剥离器，用于接收所述放大器发送的所述第二激光，并从所述第二激光中剥离出泵浦光，输出高功率的目标激光。

2.根据权利要求1所述的高功率光纤激光器，其特征在于，所述振荡器包括泵浦源、泵浦耦合器、第一掺杂光纤、低反光纤光栅、高反光纤光栅；所述放大器为第二掺杂光纤；所述泵浦耦合器对应有输入端、公共端以及信号端。

3.根据权利要求2所述的高功率光纤激光器，其特征在于，所述泵浦耦合器的输入端与所述泵浦源电连接；所述泵浦耦合器的公共端依次与所述第二掺杂光纤、所述低反光纤光栅、所述第一掺杂光纤以及所述高反光纤光栅电连接；所述泵浦耦合器的信号端与所述泵浦剥离器电连接。

4.根据权利要求2所述的高功率光纤激光器，其特征在于，所述泵浦耦合器的输入端与所述泵浦源电连接；所述泵浦耦合器的信号端与所述高反光纤光栅电连接；所述泵浦耦合器的公共端依次与所述第一掺杂光纤、所述低反光纤光栅、所述第二掺杂光纤以及所述泵浦剥离器电连接。

5.根据权利要求2所述的高功率光纤激光器，其特征在于，所述泵浦源为以下激光器之一：半导体激光器、固体激光器、光纤激光器、拉曼激光器。

6.根据权利要求2所述的高功率光纤激光器，其特征在于，所述第一掺杂光纤和/或所述第二掺杂光纤为掺有稀土元素的光纤。

7.根据权利要求2所述的高功率光纤激光器，其特征在于，所述泵浦耦合器对应的波长至少包括：1微米、1.5微米、2微米。

8.根据权利要求2所述的高功率光纤激光器，其特征在于，所述低反光纤光栅和/或高反光纤光栅对应的波长至少包括：1微米、1.5微米、2微米。

9.根据权利要求2所述的高功率光纤激光器，其特征在于，所述低反光纤光栅与所述高反光纤光栅构成谐振腔；

所述第一掺杂光纤，用于在所述泵浦源的激励下，在所述谐振腔内振荡出所述混有泵浦光的第一激光。

10.根据权利要求2所述的高功率光纤激光器，其特征在于，所述泵浦源通过泵浦输入光纤与所述泵浦耦合器的输入端电连接。

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