CN213304578U - 一体化的全光纤振荡器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一体化的全光纤振荡器，包括高反光栅、第一信号光纤、第二信号光纤、泵浦光源、增益光纤、低反光栅以及输出端帽，所述高反光栅刻写在第一信号光纤上，泵浦光源的泵浦光纤以拉锥烧合到信号光纤上的方式组成侧面泵浦合束器，第一信号光纤的尾端熔接增益光纤的一端，增益光纤的另一端熔接第二信号光纤的头端，低反光栅刻写在第二信号光纤上，第二信号光纤的尾端连接输出端帽。本实用新型只存在增益光纤与传能光纤之间的两个熔点，减少了传能光纤之间不必要的四个熔接点，能够有效减少全光纤激光器中因为光纤熔接点过多带来的效率降低，热负担和光束质量退化的现象，进而提升激光器的输出功率以及光束质量。

Description

一体化的全光纤振荡器

技术领域

本实用新型涉及光纤激光器技术领域，具体涉及一种少熔点的一体化高功率全光纤振荡器。

背景技术

由于转换效率高、光束质量好、结构紧凑、热处理方便、稳定性好等优点，光纤激光器已经广泛应用于工业，国防和医疗等领域。

目前，一个完整的光纤激光器包括了泵浦合束器，光纤光栅，增益光纤，包层光滤除器以及光纤端帽在内的光纤器件，而连接这些光纤器件的传统方法是光纤熔接。虽然随着熔接工艺和技术的发展，光纤熔接点的损耗以及发热等现象得到了比较大的提高。但是在激光器高功率的情况下，光纤熔接点的存在还是会降低系统的总体效率以及长时间工作的稳定性。如何将不同的光纤器件制作在同一根传能光纤上，尽可能地减少激光器系统中的熔接点，是提高高功率光纤激光系统稳定性和性能的关键问题之一。

实用新型内容

为了尽可能地减少激光器系统中的熔接点，本实用新型提出了一体化的全光纤振荡器。

为实现上述技术目的，本实用新型采用的具体技术方案如下：

一体化的全光纤振荡器，包括高反光栅、第一信号光纤、第二信号光纤、泵浦光源、增益光纤、低反光栅以及输出端帽，所述高反光栅刻写在第一信号光纤上，泵浦光源的泵浦光纤以拉锥烧合到信号光纤上的方式组成侧面泵浦合束器，第一信号光纤的尾端熔接增益光纤的一端，增益光纤的另一端熔接第二信号光纤的头端，低反光栅刻写在第二信号光纤上，第二信号光纤的尾端连接输出端帽。

优选地，所述全光纤振荡器可以为前向泵浦结构振荡器，包括前向泵浦单元，前向泵浦单元中的各泵浦光源的泵浦光纤以拉锥烧合到第一信号光纤上的方式组成侧面泵浦合束器。

优选地，所述全光纤振荡器可以为后向泵浦结构振荡器，包括后向泵浦单元，后向泵浦单元中的各泵浦光源的泵浦光纤以拉锥烧合到第二信号光纤上的方式组成侧面泵浦合束器。

优选地，所述全光纤振荡器可以为双向泵浦结构振荡器，包括前向泵浦单元和后向泵浦单元，前向泵浦单元中的各泵浦光源的泵浦光纤以拉锥烧合到第一信号光纤上的方式组成侧面泵浦合束器，后向泵浦单元中的各泵浦光源的泵浦光纤以拉锥烧合到第二信号光纤上的方式组成侧面泵浦合束器。

优选地，所述高反光栅、低反光栅分别通过飞秒刻写的方式刻写在第一信号光纤、第二信号光纤上。

优选地，还包括包层光滤除器，包层光滤除器直接设在低反光栅和输出端帽之间的第二信号光纤上。在距离输出端帽一定距离处的第二信号光纤上设有一段长度的剥除了涂覆层的裸纤，在该裸纤上利用氟酸腐蚀的方式制作包层光滤除器。包层光滤除器以及输出端帽之间的光纤用塑料软管套好，防止因外界因素损坏。

优选地，泵浦光纤上设有锥区，包括前锥区、中部腰区、后锥区，其中中部腰区的直径前后一致。泵浦光纤上的锥区的制作方法为：先把泵浦光纤上需要拉制锥区的区域剥除掉涂覆层并用无水乙醇擦拭干净，确保包层表面无污染物。然后利用氢氧焰拉锥机设置参数，使得拉锥后光纤的前锥区长度为2cm，中部腰区的直径为20μm，确保拉锥出的前锥区直径过渡平缓即可。

在第一信号光纤上，距离高反光栅一定距离的位置处设置有一段长度的剥除了涂覆层之后的裸纤。前向泵浦单元中的各泵浦光源的泵浦光纤设有锥区的一段紧贴在裸纤的外侧，然后用氢氧焰加热熔合，使得各泵浦光纤的中部腰区与裸纤熔合在一起，前向泵浦单元中的各泵浦光源的泵浦光纤以拉锥烧合到第一信号光纤上组成侧面泵浦合束器。进一步地，可以截掉各泵浦光纤的后锥区，可以便于封装和热处理。侧面泵浦合束器能够确保泵浦光通过率大于98％，信号光通过率大于97％。

同样的，在第二信号光纤上，距离低反光栅一定距离的位置处设置有一段长度的剥除了涂覆层之后的裸纤。后向泵浦单元中的各泵浦光源的泵浦光纤设有锥区的一段紧贴在裸纤的外侧，然后用氢氧焰加热熔合，使得各泵浦光纤的中部腰区与裸纤熔合在一起，后向泵浦单元中的各泵浦光源的泵浦光纤以拉锥烧合到第二信号光纤上的方式组成侧面泵浦合束器。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型在同一根无源光纤上刻写光栅，制作侧面泵浦合束器，制作包层光滤除器以及光纤端帽的手段，减少了传能光纤之间不必要的四个熔接点，有效减少全光纤激光器中因为光纤熔接点过多带来的效率降低，热负担和光束质量退化的现象，进而提升激光器的输出功率以及光束质量。

相较于传统的端面泵浦合束器，侧面泵浦耦合器是直接将泵浦光纤拉锥后熔合到信号光纤的侧面，不存在切割和熔接过程，是实现这种少熔点的一体化光纤激光器的关键器件之一。其制作过程是将两根泵浦光纤在高温下加热拉锥，并通过特制的夹具将拉锥后的泵浦光纤贴合在去除掉涂覆层的信号光纤两侧，然后使用氢氧焰将拉锥后的泵浦光纤烧合进入信号光纤侧面,使得泵浦光能够有效地耦合进入信号光纤中。

相较于传统的光纤激光器来说，只存在增益光纤与传能光纤之间的两个熔点，减少了传能光纤之间不必要的四个熔接点，以每个熔接点信号通过率98％计算，能够提升系统8％左右的效率。此外，若是熔接点没有处理妥当，在高功率激光运行的情况下，会产生难以处理的发热以及光束质量退化的现象。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为实施例1的光路图。

图2为220/242(NA＝0.22)双包层光纤拉锥到20μm结构示意图；

图3为实施例1中用到的侧面泵浦合束器的结构示意图。

图中标号说明：

1、高反光栅；2a、第一信号光纤；2b、第二信号光纤；3、泵浦半导体激光器；4、泵浦光纤；5a、第一熔接点；5b、第一熔接点；6、增益光纤；7、低反光栅；8、包层光滤除器；9、输出端帽。

具体实施方式

为了使本实用新型的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1：

参照图1至图3，本实施例提供一种一体化的全光纤振荡器，包括高反光栅1、第一信号光纤2a、第二信号光纤2b、泵浦半导体激光器3、泵浦光纤4、增益光纤6、低反光栅7、包层光滤除器8和输出端帽9。

高反光栅1的信号波长反射率大于99.8％，损耗小于0.1dB。

第一信号光纤2a、第二信号光纤2b均为20/400(NA＝0.06/0.46)双包层无源光纤。

增益光6纤为20/400(NA＝0.06/0.46)掺镱光纤。

低反光栅7的信号波长反射率～8％，损耗小于0.1dB。

本实施例采用双向泵浦结构，包括前泵浦单元和后泵浦单元。976nm的泵浦半导体激光器3的输出尾纤即泵浦光纤4，泵浦光纤4为220/242(NA＝0.22)的双包层光纤。参照图2为220/242(NA＝0.22)双包层光纤拉锥到20μm的结构示意图。泵浦光纤4上设有锥区，包括前锥区10、中部腰区12、后锥区11，其中中部腰区的直径前后一致。泵浦光纤4上的锥区的制作方法为：先把泵浦光纤4上需要拉制锥区的区域(长度在5cm左右)剥除掉涂覆层并用无水乙醇擦拭干净，确保包层表面无污染物。然后利用氢氧焰拉锥机设置参数，使得拉锥后光纤的前锥区10长度为2cm，中部腰区12的直径13为20μm，确保拉锥出的前锥区10直径过渡平缓即可。

在第一信号光纤2a上刻写有高反光栅1。本实施例1中信号光纤的长度可根据实际情况取不同长度。本实施例中第一信号光纤2a的长度为5m，在距离第一信号光纤2a一端头1.5m的位置上利用飞秒刻写的方式刻写高反光栅1。前泵浦单元中的各泵浦半导体激光器3的泵浦光纤4以拉锥烧合到第一信号光纤2a上的方式组成侧面泵浦合束器，其结构示意图如图3所示。将前向泵浦单元中的半导体激光器的泵浦光从前向注入增益光纤。在第一信号光纤2a上，距离高反光栅2米的位置设置有一段剥除了涂覆层之后的裸纤14，裸纤14的长度为5cm左右。各泵浦光纤4设有锥区的一段紧贴在裸纤14的外侧，然后用氢氧焰加热熔合，使得各泵浦光纤4的中部腰区与裸纤14熔合在一起，这样各泵浦半导体激光器3的泵浦光纤4以拉锥烧合到第一信号光纤2a上组成侧面泵浦合束器。进一步地，可以截掉各泵浦光纤4的后锥区11，这样便于封装和热处理。制作好的侧面泵浦合束器能够确保泵浦光通过率大于98％，信号光通过率大于97％。

在第二信号光纤2b上设有低反光栅7以及包层滤除器8。具体地，本实施例1中第二信号光纤2b的长度可根据实际情况取不同长度。本实施例中第二信号光纤2b的长度为15m，第二信号光纤2b的一端作为输出端熔接有输出端帽9。在距离输出端帽8m处的第二信号光纤2b上设有一段长度为20cm左右剥除了涂覆层的裸纤，在该裸纤上利用氟酸腐蚀的方式制作包层光滤除器8。包层光滤除器8以及输出端帽9之间的光纤用塑料软管套好，防止因外界因素损坏。在第二信号光纤2b上，在距离包层光滤除器2m的位置处设置有一段长度的剥除了涂覆层之后的裸纤；后向泵浦单元中的各泵浦光源的泵浦光纤设有锥区的一段紧贴在裸纤的外侧，然后用氢氧焰加热熔合，使得各泵浦光纤的中部腰区与裸纤熔合在一起。后向泵浦单元中的各泵浦半导体激光器3的泵浦光纤4以拉锥烧合到第二信号光纤2b上的方式组成侧面泵浦合束器，其结构示意图如图3所示。将后向泵浦单元中的半导体激光器的泵浦光从后向注入增益光纤。

第一信号光纤2a的尾端与增益光纤的一端熔接，形成第一熔接点5a。第一信号光纤2b的头端与增益光纤的另一端熔接，形成第二熔接点5b。

进一步地，本实施例还可设计带有光纤水冷槽的水冷盘，将18m的增益光纤放入水冷槽内，用AB胶覆盖，提升制冷效果，防止因为增益光纤发热而损坏系统结构。

本实施例只包含增益光纤与第一信号光纤、第二信号光纤之间的两个熔点，减少了不必要的4个熔点，能够有效减少全光纤激光器中因为光纤熔接点过多带来的效率降低，热负担和光束质量退化的现象，进而提升激光器的输出功率以及光束质量。

综上所述，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型，任何本领域普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本实用新型的保护范围当视权利要求书界定的范围为准。

Claims (10)

1.一体化的全光纤振荡器，包括高反光栅、第一信号光纤、第二信号光纤、泵浦光源、增益光纤、低反光栅以及输出端帽，其特征在于：所述高反光栅刻写在第一信号光纤上，泵浦光源的泵浦光纤以拉锥烧合到信号光纤上的方式组成侧面泵浦合束器，第一信号光纤的尾端熔接增益光纤的一端，增益光纤的另一端熔接第二信号光纤的头端，低反光栅刻写在第二信号光纤上，第二信号光纤的尾端连接输出端帽。

2.根据权利要求1所述的一体化的全光纤振荡器，其特征在于：所述全光纤振荡器为前向泵浦结构振荡器，包括前向泵浦单元，前向泵浦单元中的各泵浦光源的泵浦光纤以拉锥烧合到第一信号光纤上的方式组成侧面泵浦合束器。

3.根据权利要求1所述的一体化的全光纤振荡器，其特征在于：所述全光纤振荡器为后向泵浦结构振荡器，包括后向泵浦单元，后向泵浦单元中的各泵浦光源的泵浦光纤以拉锥烧合到第二信号光纤上的方式组成侧面泵浦合束器。

4.根据权利要求1所述的一体化的全光纤振荡器，其特征在于：所述全光纤振荡器为双向泵浦结构振荡器，包括前向泵浦单元和后向泵浦单元，前向泵浦单元中的各泵浦光源的泵浦光纤以拉锥烧合到第一信号光纤上的方式组成侧面泵浦合束器，后向泵浦单元中的各泵浦光源的泵浦光纤以拉锥烧合到第二信号光纤上的方式组成侧面泵浦合束器。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的一体化的全光纤振荡器，其特征在于：所述高反光栅、低反光栅分别通过飞秒刻写的方式刻写在第一信号光纤、第二信号光纤上。

6.根据权利要求5所述的一体化的全光纤振荡器，其特征在于：还包括包层光滤除器，包层光滤除器直接设在低反光栅和输出端帽之间的第二信号光纤上。

7.根据权利要求6所述的一体化的全光纤振荡器，其特征在于：在距离输出端帽一定距离处的第二信号光纤上设有一段长度的剥除了涂覆层的裸纤，在该裸纤上利用氟酸腐蚀的方式制作包层光滤除器。

8.根据权利要求7所述的一体化的全光纤振荡器，其特征在于：包层光滤除器以及输出端帽之间的光纤用塑料软管套好。

9.根据权利要求2或4所述的一体化的全光纤振荡器，其特征在于：泵浦光纤上设有锥区，包括前锥区、中部腰区、后锥区，其中中部腰区的直径前后一致；在第一信号光纤上，距离高反光栅一定距离的位置处设置有一段长度的剥除了涂覆层之后的裸纤；前向泵浦单元中的各泵浦光源的泵浦光纤设有锥区的一段紧贴在裸纤的外侧，然后用氢氧焰加热熔合，使得各泵浦光纤的中部腰区与裸纤熔合在一起，前向泵浦单元中的各泵浦光源的泵浦光纤以拉锥烧合到第一信号光纤上组成侧面泵浦合束器。

10.根据权利要求3或4所述的一体化的全光纤振荡器，其特征在于：泵浦光纤上设有锥区，包括前锥区、中部腰区、后锥区，其中中部腰区的直径前后一致；在第二信号光纤上，距离低反光栅一定距离的位置处设置有一段长度的剥除了涂覆层之后的裸纤；后向泵浦单元中的各泵浦光源的泵浦光纤设有锥区的一段紧贴在裸纤的外侧，然后用氢氧焰加热熔合，使得各泵浦光纤的中部腰区与裸纤熔合在一起，后向泵浦单元中的各泵浦光源的泵浦光纤以拉锥烧合到第二信号光纤上的方式组成侧面泵浦合束器。

Images