CN215579522U - 一种在线式多功能集成光纤器件、光纤激光放大系统和光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及激光技术领域，提供一种在线式多功能集成光纤器件、光纤激光放大系统及光纤激光器。所述在线式多功能集成光纤器件包括壳体，输入光纤和输出光纤，沿上一级信号光的入射光轴依次收容于所述壳体内的入端光纤准直器、反向泵浦源激光模块、功能模块、正向泵浦源激光模块和出端光纤准直器。所述壳体上还设有至少一组电源P I N脚，所述电源P I N脚分别与反向泵浦源激光模块和反向泵浦源激光模块电连接。相对于现有技术，本实用新型通过空间耦合减少了熔接点，提高了泵浦光的耦合效率和信号光的光束质量，并将在线式多功能集成光纤器件应用在光纤激光放大系统中，利于光纤激光器高度集成化组装。

Description

一种在线式多功能集成光纤器件、光纤激光放大系统和光纤 激光器

技术领域

本实用新型实施例涉及激光技术领域，特别涉及一种在线式多功能集成光纤器件、光纤激光放大系统和光纤激光器。

背景技术

光纤激光器具有结构紧凑、散热性能好、转换效率高、光束质量优良和性能稳定等优点已经逐步取代固体激光器、化学激光器等成为当前激光市场上的主流产品，广泛应用于工业制造。随着光纤激光器在工业制造的深入使用，对光纤激光器的输出功率及光束质量要求也不断提高。

目前，基于MOPA(Master Oscillator Power-Amplifier，主振荡功率放大器)结构的光纤激光器，主要包括主振荡器和放大级(至少一级)，以实现高功率高光束质量的激光输出。在MOPA结构中，泵浦激光通常是由半导体激光器产生并耦合到光纤输出，再通过光纤合束器耦合进增益光纤对传输的信号光进行放大，放大器之间还会使用滤波器来滤除放大的自发辐射和使用光纤隔离器来防止反向光对放大器系统产生不良影响。同时在实际的激光加工应用中，也会将红光通过波分复用器耦合到光路中作为输出激光的指引光。虽然使用这些独立的光纤器件能够满足脉冲光纤激光器系统的功能需求，但是由于信号光和泵浦激光在耦合的过程中会存在不同程度的信号和泵浦损失，转换效率低。此外，受限于目前光纤合束器的制作工艺，进入主光路的泵浦激光的亮度也会降低，从而进一步降低激光放大器的转换效率。

基于此，研究人员设计一种在线式多功能集成光纤器件，可避免过多的独立器件及其涉及的空间耦合结构(如合束器、波分复用器等)，最大程度地减少了对输入信号光的光束质量的恶化，从而有效保证了输出信号光的光束质量。

实用新型内容

针对现有技术的上述缺陷，本实用新型实施例主要解决的技术问题是提供一种在线式集成光纤器件及其光纤激光放大系统和光纤激光器，以提高放大器的转化效率以及光束质量。

为了解决上述问题，本实用新型实施方式采用的技术方案为：提供一种在线式多功能集成光纤器件，包括：壳体；

收容于所述壳体内，沿上一级信号光的入射光轴依次设置的入端光纤准直器、反向泵浦激光模块、功能模块、正向泵浦激光模块和出端光纤准直器；

所述入端光纤准直器和所述出端光纤准直器设置于所述壳体的两端，分别与输入光纤和输出光纤连接；

所述壳体上还设有至少一组电源PIN脚，所述电源PIN脚分别与反向泵浦源激光模块和正向泵浦源激光模块电连接。

在一些实施例中，所述壳体内还包括监控模块，所述监控模块沿上一级信号光的入射光轴设置在功能模块与正向泵浦激光模块之间。

在一些实施例中，所述壳体内还包括指示光模块，所述指示光模块沿上一级信号光的入射光轴设置在功能模块与出端光纤准直器之间。

在一些实施例中，所述壳体内还包括：光束模式转换模块，所述光束模式转换模块沿上一级信号光的入射光轴设置在正向泵浦激光模块与出端光纤准直器之间。

在一些实施例中所述反向泵浦激光模块包括至少一组反向泵浦激光芯片、一整形透镜、一反射镜和一第一二色镜，所述第一二色镜设置于上一级信号光的入射光轴上，所述反向泵浦激光芯片发射的泵浦光依次经过所述整形透镜、反射镜、被所述第一二色镜反射射入所述入端光纤准直器后耦合注入所述输入光纤；

所述正向泵浦激光模块包括至少一组正向泵浦激光芯片、一整形透镜、一反射镜和一第二二色镜，所述第二二色镜设置于上一级信号光的入射光轴上，所述正向泵浦激光模块中的泵浦激光芯片发射的泵浦光依次经过整形透镜、反射镜，被所述第二二色镜反射射入所述出端光纤准直器后耦合注入所述输出光纤；

所述入端光纤准直器、出端光纤准直器的泵浦光射入端镜面镀有信号光和泵浦光的高透膜层；

所述二色镜镜面镀有信号光高透膜层和泵浦光高反膜层；

所述整形透镜镜面镀有泵浦光高透膜层和信号光高反膜层；

所述反射镜镜面镀有信号光高透膜层和泵浦光高反膜层；其中，

信号光和泵浦光的高透膜层的透过率为97％～99.8％，所述信号光和泵浦光的高反膜层的反射率为97％～99.8％。

在一些实施例中，所述功能模块包括隔离器和滤波片，所述滤波片设置于隔离器前，或者，当所述滤波片的膜层镀膜兼容了可见光高透膜层时，所述滤波片置于入端光纤准直器和出端光纤准直器之间的任意位置。

在一些实施例中，所述监控模块包括：第一光电探测器、第二光电探测器，及沿上一级信号光的入射光轴设置于所述功能模块之后的第三二色镜；

所述第一光电探测器设置于上一级信号光入射第三二色镜被反射的一端；

所述第二光电探测器设置于反向射入的信号光入射第三二色镜被反射的一端；

所述第三二色镜镜面镀有信号光高透膜层，所述信号光的高透膜层的透过率为97％～99.8％。

在一些实施例中，所述指示光模块包括至少一组红光激光芯片、及设置于上一级信号光的入射光轴上的第四二色镜，所述第四二色镜镀有信号光高透膜层和红光高反膜层；

所述红光激光芯片的发射红光激光经过所述第四二色镜反射射入所述出端光纤准直器后正向耦合注入所述输出光纤；

所述红光激光的高透膜层的透过率为97％～99.8％。

此外，为了解决上述问题，本实用新型还提供了一种光纤激光放大系统，包括：如上述的在线式多功能集成光纤器件。

此外，为了解决上述问题，本实用新型提供了一种光纤激光器，包括：如上述的在线式多功能集成光纤器件。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供一种在线式多功能集成光纤器件，包括：收容于所述壳体内，沿上一级信号光的入射光轴依次设置的入端光纤准直器、反向泵浦激光模块、功能模块、正向泵浦激光模块和出端光纤准直器；所述入端光纤准直器和所述出端光纤准直器设置于所述壳体的两端，分别与输入光纤和输出光纤连接；所述壳体上还设有至少一组电源PIN脚，所述电源PIN脚分别与反向泵浦源激光模块和反向泵浦源激光模块电连接。其中，所述反向泵浦激光模块包括至少一组反向泵浦激光芯片、一整形透镜、一反射镜和一二色镜，所述二色镜设置于上一级信号光的入射光轴上，所述反向泵浦激光芯片发射的泵浦光依次经过所述整形透镜、反射镜、被所述第一二色镜反射射入所述入端光纤准直器后耦合注入所述输入光纤；所述正向泵浦激光模块包括至少一组正向泵浦激光芯片、一整形透镜、一反射镜和一第二二色镜，所述第二二色镜设置于上一级信号光的入射光轴上，所述正向泵浦激光模块中的泵浦激光芯片发射的泵浦光依次经过整形透镜、反射镜，被所述第二二色镜反射射入所述出端光纤准直器后耦合注入所述输出光纤。相对于现有技术，本实用新型通过所述二色镜实现空间耦合，取代了光纤和合束器，减少了熔接点，提高了泵浦光的耦合效率和光束质量。此外，本实用新型还集成了功能模块，实现了隔离及滤波的功能。本实用新型采用集成化设计还集成了监控模块、指示光模块，实现了对射入的上一级信号光及回返光的监控，及信号光、泵浦光及指示光的耦合集成输出。

此外，将本实用新型提供的在线式多功能集成光纤器件应用在光纤激光放大系统及光纤激光器中，只需分别与输入光纤和输出光纤连接，安装过程更加简单，利于光纤激光器高度集成化组装。

附图说明

一个或者多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同数字符号的元件/模块表示为类似的元件/模块，除非特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是现有技术中光纤激光器光路结构的放大器的示意图；

图2是本实用新型提供的一种在线式多功能集成光纤器件的结构框图；

图3是图2具体实施例一提供的一种在线式多功能集成光纤器件的结构示意图；

图4是图2具体实施例二提供的一种在线式多功能集成光纤器件的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。需要说的是，当元件被表述为“设于”/“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。此外，在本说明书中，所述“第一”、“第二”字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同项或相似项进行区分，在本实用新型实施例中不作限制。本实用新型的输出端和输入端均指信号光(激光)的输入和输出，除非另有说明，比如输入光纤/输出光纤。为了便于光学器件位置限制，本实用新型以信号光(激光)入射方向为正向方向或者正向光，且以此入射方向为参考进行部件的位置限定，本实用新型以信号光的传输路径为主光路。本实用新型的信号光、泵浦光、指示光的损耗均指功率的损耗或者能量的损耗，除非另有说明。

首先，请参阅图1，图1为现有技术中光纤激光器光路结构的放大器的示意图，请参阅图1。在所述光纤放大器中，P1和P2为增益光纤，图1中的虚框部分10包括反向合束器1、泵浦源2、隔离器3、波分复用器5、红光指示源4、正向合束器7和泵浦源6，这些独立的光学器件均通过光纤进行泵浦光和信号光的传输。具体地，泵浦源2输出的泵浦光通过反向合束器1耦合注入到增益光纤P1中，激励产生信号光，实现增益放大，增益光纤P1中的信号光依次传输经过反向合束器1、隔离器3、波分复用器5、正向合束器7，然后注入到增益光纤P2中；红光指示源4输出红光激光，通过波分复用器5耦合，然后经过合束器注入到增益光纤P2中；泵浦源6输出泵浦光通过正向合束器7耦合注入到增益光纤P2中，实现增益放大。在所述放大器结构中，泵浦光通过正向合束器7耦合以及器件之间通过光纤连接形成熔接点，这些均会导致增加信号光及泵浦光的损耗、光束质量的变差。同时，红光指示源4通过波分复用器5耦合注入该光纤放大器中，波分复用器一般为熔融拉制结构，也造成红光指示源4的红光激光束质量的减弱。

为解决现有技术的不足，本实用新型提供了一种在线式多功能集成光纤器件100，可实现泵浦光和信号光的空间耦合集成，减少熔接点，提高光束质量，请参阅图2。一种在线式多功能集成光纤器件100，包括：壳体80；以及收容于所述壳体80内，沿上一级信号光L1的入射光轴依次设置的入端光纤准直器31、反向泵浦激光模块21、功能模块40、正向泵浦激光模块22和出端光纤准直器32；所述入端光纤准直器31和所述出端光纤准直器32设置于所述壳体80的两端，分别与输入光纤F1和输出光纤F2连接；所述壳体上还设有至少一组电源PIN脚，所述电源PIN脚90分别与反向泵浦源激光模块21和反向泵浦源激光模块22电连接。所述的输入光纤F1和输出光纤F2实现了所述在线式多功能集成光纤器件的在线形式。所述反向泵浦源激光模块21输出泵浦光L2射入所述入端光纤准直器31并耦合注入所述输入光纤F1，实现上一级信号光L1在上一级激光放大系统中进行功率放大；所述正向泵浦源激光模块22输出泵浦光L3射入所述出端光纤准直器32并耦合注入所述输出光纤F2，实现上一级信号光L1进入下一级激光放大系统进行功率放大。

在具体应用中，所述功能模块包括隔离器及滤波片，因此，所述在线式多功能集成光纤器件还可以实现隔离及滤波的功能。所述在线式多功能集成光纤器件除了设置多功能模块外，还设置了指示光模块，发射可见光，用于指示作用。所述指示光模块沿上一级信号光的入射轴设置在功能模块与出端光纤准直器之间，所述指示光模块的设置可以使所述在线式多功能集成器件实现泵浦光、信号光和指示光耦合集成输出。此外，所述在线式多功能集成光纤器件还设置了监控模块，所述监控模块沿上一级信号光的入射光轴设置在功能模块与正向泵浦激光模块之间，所述监控模块的设置可以使所述在线式多功能集成光纤器件实现信号光和回返光的实时监控，以保护所述在线式多功能集成光纤器件不被损坏。优选地，本实施例，收容于壳体内，沿上一级信号光的入射光轴依次设置入端光纤准直器、反向泵浦激光模块、功能模块、监控模块、指示光模块、正向泵浦激光模块和出端光纤准直器。

具体地，下面结合附图，对本实施例进一步阐述。

实施例一

在激光加工应用中，尤其是高功率焊接、切割、钻孔等，由于金属材料表面对光具有高反射性，这导致输出的激光会有一部分沿输出光路反射回激光器中，这部分光为回返光，回返光会损坏激光器的光学器件，使激光器的性能下降。

基于此，本实用新型实施例提供一种在线式多功能集成光纤器件100，请参阅图3。该在线式多功能集成光纤器件100包括：壳体80、输入光纤F1和输出光纤F2，沿上一级信号光L1的入射光轴依次收容于所述壳体80内的入端光纤准直器31、反向泵浦源激光模块21、功能模块40、监控模块60、指示光模块70、正向泵浦源激光模块22和出端光纤准直器32。所述壳体80上还设有至少一组电源PIN脚90，所述电源PIN脚90分别与反向泵浦源激光模块21和反向泵浦源激光模块22电连接；所述入端光纤准直器31和所述出端光纤准直器32设置于所述壳体80的两端，分别与输入光纤F1和输出光纤F2连接；所述的输入光纤F1和输出光纤F2实现了所述在线式多功能集成光纤器件的在线形式。所述输入光纤F1和输出光纤F2分别为单包层光纤、多包层光纤、保偏光纤、锥形光纤、有源光纤或者光子晶体光纤中的任意一种。本实施例，优选地，所述的输入光纤F1和输出光纤F2为双包层光纤。

所述反向泵浦源激光模块21输出泵浦光L2射入所述入端光纤准直器31并耦合注入所述输入光纤F1，实现上一级信号光L1在上一级激光放大系统中进行功率放大；所述正向泵浦源激光模块22输出泵浦光L3射入所述出端光纤准直器32并耦合注入所述输出光纤F2，实现上一级信号光L1进入下一级激光放大系统进行功率放大。

具体地，请继续参阅图3，所述反向泵浦源激光模块21包括：至少一组反向泵浦激光芯片211、一第一整形透镜212、一第一反射镜213和一第一二色镜11，所述第一二色镜11设置于上一级信号光L1的入射光轴上，所述反向泵浦激光芯片211发射的泵浦光L1依次经过所述整形透镜212、反射镜213、被所述第一二色镜11反射射入所述入端光纤准直器31后耦合注入所述输入光纤F1，实现上一级信号光L1在上一级激光放大系统中进行功率放大。所述正向泵浦激光模块22包括至少一组正向泵浦激光芯片221、一第二整形透镜222、一第二反射镜223和一第二二色镜12，所述第二二色镜12设置于上一级信号光L1的入射光轴上，所述正向泵浦激光模块22中的泵浦激光芯片221发射的泵浦光L3依次经过整形透镜222、反射镜223，被所述第二二色镜12反射射入所述出端光纤准直器32后耦合注入所述输出光纤F2。实现实现上一级信号光L1进入下一级激光放大系统进行功率放大。

所述电源PIN脚包括：第一电源PIN脚901、第二电源PIN脚902，所述第一电源PIN脚901与所述反向泵浦激光芯片211电连接，以提供电流，用于反向泵浦激光芯片发射泵浦光L2，所述第二电源PIN脚902与所述正向泵浦激光芯片电连接，以提供电流，用于正向泵浦激光芯片发射泵浦光L3。

需要说明的是，本实用新型实施例所述的在线式多功能集成光纤器件，包括至少正向泵浦激光芯片与至少正向泵浦激光芯片，实现正向泵浦和反向泵浦。因此，本实施例所述的在线式多功能集成光纤器件可以实现较高的功率输出，优选为20-300W，及应用在中高功率光纤激光器中，所述中功率光纤激光器的功率为100-1000W，所述的高功率光纤激光器的功率不低于1000W。

具体地，为了减少镜面对信号光以及泵浦光的损耗，所述入端光纤准直器31和所述出端光纤准直器32的泵浦光射入端镜面镀有信号光和泵浦光的高透膜层。所述第一二色镜11和所述第二二色镜12镜面镀有信号光高透膜层和泵浦光高反膜层；所述第一整形透镜212和第二整形透镜222镜面镀有泵浦光高透膜层和信号光高反膜层，所述第一反射镜213第二反射镜和223镜面镀有泵浦光高反膜层和信号光高透膜层。

根据具体加工应用场景，可选用不同的波长激光；目前，一般选用的信号光的波长为1060nm或者2000nm中的至少一种，泵浦光的波长为915nm、940nm、976nm中的至少一种，不局限于所列各种波长。本实施例，优选所述上一级信号光的波长为1060nm，所述泵浦光的波长为915nm。

因此，本实施例一，所述入端光纤准直器31和所述出端光纤准直器32的泵浦光射入端镜面镀有与所述上一级信号光L1、泵浦光L2及泵浦光L3波长一致的高透膜层，即所述第一准直器31和所述出端光纤准直器32的泵浦光射入端镜面镀有1060nm和915nm的高透膜层；同理，所述第一二色镜11、第二二色镜12镜面上镀有1060nm高透膜层和915nm高反膜层。所述一整形透镜212和222镜面镀有915nm高透膜层和1060nm高反膜层，所述第一反射镜213镀有915nm高反膜层和1060nm高透膜层。所述第二整形透镜222镜面镀有915nm高透膜层和1060nm高反膜层，所述第二反射镜213镀有915nm高反膜层和1060nm高透膜层。

具体地，本实施例一，所述反向泵浦激光芯片211发射915nm泵浦光L2依次通过第一整形透镜212和第一反射镜213，被第一反射镜213反射进入第一二色镜11上，然后经过所述第一二色镜11反射射入所述入端光纤准直器31，最后耦合注入所述输入光纤F1，通过反向泵浦实现上一级信号光L1在上一级激光放大系统进行功率放大。所述正向泵浦激光芯片221发射915nm泵浦光L3依次通过第二整形透镜222和第二反射镜223，被第二反射镜223反射进入第二二色镜12上，然后被第二二色镜12反射射入出端光纤准直器32，最后耦合注入输出光纤F2，通过正向泵浦实现上一级信号光L1进入下一级激光放大系统进行功率放大。

现有的光纤器件技术需要通过光纤从集成器件外部注入泵浦光，即泵浦源发射泵浦光，将泵浦光耦合进入光纤，再通过光纤向集成器件泵浦光，而本实施例直接将至少一组泵浦激光芯片集成在所述在线式多功能集成光纤器件100中，减少了光纤耦合及传输的过程，泵浦光损耗减少，泵浦光利用效率有明显提高；同时，无需外接泵浦源，致使所述在线式多功能集成光纤器件100整体集成度更高，应用在光纤激光放大系统及光纤激光器中只需分别与输入光纤F1及输出光纤F2连接，使安装过程更加简单。

请继续参见图3，首先，需要说明的是回返光指一部分沿输出光路反射回激光器中的激光，主要包括反向入射的信号光LB及少数的泵浦光(未图示)。为了监测射入的所述上一级信号光L1和回返光(主要是反向入射的信号光L1B)的时域或功率特性，确保激光器正常运行；优选地，所述监控模块60包括：第一光电探测器601、第二光电探测器602及沿上一级信号光L1的入射光轴设置于所述功能模块40之后的第三二色镜13。本实施例采用第一光电探测器601和第二光电探测器602监测射入的所述上一级信号光L1和回返光，确保激光器正常运行。优选地，所述第三二色镜13镜面上镀有1060nm高透膜层。所述第一光电探测器601设于上一级信号光L1入射二色镜13被反射的一端。所述第二光电探测器602设于反向射入的信号光L1B入射二色镜13被反射的一端。

请继续参见图3，所述指示光模块70，用于输出可见的指示光，所述电源PIN脚90与指示光模块90电连接。所述指示光模块70包括至少一组红光激光芯片701、及设置于上一级信号光的入射光轴上的第四二色镜14，所述第四二色镜14镀有信号光高透膜层和红光高反膜层；所述电源PIN脚包括：第三电源PIN脚903，与所述红光激光芯片701电连接，以提供电流，实现所述红光激光芯片701发射红光激光L4。具体地，本实施例一为了实现所述红光激光L4与所述上一级信号光L1一同耦合注入所述输出光纤F2，所述第四二色镜14的镜面上镀有与所述上一级信号光L1波长一致的高透膜层和与所述红光激光L4波长一致的高反膜层，即，所述第四二色镜镜面上镀有1060nm高透膜层和632nm的高反膜层。所述红光激光芯片701发射红光激光L4经过第四二色镜14，被反射射入出端光纤准直器32，最后与所述的上一级信号光L1及泵浦光L3一同耦合注入输出光纤F2中。相较于现有技术中由外部通过光纤注入红光激光，本实施例在所述在线式多功能集成光纤器件100内集成至少一组红光激光芯片701，直接发射红光激光L4，减少了光纤的耦合及传输的过程，减少了红光激光L4的损耗。

需要说明的是，所述信号光的高透膜层，透过率为97％～99.8％；所述泵浦光及可见光的高反膜层，反射率为97％～99.8％；所述红光激光的高透膜层，透过率为97％～99.8％。例如，在不考虑入端光纤准直器31及功能模块40对所述上一级信号光L1功率损耗的情况下，当上一级信号光L1射入所述在线式多功能集成光纤器件100的功率为50W时，所述第一二色镜11、所述第二二色镜12、所述第三二色镜13和所述第四二色镜14的镜面镀有信号光高透膜层，其中，所述高透膜层的透过率均为98％时，则50W的信号光L1经过所述第一二色镜11后，透过49W的信号光L1，反射1W的信号光L1；接着49W的信号光L1经过所述第三二色镜13后，透过48.02W的信号光L1，反射0.98W的信号光L1，这一小部分被反射的信号光L1，即信号光L1a(0.98W)可被所述监控模块60接收并作为检测信号。以此类推，当48.02W的信号光L1再依次经过第四二色镜14和第二二色镜12后，到达出端光纤准直器32的信号光L1的功率约为46.12W。同理，反向入射的信号光L1B经过第三二色镜13时，也会有小部分反向入射的信号光L1B，即信号光L1b经反射被所述监控模块60接收并作为检测信号。

故本实施例中，所述上一级信号光L1入射所述第三二色镜13上，小部分所述上一级信号光L1，即信号光L1a，经反射被所述第一光电探测器601接收作为监测信号，当传输第一光电探测器的信号光L1a的光强度或者热量达到预设值时，会自动关闭激光器，起到保护器件的作用。所述反向入射的信号光L1B入射所述第三二色镜上，小部分所述反向入射信号光L1B，即信号光L1b，经反射被所述第二光电探测器602接收作为监测信号，当传输第二光电探测器602的信号光L1b的光强度或者热量达到预设值时，会自动关闭激光器，起到保护器件的作用。

请继续参阅图3，所述功能模块40为隔离器411。沿上一级信号光L1的入射光轴方向依次设置有入端光纤准直器31、第一二色镜11、隔离器411、第三二色镜13、第四二色镜14、第二二色镜12和出端光纤准直器32。需要说明的是本实施例所述的在线式多功能集成光纤器件100还包括沿上一级信号光L1入射光轴方向设置滤波片412，所述滤波片412设置于所述隔离器411前，或者设于所述第四二色镜14前。当所述滤波片412上的膜层兼容了具有指示作用的红光激光高透膜层时，所述滤波片412设置于第一准直器31和出端光纤准直器32之间的任意位置。本实施例，所述具有指示作用的可见光为红光激光，故本实施例所述的滤波片412上镀有632nm高透膜层。

本实施例中，优选地，所述滤波片412设置于所述隔离器411之后。所述滤波片412用于滤除设定带宽以外的光，保证输出激光的稳定性和可靠性。

在本实施例中，由于隔离器411对射入的光具有波长选择性，其只能通过所述上一级信号光L1，即1060nm的信号光，为了防止所述红光激光L4(632nm)在隔离器411中被大部分损耗，故本实施例沿所述上一级信号光L1的入射光轴，所述第四二色镜14置于所述功能模块40之后。

在本实施例中，由于所述第二二色镜12的镜面镀有915nm高反膜层，则回返光中的泵浦光和/或拉曼光的光强度会被所述第二二色镜12削弱，避免回返光中泵浦光和/或拉曼光进入所述隔离器411，造成热量积累，影响所述隔离器411的性能，起到保护所述在线式多功能集成光纤器件100的作用。同时，由于所述第一二色镜11与第二二色镜12的镜面镀有1060nm高透膜层和915nm高反膜层，在减少915nm的泵浦光的损耗时候，也可以避免回返光中1060nm的信号光进入反向泵浦激光芯片211及正向泵浦激光芯片221，防止泵浦激光芯片被烧损。

本实施例中提供的在线式多功能集成光纤器件100包括：壳体80，输入光纤F1和输出光纤F2，沿上一级信号光L1的入射光轴依次收容于所述壳体80内的入端光纤准直器31、反向泵浦源激光模块21、功能模块40、监控模块60、指示光模块70、正向泵浦源激光模块22和出端光纤准直器32。所述壳体80上还设有至少一组电源PIN脚90，所述电源PIN脚90分别与反向泵浦源激光模块21和反向泵浦源激光模块22电连接；所述入端光纤准直器31和所述出端光纤准直器32设置于所述壳体80的两端，分别与输入光纤F1和输出光纤F2连接。所述反向泵浦源激光模块21包括至少一组反向泵浦激光芯片211、一第一整形透镜212、一第一反射镜213和一第一二色镜11，所述正向泵浦源激光模块22包括：包括至少一组正向泵浦激光芯片221、一第二整形透镜222、一第二反射镜223和一第二二色镜12，所述指示光模块包括：至少一组红光激光芯片701。

本实施例提供了一种在线式多功能集成光纤器件100，相较于现有技术，(1)本实施例将反向泵浦激光芯片211、正向泵浦激光芯片221和红光激光芯片701也集成在了所述在线式多功能集成光纤器件100中，整体集成度更高，无需从外部注入泵浦光和指示光，减少了泵浦光和指示光的损耗，使所述在线式多功能集成光纤器件100应用在光纤激光放大系统及光纤激光器中只需分别与输入光纤F1及输出光纤F2连接，安装过程更加简单；(2)本实施例中，所述在线式多功能集成光纤器件100发射泵浦光L3和红光激光L4，所述泵浦光L3通过第二二色镜12及红光激光L4通过第四二色镜14，最后同射入的上一级信号光L1一同耦合注入输出光纤F2，实现了所述上一级信号光L1、泵浦光L3和红光激光L4一同耦合集成输出，无需光纤及合束器，提高了信号光L1、泵浦光L3和红光激光L4的耦合效率高，提升了泵浦光的转换效率；(3)本实施例中，所述的在线式多功能集成光纤器件100还集成了隔离、滤波的功能，避免过多的独立器件及其涉及的空间耦合器件(如合束器、波分复用器等)，最大程度地减少了对射入的所述上一级信号光的光束质量的恶化，从而有效保证了输出信号光的光束质量。

其次，本实施例还提供了一种光纤激光放大系统，该光纤激光放大系统包括实施例中的在线式多功能集成光纤器件。

此外，本实施例还提供了一种光纤激光器，该光纤激光器包括实施例中的在线式多功能集成光纤器件。

实施例二

激光器产生的信号光光束模式基本都是呈高斯分布，但是在一些特殊的使用场景，某些材料的加工并不适合用到高斯分布光束，例如在激光清洗中，因高斯分布光束能量过于集中会导致清洗的有效面积较小，而且可能损伤基材，而平顶分布光束输出的能量分布比较均匀，因此，平顶分布光束更适合激光清洗。但是现有的集成器件中无法实现切换光束模式，转换信号光的能量分布。

基于此，本实用新型实施例二提供一种在线式多功能集成光纤器件100，请参阅图4。实施例二所述的在线式多功能集成光纤器件100相较实施例一还包括：沿上一级信号光L1入射光轴的方向设置有的光束模式转换模块50，所述光束模式转换模块50沿上一级信号光的入射光轴设置在正向泵浦激光模块21与出端光纤准直器32之间；优选地，本实施例二中所述光束模式转换模块50设于所述功能模块40与监控模块60之间。所述光束模式为高斯分布、环形分布和平顶分布中的至少一种。所述光束模式转换模块50为光学衍射元件511，用于将耦合进入所述集成光纤器件100的上一级信号光L1由高斯分布光束转化成平顶分布光束或者环形分布光束；所述的平顶分布光束或者环形分布光束的上一级信号光L1再依次通过第三二色镜13、第四二色镜14和出端光纤准直器32，最后耦合注入输出光纤F2中，实现上一级信号光L1进入下一级激光放大系统进行功率放大。

需要说明的是，本实施例中的功能模块40为隔离器411与滤波片412。

本实施例还提供了一种光纤激光放大系统，该光纤激光放大系统包括实施例中的在线式多功能集成光纤器件。

此外，本实施例还提供了一种光纤激光器，该光纤激光器包括实施例中的在线式多功能集成光纤器件。

综上所述，本实用新型提供的集成光纤器件100包括：壳体80、输入光纤F1和输出光纤F2，沿上一级信号光L1的入射光轴依次收容于所述壳体80内的入端光纤准直器31、反向泵浦源激光模块21、功能模块40、监控模块60、指示光模块70、正向泵浦源激光模块22和出端光纤准直器32。所述壳体80上还设有至少一组电源PIN脚90，所述电源PIN脚90分别与反向泵浦源激光模块21和反向泵浦源激光模块22电连接；所述入端光纤准直器31和所述出端光纤准直器32设置于所述壳体80的两端，分别与输入光纤F1和输出光纤F2连接。所述反向泵浦源激光模块21包括至少一组反向泵浦激光芯片211、一第一整形透镜212、一第一反射镜213和一第一二色镜11，所述正向泵浦源激光模块22包括：包括至少一组正向泵浦激光芯片221、一第二整形透镜222、一第二反射镜223和一第二二色镜12；所述监控模块60包括：第一光电探测器601、第二光电探测器602及沿上一级信号光L1的入射光轴设置于所述功能模块40之后的第三二色镜13；所述指示光模块包括：至少一组红光激光芯片701，及设置于上一级信号光的入射光轴上的第四二色镜14，所述电源PIN脚90与指示光模块90电连接。所述反向泵浦激光芯片211发射的泵浦光L1依次经过所述整形透镜212、反射镜213、被所述第一二色镜11反射射入所述入端光纤准直器31后耦合注入所述输入光纤F1，实现上一级信号光L1在上一级激光放大系统中进行功率放大。所述正向泵浦激光模块22包括至少一组正向泵浦激光芯片221、一第二整形透镜222、一第二反射镜223和一第二二色镜12，所述第二二色镜12设置于上一级信号光L1的入射光轴上，所述正向泵浦激光模块22中的泵浦激光芯片221发射的泵浦光L3依次经过整形透镜222、反射镜223，被所述第二二色镜12反射射入所述出端光纤准直器32后耦合注入所述输出光纤F2。实现实现上一级信号光L1进入下一级激光放大系统进行功率放大。

相较于现有技术，(1)本实用新型通过二色镜实现空间耦合，取代光纤和合束器，避免过多的独立器件及其涉及的空间耦合结构，减少了熔接点，提高了泵浦光的耦合效率和信号光的光束质量，并集成了所述至少一组泵浦激光芯片用于发射泵浦光，无需从外部通过光纤注入泵浦光，也减少了泵浦光的损耗。(2)本实用新型所述的在线式多功能光纤集成器件还集成至少一组红光激光芯片701发射红光激光L4，无需从外部通过光纤注入指示光，所述红光激光L4、泵浦光L3和上一级信号光L1通过出端光纤准直器32耦合注入到输出光纤F2中，实现指示光、泵浦光和信号光的集成输出。(3)本实用新型的功能模块包括隔离器及滤波片，因此，所述在线式多功能集成光纤器件还可以实现隔离及滤波的功能。(4)本实用新型还集成了光束模式转化模块50，用于将上一级信号光L1由高斯分布光束转换成平顶分布光束或环形分布光束。(5)最后，将本实施例提供的在线式多功能集成光纤器件100应用在光纤激光放大系统及光纤激光器中只需分别与输入光纤及输出光纤连接，安装过程更加简单，利于光纤激光器高度集成化组装。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种在线式多功能集成光纤器件，其特征在于，包括：

壳体；以及收容于所述壳体内，沿上一级信号光的入射光轴依次设置的入端光纤准直器、反向泵浦激光模块、功能模块、正向泵浦激光模块和出端光纤准直器；

所述入端光纤准直器和所述出端光纤准直器设置于所述壳体的两端，分别与输入光纤和输出光纤连接；

所述壳体上还设有至少一组电源PIN脚，所述电源PIN脚分别与反向泵浦源激光模块和正向泵浦源激光模块电连接。

2.如权利要求1所述在线式多功能集成光纤器件，其特征在于，所述壳体内还包括监控模块，所述监控模块沿上一级信号光的入射光轴设置在功能模块与正向泵浦激光模块之间。

3.如权利要求1所述在线式多功能集成光纤器件，其特征在于，所述壳体内还包括指示光模块，所述指示光模块沿上一级信号光的入射光轴设置在功能模块与出端光纤准直器之间。

4.如权利要求1所述在线式多功能集成光纤器件，其特征在于，所述壳体内还包括光束模式转换模块，所述光束模式转换模块沿上一级信号光的入射光轴设置在正向泵浦激光模块与出端光纤准直器之间。

5.如权利要求1所述在线式多功能集成光纤器件，其特征在于，所述反向泵浦激光模块包括至少一组反向泵浦激光芯片、一整形透镜、一反射镜和一第一二色镜，所述第一二色镜设置于上一级信号光的入射光轴上，所述反向泵浦激光芯片发射的泵浦光依次经过所述整形透镜、反射镜、被所述第一二色镜反射射入所述入端光纤准直器后耦合注入所述输入光纤；所述正向泵浦激光模块包括至少一组正向泵浦激光芯片、一整形透镜、一反射镜和一第二二色镜，所述第二二色镜设置于上一级信号光的入射光轴上，所述正向泵浦激光模块中的泵浦激光芯片发射的泵浦光依次经过整形透镜、反射镜，被所述第二二色镜反射射入所述出端光纤准直器后耦合注入所述输出光纤，所述入端光纤准直器、出端光纤准直器的泵浦光射入端镜面镀有信号光和泵浦光的高透膜层，所述二色镜镜面镀有信号光高透膜层和泵浦光高反膜层，所述整形透镜镜面镀有泵浦光高透膜层和信号光高反膜层，所述反射镜镜面镀有信号光高透膜层和泵浦光高反膜层，其中信号光和泵浦光的高透膜层的透过率为97％～99.8％，所述信号光和泵浦光的高反膜层的反射率为97％～99.8％。

6.如权利要求1所述的在线式多功能集成光纤器件，其特征在于，所述功能模块包括隔离器和滤波片，所述滤波片设置于隔离器前，或者，当所述滤波片的膜层镀膜兼容了可见光高透膜层时，所述滤波片置于入端光纤准直器和出端光纤准直器之间的任意位置。

7.如权利要求2所述的在线式多功能集成光纤器件，其特征在于，所述监控模块包括：第一光电探测器、第二光电探测器，及沿上一级信号光的入射光轴设置于所述功能模块之后的第三二色镜，所述第一光电探测器设置于上一级信号光入射第三二色镜被反射的一端，所述第二光电探测器设置于反向射入的信号光入射第三二色镜被反射的一端，所述第三二色镜镜面镀有信号光高透膜层，所述信号光的高透膜层的透过率为97％～99.8％。

8.如权利要求3所述的在线式多功能集成光纤器件，其特征在于，所述指示光模块包括至少一组红光激光芯片及设置于上一级信号光的入射光轴上的第四二色镜，所述第四二色镜镀有信号光高透膜层和红光高反膜层，所述红光激光芯片的发射红光激光经过所述第四二色镜反射射入所述出端光纤准直器后正向耦合注入所述输出光纤，所述红光激光的高透膜层的透过率为97％～99.8％。

9.一种光纤激光放大系统，其特征在于，包括：如权利要求1-8任一项的在线式多功能集成光纤器件。

10.一种光纤激光器，其特征在于，包括：如权利要求1-8任一项的在线式多功能集成光纤器件。

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