CN218632777U - 一种可实现多种激光模式输出切换的光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于光纤激光器技术领域，具体涉及一种可实现多种激光模式输出切换的光纤激光器，包括依次设置的激光种子源、谱宽调节器、1×N光纤分束器、N路相位控制器、N路偏振控制器、N路光纤前级放大器、光纤合束器、光纤主放大级、端帽和模式控制器，模式控制器分别与相位控制器、偏振控制器和光纤前级放大器连接，所述端帽和模式控制器之间设置有模式分解装置一或者模式分解装置二。本实用新型可以实现光纤激光器以多种线偏振(LP)模式或其任意组合输出，实现多种输出光强分布，可满足对光强分布定制化输出的需求，应用范围更广，灵活性更高。

Description

一种可实现多种激光模式输出切换的光纤激光器

技术领域

本实用新型属于光纤激光技术领域，具体涉及一种可实现多种激光模式输出切换的光纤激光器。

背景技术

光纤激光器在工业加工、国防和科研领域应用日益广泛。按照输出模式的特点，光纤激光器可分为单模激光器和多模激光器两大类。

单模激光器是通过光纤芯径选择、盘绕等技术实现基模激光输出，基模输出的激光其光强分布为高斯型，具有高光束质量，经透镜聚焦后具有非常小的光斑直径，多用于激光精密打孔等要求聚焦光斑尺寸很小的场合；单模激光经准直扩束后具有很小的光束发散角，也经常用于激光远距离传输等；多模光纤激光器主要用于更大功率、对输出光束质量要求不高、光强分布无特殊要求的场合，如大功率激光切割、激光熔覆等。随着激光特种加工应用、激光粒子操控等应用需求不断增长，具有特定输出光强分布的激光器受到关注。

目前已有结构是在单模激光输出后使用整形光学元件进行光强整形的结构来获得需要的光强分布；但这种结构的缺点是针对不同的光强分布需求，要定制新的光束整形光学元件组合，使用灵活性受到限制。

实用新型内容

本实用新型提出一种新的光纤激光器构型，可以实现光纤激光器以多种线偏振(LP)模式或其任意组合输出，实现多种输出光强分布，可满足对光强分布定制化输出的需求，应用范围更广，灵活性更高。

为了实现上述的技术效果，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种可实现多种激光模式输出切换的光纤激光器，包括依次设置的激光种子源、谱宽调节器、1×N光纤分束器、N路相位控制器、N路偏振控制器、N路光纤前级放大器、光纤合束器、光纤主放大级、端帽和模式控制器，模式控制器分别与相位控制器、偏振控制器和光纤前级放大器连接，所述端帽和模式控制器之间设置有模式分解装置一或者模式分解装置二。

优选的，所述模式分解装置一包括依次设置高反镜、分光镜、全息光栅、透镜和光电探测器组件。

优选的，所述光电探测组件为光电探测阵列。

优选的，所述模式分解装置二包括高反镜、单一透镜、小孔光阑和光电探测组件。

优选的，所述光电探测组件为单元光电探测器。

优选的，所述高反镜和端帽相邻设置，所述光电探测组件与模式控制器连接。

优选的，所述激光种子源输出为保偏激光，具备大于1cm的相干长度。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过对光纤主放大级前的多个前级光纤放大器的相位、偏振和振幅控制，实现光纤激光以指定模式输出，或以多个特定模式的叠加输出。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。

在附图中：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为实施例的30um纤激光器可输出的模式；

图3为前级放大器的示意图

其中，1、激光种子源；2、谱宽调节器；3、光纤分束器；4、相位控制器；5、偏振控制器；6、前级放大器6；601、前级泵浦合束器；602、第一LD；603、信号纤；7、光纤合束器；8、光纤主放大级；9、端帽；10、高反镜；11、分光镜；12、全息光栅；13、透镜；14、光电探测组件；15、模式控制器；16、光子灯笼；17、第二LD；18、控制器；19、CCD；20、功率计；21、衰减片。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例：

七路合束器的模式控制器系统

参照附图1-3，一种可实现多种激光模式输出切换的光纤激光器，包括依次设置的激光种子源1、谱宽调节器2、1×7光纤分束器3、7路相位控制器4、7路偏振控制器5、7路光纤前级放大器6、光纤合束器7、光纤主放大级8、端帽9和模式控制器15，模式控制器15分别与7路相位控制器4、7路偏振控制器5和7路光纤前级放大器6连接，所述高反镜10和模式控制器15之间设置有模式分解装置一和模式分解装置二。

所述模式分解装置一包括依次设置高反镜10、分光镜11、全息光栅12、透镜13和光电探测器组件14。

所述分光镜11和高反镜10相邻设置，所述分光镜11后端接着设置全息光栅12、透镜13和光电探测组件14，所述光电探测组件14和模式控制器15连接，所述光电探测组件14为光电探测阵列。

其中，激光种子源1输出的光经过谱宽调节器2进行光谱宽度的调节后，进入1×7光纤分束器3；1×7光纤分束器3将进入的单路光束分为7路光束经多路光纤输出，7路输出光纤分别连接到7路相位控制器4、7路偏振控制器5和7路光纤前级放大器6。经7路光纤前级放大器6放大后，分别连接到光纤合束器7的各输入臂中，经光纤合束器7合束后，连接至光纤主放大级8中。合束后的光经光纤主放大级8放大后，经端帽9输出。

端帽9输出的光束入射到模式分解装置中，模式分解装置可输出光纤激光模式占比信息的电压信号，这些电压信号作为模式控制器15的输入信号，模式控制器15根据输入信号进行模式控制算法运算，生成控制信号，分别控制各路前级放大器的7路相位控制器4、7路偏振控制器5、7路光纤前级放大器6的电压或电流，实现特定单一光纤模式或其组合的输出。在这一系统中，偏振控制器5在对输出光场偏振方向有特殊要求的场合下使用，除此之外可以不使用。

激光种子源1输出为保偏激光，具备大于1cm的相干长度，以保证种子光在分束后再经过各路前级放大后具有良好的相干性；激光种子源1的中心波长在光纤激光器增益光纤的增益谱段内。

所述光纤分束器3，将输入单束光分为多束光输出，多路输出光可以经由光纤耦合输出，也以可经由空间光路输出，光纤分束器3是现有装置，采用的是光纤耦合输出。

所述相位控制器4根据模式控制器15的输出电压幅值调节经过其光束的相位，控制器频率大于10kHz，为现有产品。

所述偏振控制器5根据模式控制器15输出电压调节经过其光束的偏振方向，为现有产品。

所述前级放大器6是光纤激光放大器，由增益光纤和泵浦源组成，增益光纤纤芯选择须保证种子光经过前级放大后具有严格的单模特征，本实施例选用增益光纤为纤芯10μm的增益光纤。

进一步的，所述前级放大器6包括前级泵浦合束器601、9W的第一LD激光二极管泵浦源602和信号纤603。

所述合束器7的输入纤纤芯直径须大于或等于前级放大器6所用增益纤的纤芯直径。合束器7输出端纤芯直径小于或等于后面连接的主放大级8增益纤芯直径。合束器7输出端纤芯直径指的是合束器7各路输入纤的纤芯极其内包层经组束拉锥后，形成的包络圆直径。

进一步的，所述合束器7为泵浦合束器，所述合束器7上设置有130W的第二LD17。

所述光纤主放大级8用于实现对合束器7输出光信号的放大，光纤主放大级8与合束器7连接的增益纤纤芯直径大于或等于合束器纤芯直径；视所需放大的功率要求，放大级可以为一级放大或多级放大，所用增益纤的纤芯直径可以为恒定值，也可以使用锥形光纤或纺锤形光纤。

进一步的，所述光纤主放大级8为芯径大于30um的掺镱光纤，且设置有水冷板。

所述光纤端帽9用于实现光纤激光的输出，输出面可以为平面，实现光纤激光的发散输出；也可为曲面，实现对输出发散角的控制，使其汇聚或准直输出。

所述模式分解装置，用于实现对激光输出模式成分和占比的探测，可以是单一透镜、小孔光阑和单元光电探测器构成；也可使用全息光栅、透镜、光电探测器阵列构成。光电探测器输出电压信号表征光纤激光输出的特定模式的强弱或多个模式的相对强弱。

所述模式控制器15，用于将模式分解装置输出的电压信号进行处理运算，以控制评价函数达到最大值或最小值为控制目标，计算出对相位控制器、偏振控制器和前级放大器所需施加的控制电压、电流信号。其中控制算法采用的SPGD算法，控制评价函数是以模式分解装置输出电压信号为变量的函数。

进一步的，所述合束器7为泵浦合束器，所述合束器7和前级放大器6之间设置有7×1的光子灯笼16.

进一步的，还设置有与高反镜10配合的功率计20，用于监测输出功率，在高反镜10和分光镜11之间设置有衰减片21，还设置有与分光镜11配合的CCD19，用于观察控制前后的光斑形态。

图2为本申请30μm纤激光器可输出的模式。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种可实现多种激光模式输出切换的光纤激光器，其特征在于：包括依次设置的激光种子源(1)、谱宽调节器(2)、1×N光纤分束器(3)、N路相位控制器(4)、N路偏振控制器(5)、N路光纤前级放大器(6)、光纤合束器(7)、光纤主放大级(8)、端帽(9)和模式控制器(15)，模式控制器(15)分别与相位控制器(4)、偏振控制器(5)和光纤前级放大器(6)连接，所述端帽(9)和模式控制器(15)之间设置有模式分解装置一或者模式分解装置二。

2.根据权利要求1所述的一种可实现多种激光模式输出切换的光纤激光器，其特征在于：所述模式分解装置一包括依次设置高反镜(10)、分光镜(11)、全息光栅(12)、透镜(13)和光电探测组件(14)。

3.根据权利要求2所述的一种可实现多种激光模式输出切换的光纤激光器，其特征在于：所述光电探测组件(14)为光电探测阵列。

4.根据权利要求3所述的一种可实现多种激光模式输出切换的光纤激光器，其特征在于：所述模式分解装置二包括高反镜(10)、单一透镜、小孔光阑和光电探测组件(14)。

5.根据权利要求4所述的一种可实现多种激光模式输出切换的光纤激光器，其特征在于：所述光电探测组件(14)为单元光电探测器。

6.根据权利要求5所述的一种可实现多种激光模式输出切换的光纤激光器，其特征在于：所述高反镜(10)和端帽(9)相邻设置，所述光电探测组件(14)与模式控制器(15)连接。

7.根据权利要求6所述的一种可实现多种激光模式输出切换的光纤激光器，其特征在于：所述激光种子源(1)输出为保偏激光，具备大于1cm的相干长度。

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