CN218919549U - 一种传输光缆、光纤激光器及光纤放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种传输光缆、光纤激光器及光纤放大器。其中传输光缆应用于光纤激光器或光纤放大器中，该传输光缆包括：有源光纤，用于通过泵浦使有源光纤产生激光，有源光纤的一端用于与输出晶体直接连接，或者通过低反射率光栅光纤与输出晶体连接，使产生的激光从输出晶体输出。根据本实用新型提供的传输光缆，将现有技术中无源光纤的传输光缆用有源光纤替换，有源光纤起着增益介质的作用，能够将泵浦光的能量放大，同时还作为激光的传输光纤，相比现有技术中采用无源光纤的传输光缆，能够减少受激拉曼散射、受激布里渊散射等非线性效应的限制，提升输出激光的光谱纯度，提高输出功率。

Description

一种传输光缆、光纤激光器及光纤放大器

技术领域

本实用新型涉及激光器技术领域，尤其涉及一种传输光缆、光纤激光器及光纤放大器。

背景技术

光纤激光器具有光纤输出的优势，相比CO₂激光器、固体激光器等减少了复杂的输出调节光路，减少了维护成本，同时提高了系统的灵活性和可靠性，在工业应用中得到广泛使用。参照图1，在光纤激光器的内部靠近输出晶体6的一端具有传输光缆5。激光加工设备上安装有与输出晶体6相匹配的光纤接头，传输光缆5用于将激光传输到激光加工平台。传输光缆5通常采用无源光纤。

在实现本实用新型过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下问题：无源光纤中的非线性效应，比如受激拉曼散射(SRS)、受激布里渊散射(SBS)、四波混频(FWM)等，与激光在无源光纤中的作用距离有关，激光传输的无源光纤越长，传输光缆中产生的非线性效应越强，激光输出的光谱纯度越低。

实用新型内容

本实用新型旨至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本实用新型的目的在于提出一种提高激光输出光谱纯度的传输光缆、光纤激光器及光纤放大器。

为达到上述目的，本实用新型的第一方面提供一种传输光缆，应用于光纤激光器或光纤放大器中，所述传输光缆包括：

有源光纤，用于通过泵浦使所述有源光纤产生激光，所述有源光纤的一端用于与输出晶体直接连接，或者通过低反射率光栅光纤与所述输出晶体连接，使产生的激光从所述输出晶体输出。

根据本实用新型提供的传输光缆，将现有技术中无源光纤的传输光缆用有源光纤替换，有源光纤起着增益介质的作用，能够将泵浦光的能量放大，同时还作为激光的传输光纤，相比现有技术中采用无源光纤的传输光缆，能够减少受激拉曼散射、受激布里渊散射等非线性效应的限制，提升输出激光的光谱纯度，提高输出功率。

本实用新型的第二方面提供一种光纤激光器，包括依序连接的半导体激光器、第一无源光纤、上述第一方面所述的传输光缆、所述低反射率光栅光纤和所述输出晶体，所述第一无源光纤内刻写有高反射率光栅，所述低反射率光栅光纤包括第二无源光纤和低反射率光栅，所述低反射率光栅刻写在所述第二无源光纤内。

本实用新型的第三方面提供一种光纤激光器，包括依序连接的正向合束器、第一无源光纤、上述第一方面所述的传输光缆、所述低反射率光栅光纤和所述输出晶体，所述正向合束器的每一个泵浦输入端连接有一个半导体激光器，所述第一无源光纤内刻写有高反射率光栅，所述低反射率光栅光纤包括第二无源光纤和低反射率光栅，所述低反射率光栅刻写在所述第二无源光纤内。

本实用新型的第四方面提供一种光纤激光器，包括依序连接的半导体激光器、上述第一方面所述的传输光缆和所述输出晶体，所述传输光缆的有源光纤在靠近所述半导体激光器的一端的内部刻写有高反射率光栅，所述传输光缆的有源光纤在靠近所述输出晶体的一端的内部刻写有低反射率光栅。

本实用新型的第五方面提供一种光纤放大器，包括依序连接的种子激光器、正向合束器、上述第一方面所述的传输光缆和所述输出晶体，所述正向合束器的信号输入端与所述种子激光器连接，所述正向合束器的每一个泵浦输入端连接有一个半导体激光器。

第二方面至第五方面中任意一种实现方式所带来的技术效果可参加第一方面实现方式所带来的技术效果，此处不再赘述。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。其中：

图1是现有技术中的光纤激光器的结构示意图。

图2是本实用新型一实施例提出的传输光缆的结构示意图。

图3是本实用新型一实施例提出的光纤激光器的结构示意图。

图4是本实用新型又一实施例提出的光纤激光器的结构示意图。

图5是本实用新型另一实施例提出的光纤激光器的结构示意图。

图6是本实用新型一实施例提出的光纤放大器的结构示意图。

附图标记说明：

1-半导体激光器，2-第一无源光纤，3-有源光纤，4-第二无源光纤，5-传输光缆，6-输出晶体，7-高反射率光栅，8-低反射率光栅，9-正向合束器，10-种子激光器，11-第三无源光纤。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。相反，本实用新型的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

实施例1

图2是本实用新型一实施例提出的传输光缆的结构示意图。

参见图2，本实用新型实施例提出一种传输光缆，应用于光纤激光器或光纤放大器中，该传输光缆包括有源光纤3，用于通过泵浦使有源光纤3产生激光，有源光纤3的一端用于与输出晶体6直接连接，或者通过低反射率光栅光纤与输出晶体6连接，使产生的激光从输出晶体6输出。

有源光纤又称增益光纤，在光纤激光器中起着增益介质的作用，通过实现泵浦光到信号光的能量转换及在谐振腔内将泵浦光能量放大。有源光纤通常是无源光纤的纤芯中掺杂稀土元素等激活离子，并通过泵浦使光纤发光，使无源光纤成为掺杂有源光纤。一般在有源光纤中掺入一种或多种稀土元素，如钕(Nd)、镱(Yb)、铒(Er)、铥(Tm)、钬(Ho)、镝(Dy)、镨(Pr)等，利用其产生新的光波或放大光信号。光纤光栅是一种通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，通常可以通过紫外光，利用相位掩模版刻写在光纤上制作。低反射率光栅光纤，反射率的范围一般是4％-20％。输出晶体也称为光纤端帽，通过对输出光束的扩束降低输出端的光功率密度。

根据本实用新型实施例提供的传输光缆，将现有技术中无源光纤的传输光缆用有源光纤替换，有源光纤起着增益介质的作用，能够将泵浦光的能量放大，同时还作为激光的传输光纤，相比现有技术中采用无源光纤的传输光缆，能够减少受激拉曼散射、受激布里渊散射等非线性效应的限制，提升输出激光的光谱纯度，提高输出功率。

实施例2

其中与实施例1相同或相应的零部件采用与实施例一相应的附图标记。为简便起见，仅描述实施例2与实施例1的区别点。

如图3所示，本实用新型实施例提供一种光纤激光器，包括依序连接的半导体激光器1、第一无源光纤2、上述实施例1所述的传输光缆、低反射率光栅光纤和输出晶体6，第一无源光纤2内刻写有高反射率光栅7，低反射率光栅光纤包括第二无源光纤4和低反射率光栅8，低反射率光栅8刻写在第二无源光纤4内。半导体激光器1作为光纤激光器的泵浦源，高反射率光栅7和低反射率光栅8构成谐振腔。高反射率光纤，反射率一般在95％以上。图中的X表示熔接点。传输光缆中的有源光纤3与低反射率光栅8进行熔融连接，低反射率光栅8与输出晶体6进行熔融连接。在一个实施方式中，低反射率光栅8与输出晶体6的熔融处具有包层光散射区域，用来剥除包层中传输的光，提高光纤激光器的光束质量。在一个实施方式中，半导体激光器1与高反射率光栅7之间通过第三无源光纤11连接。

根据本实用新型实施例提供的光纤激光器，将现有技术中无源光纤的传输光缆用有源光纤替换，有源光纤起着增益介质的作用，能够将泵浦光的能量放大，相比现有技术中采用无源光纤的传输光缆，能够减少受激拉曼散射、受激布里渊散射等非线性效应的限制，提升输出激光的光谱纯度，提高输出功率。

实施例3

如图4所示，本实用新型实施例提供一种光纤激光器，包括依序连接的正向合束器9、第一无源光纤2、上述实施例1所述的传输光缆、低反射率光栅光纤和输出晶体6，正向合束器9的每一个泵浦输入端连接有一个半导体激光器1，第一无源光纤2内刻写有高反射率光栅7，低反射率光栅光纤包括第二无源光纤4和低反射率光栅8，低反射率光栅8刻写在第二无源光纤4内。在一个实施方式中，正向合束器9与高反射率光栅7之间通过第三无源光纤11连接。

与实施例2的方案相比，实施例3的光纤激光器利用正向合束器9，将多个作为泵浦用的半导体激光器1的功率耦合到谐振腔中，提高泵浦输入功率。

根据本实用新型实施例提供的光纤激光器，将现有技术中无源光纤的传输光缆用有源光纤替换，有源光纤起着增益介质的作用，能够将泵浦光的能量放大，相比现有技术中采用无源光纤的传输光缆，能够减少受激拉曼散射、受激布里渊散射等非线性效应的限制，提升输出激光的光谱纯度，提高输出功率。

实施例4

如图5所示，本实用新型实施例提供一种光纤激光器，包括依序连接的半导体激光器1、上述实施例1所述的传输光缆和输出晶体6，传输光缆的有源光纤3在靠近半导体激光器1的一端的内部刻写有高反射率光栅7，传输光缆的有源光纤3在靠近输出晶体6的一端的内部刻写有低反射率光栅8。在一个实施方式中，半导体激光器1与高反射率光栅7之间通过第三无源光纤11连接。

与实施例2的方案相比，实施例4的光纤激光器的高反射率光栅7和低反射率光栅8都刻写在有源光纤3内，减少了第一无源光纤2和第二无源光纤4，进一步提高了激光输出光谱纯度。

根据本实用新型实施例提供的光纤激光器，将现有技术中无源光纤的传输光缆用有源光纤替换，有源光纤起着增益介质的作用，能够将泵浦光的能量放大，相比现有技术中采用无源光纤的传输光缆，能够减少受激拉曼散射、受激布里渊散射等非线性效应的限制，提升输出激光的光谱纯度，提高输出功率。

实施例5

如图6所示，本实用新型实施例提供一种光纤放大器，包括依序连接的种子激光器10、正向合束器9、上述实施例1所述的传输光缆和输出晶体6，正向合束器9的信号输入端与种子激光器10连接，正向合束器9的每一个泵浦输入端连接有一个半导体激光器1。在一个实施方式中，正向合束器9与传输光缆之间通过第三无源光纤11连接。

在本实施例的光纤放大器中，通过一个正向合束器9，将种子激光器10的输出的光功率耦合到有源光纤3，有源光纤3在半导体激光器1射出的泵浦光的作用下，将注入的种子信号光放大，实现高功率的激光输出。相比谐振腔结构的光纤激光器，本实施例的光纤放大器没有高反射率光栅7和低反射率光栅8。本实施例光纤放大器直接将最后一个功率放大级的有源光纤全部，或者部分放入传输光缆中，作为激光传输的通道。此时，有源光纤3直接与输出晶体6熔接，并且在有源光纤的末端做包层光滤除，剥离包层中传输的光。

在本实施例的光纤放大器中，种子光可以是连续激光、脉冲激光、窄线宽激光、线偏振激光、或者几种激光特性的组合。

根据本实用新型实施例提供的光纤放大器，将现有技术中无源光纤的传输光缆用有源光纤替换，有源光纤起着增益介质的作用，能够将泵浦光的能量放大，相比现有技术中采用无源光纤的传输光缆，能够减少受激拉曼散射、受激布里渊散射等非线性效应的限制，提升输出激光的光谱纯度，提高输出功率。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实用新型的描述中，术语“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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，因此不能理解为对本实用新型的限制。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本实用新型的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本实用新型的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种传输光缆，其特征在于，应用于光纤激光器或光纤放大器中，所述传输光缆包括：

有源光纤(3)，用于通过泵浦使所述有源光纤(3)产生激光，所述有源光纤(3)的一端用于与输出晶体(6)直接连接，或者通过低反射率光栅光纤与所述输出晶体(6)连接，使产生的激光从所述输出晶体(6)输出。

2.一种光纤激光器，其特征在于，包括依序连接的半导体激光器(1)、第一无源光纤(2)、如权利要求1所述的传输光缆、所述低反射率光栅光纤和所述输出晶体(6)，所述第一无源光纤(2)内刻写有高反射率光栅(7)，所述低反射率光栅光纤包括第二无源光纤(4)和低反射率光栅(8)，所述低反射率光栅(8)刻写在所述第二无源光纤(4)内。

3.一种光纤激光器，其特征在于，包括依序连接的正向合束器(9)、第一无源光纤(2)、如权利要求1所述的传输光缆、所述低反射率光栅光纤和所述输出晶体(6)，所述正向合束器(9)的每一个泵浦输入端连接有一个半导体激光器(1)，所述第一无源光纤(2)内刻写有高反射率光栅(7)，所述低反射率光栅光纤包括第二无源光纤(4)和低反射率光栅(8)，所述低反射率光栅(8)刻写在所述第二无源光纤(4)内。

4.一种光纤激光器，其特征在于，包括依序连接的半导体激光器(1)、如权利要求1所述的传输光缆和所述输出晶体(6)，所述传输光缆的有源光纤(3)在靠近所述半导体激光器(1)的一端的内部刻写有高反射率光栅(7)，所述传输光缆的有源光纤(3)在靠近所述输出晶体(6)的一端的内部刻写有低反射率光栅(8)。

5.一种光纤放大器，其特征在于，包括依序连接的种子激光器(10)、正向合束器(9)、如权利要求1所述的传输光缆和所述输出晶体(6)，所述正向合束器(9)的信号输入端与所述种子激光器(10)连接，所述正向合束器(9)的每一个泵浦输入端连接有一个半导体激光器(1)。

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