[發(fā)明專利]一種級(jí)聯(lián)式的光纖激光器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010144148.4
• 申請(qǐng)日: 2010-04-02
• 公開（公告）號(hào): CN101847818A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊昌盛;董杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳朗光科技有限公司
• 主分類號(hào): H01S3/067
• 分類號(hào): H01S3/067;H01S3/094
• 代理公司: 深圳市康弘知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44247
• 代理人: 胡朝陽;孫潔敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖激光器，尤其涉及一種大功率輸出級(jí)聯(lián)式結(jié)構(gòu)的光纖激光器。

背景技術(shù)

光纖激光器被稱為激光領(lǐng)域的一門新興技術(shù)，在很多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，近年來成為國際上爭(zhēng)相研究的熱點(diǎn)，其發(fā)展迅猛和應(yīng)用廣泛，受到了高度重視。其中大功率雙包層光纖激光器更是異軍突起，其以雙包層光纖為基礎(chǔ)，以多模包層泵浦技術(shù)為代表，使得光纖激光器的轉(zhuǎn)換效率和輸出功率大幅度提高，其光束質(zhì)量基本接近于衍射極限。

要實(shí)現(xiàn)雙包層光纖激光器的大功率輸出，有效的泵浦技術(shù)成為關(guān)鍵。現(xiàn)有技術(shù)一般是通過不斷地增加注入到有源光纖里的泵浦光能量來實(shí)現(xiàn)，但是增益有源光纖一旦拉制成纖，其摻雜離子濃度水平、內(nèi)包層與纖芯尺寸及形狀就已經(jīng)確定，其對(duì)泵浦光的吸收能力就是一個(gè)常值。對(duì)于大功率雙包層光纖激光器而言，為了獲得大功率輸出，相應(yīng)就要使用很強(qiáng)的泵浦功率去進(jìn)行抽運(yùn)，這會(huì)帶來一些棘手的問題。一是如何使有源光纖對(duì)泵浦光能量的吸收最大化，達(dá)到其飽和吸收狀態(tài)，有效地提高泵浦耦合效率與利用效率。常見的泵浦方式主要有側(cè)面泵浦和端面泵浦兩種。側(cè)面泵浦技術(shù)包括V型槽側(cè)面泵浦、微棱鏡側(cè)面耦合泵浦、光纖側(cè)面膠合泵浦等，其耦合效率都小于90％，且加工處理工藝很復(fù)雜，成本高。端面泵浦技術(shù)包括透鏡直接端面耦合、光纖端面熔接耦合泵浦等，透鏡端面耦合技術(shù)受到光纖光學(xué)參數(shù)、透鏡組件技術(shù)參數(shù)等的限制，導(dǎo)致泵浦效率低下，系統(tǒng)不穩(wěn)定，且成本昂貴。光纖端面熔接耦合泵浦技術(shù)是ITF的專利，該技術(shù)對(duì)光纖熔融拉制工藝要求很高，國內(nèi)有些研究機(jī)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行工藝研究，但仍沒有掌握。二是泵浦光在完成抽運(yùn)過程后，相對(duì)的泵浦殘余能量會(huì)較為可觀，如何帶走光纖中的殘留光使其不會(huì)燒毀光纖和光器件？一般殘留包層泵浦光對(duì)光路中光纖和光器件極易造成光損傷，引起輸出功率不穩(wěn)定。當(dāng)前有些研究機(jī)構(gòu)通過引入獨(dú)立的包層泵浦光剝離器，對(duì)光纖微加工處理和熱沉主動(dòng)散熱，這種方式會(huì)降低光纖的機(jī)械性能，且工藝很難控制，對(duì)光纖激光器的小型化、集成化也極為不利。三是如何對(duì)光纖激光器中的光纖進(jìn)行散熱。光纖的細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)本身具有較大的單位比表面積，有助于光纖激光器的散熱。但是光纖作為高功率激光的載體，發(fā)熱量很高，即使使用水冷、風(fēng)冷等方式，熱耗散也會(huì)限制其性能，且這些方式實(shí)施起來很困難。

目前的大功率光纖激光器或放大器的光學(xué)結(jié)構(gòu)，一般都采用種子源主振蕩放大(MOPA)技術(shù)方案，即后級(jí)都設(shè)計(jì)成一個(gè)功率放大式的光學(xué)結(jié)構(gòu)，其等同于一個(gè)獨(dú)立的大功率光纖放大器，而通常一定長(zhǎng)度的光纖有一個(gè)最佳的增益狀態(tài)，即光-光系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率有一個(gè)最高點(diǎn)。泵浦注入量過低，則增益放大不足，激光輸出功率低；若泵浦注入量過高，雙包層光纖對(duì)泵浦的吸收過于飽和，殘余泵浦光會(huì)瞬間泄露，極易燒毀光纖的涂覆層或某些光器件，使其損傷。

此外，目前要實(shí)現(xiàn)光纖激光器的大功率輸出，必須大規(guī)模注入泵浦能量進(jìn)入光纖的內(nèi)包層，必須研制多泵浦端口、大外徑的(n+1)×1泵浦合束器或n×1泵浦合束器，n大于6以上。這對(duì)熔錐型的合束器的拉制工藝提出了極大挑戰(zhàn)。這類多端口的合束器的制作工藝尤其復(fù)雜，拉制非常困難，即使成品其泵浦耦合效率也較低，信號(hào)損耗也較大。雖然國內(nèi)外有不少科研機(jī)構(gòu)和公司對(duì)其進(jìn)行了研制，也取得了一些進(jìn)展，但仍未能拉制出理想的、實(shí)用化的產(chǎn)品。

因此，如何使光纖激光器有效地提高泵浦耦合效率與利用效率，并帶走殘留光使其不會(huì)燒毀光纖和光器件，以及如何使光纖進(jìn)行有效地散熱是業(yè)內(nèi)亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決上述的技術(shù)問題，提出一種級(jí)聯(lián)式結(jié)構(gòu)、高輸出功率的光纖激光器。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種級(jí)聯(lián)式的光纖激光器，包括光學(xué)諧振腔、多根泵浦輸入光纖、泵浦輸出光纖、該多根泵浦輸入光纖與泵浦輸出光纖耦合形成的n×1光纖合束器，其中：還包括一根有源雙包層光纖，該有源雙包層光纖與所述泵浦輸出光纖側(cè)面耦合相接形成(1+1)×1光纖合束器，所述光學(xué)諧振腔是由該(1+1)×1光纖合束器的有源雙包層光纖、一光隔離器、一光耦合器和一窄帶光濾波器依次連接起來的環(huán)形結(jié)構(gòu)光學(xué)諧振腔，所述光耦合器分出小輸出端和大輸出端，該小輸出端與所述窄帶光濾波器的輸入端熔接相連，該大輸出端與所述泵浦輸出光纖上的級(jí)聯(lián)光纖合束器組熔接，該級(jí)聯(lián)光纖合束器組是由多個(gè)設(shè)置在所述泵浦輸出光纖上的(2+1)×1光纖合束器通過一根有源雙包層光纖依次串接起來構(gòu)成。

其中，所述(2+1)×1光纖合束器是由有源雙包層光纖與所述泵浦輸出光纖上相對(duì)應(yīng)的兩側(cè)通過側(cè)面耦合相接構(gòu)成。