[發(fā)明專利]參數(shù)失配型光纖激光器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210445504.5
• 申請日: 2012-11-09
• 公開（公告）號: CN102931573A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周樸;肖虎;姜曼;王小林;馬閻星;粟榮濤;司磊;許曉軍;陳金寶;劉澤金
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067
• 代理公司: 湖南省國防科技工業(yè)局專利中心 43102
• 代理人: 馮青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光纖激光器技術(shù)領(lǐng)域，特指一種利用參數(shù)不匹配的器件搭建的光纖激光器。

背景技術(shù)

光纖激光器具有轉(zhuǎn)換效率高、熱管理方便、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，近年來，隨著大模場雙包層摻雜光纖制造工藝和高亮度激光二極管泵浦技術(shù)的發(fā)展，單根光纖激光器的輸出功率以驚人的速度迅速提高。由于受激拉曼散射等非線性效應(yīng)因素的制約，光纖激光器的輸出功率不可能無限提升。非線性效應(yīng)的閾值與激光器腔內(nèi)的功率密度和光纖長度有密切關(guān)系。為解決這個問題，一個可行的方案是采用大模場面積摻雜光纖和與之匹配的無源器件，提高對泵浦光的吸收效率，降低激光器腔內(nèi)的功率密度、縮短光纖長度，從而提升非線性效應(yīng)的產(chǎn)生閾值，有望進(jìn)一步提高輸出功率。但是大模場面積摻雜光纖的V值較大（一般大于4），很難保證激光器嚴(yán)格單模輸出（單模輸出要求光纖的V值小于2.4）。因此，大模場面積摻雜光纖的采用雖然能有效提升激光器的輸出功率，但輸出激光中往往含有高階模成分，降低了光束質(zhì)量。光纖激光器高功率輸出時(shí)保持高光束質(zhì)量是人們真正追求的目標(biāo)，大模場面積摻雜光纖并沒有從根本上解決問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了獲得高功率、高光束質(zhì)量的光纖激光輸出，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，從物理機(jī)制上保證激光器高功率輸出的同時(shí)保持高光束質(zhì)量，本發(fā)明提出一種新型的光纖激光器——參數(shù)失配型光纖激光器。

該激光器的技術(shù)方案是：采用刻寫在嚴(yán)格單模無源光纖上的光纖光柵作為激光器的諧振腔鏡，采用大模場面積摻雜光纖作為激光器的增益介質(zhì)，采用半導(dǎo)體激光器作為激光器的泵浦源，光纖光柵、摻雜光纖和泵浦源之間采用熔接的方式加以連接，搭建成光纖激光器。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：大模場摻雜光纖的采用可降低激光器腔內(nèi)的功率密度、縮短光纖長度，刻寫在嚴(yán)格單模無源光纖上的光纖光柵可保證輸出激光只含有單模成分，因此可以從物理機(jī)制上保證激光器高功率輸出的同時(shí)保持高光束質(zhì)量。

附圖說明

圖?1為本發(fā)明參數(shù)失配型光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。圖1所示為本發(fā)明參數(shù)失配型光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。

該激光器包括N臺半導(dǎo)體激光器作為泵浦源，分別命名為11、12、…1N、中心波長與半導(dǎo)體激光器中心波長匹配的N×1泵浦合束器2、光纖光柵Ⅰ31、光纖光柵Ⅱ32和大模場面積摻雜光纖4，其中，泵浦合束器2將N臺半導(dǎo)體激光器輸出的激光合進(jìn)一根光纖；光纖光柵Ⅰ和光纖光柵Ⅱ的中心波長一致，刻寫在嚴(yán)格單模無源光纖上，光纖光柵Ⅰ對激光高反，反射率大于90%，光纖光柵Ⅱ?qū)す獾头矗瓷渎试?%到50%之間；泵浦源與泵浦合束器之間，泵浦合束器與光纖光柵Ⅰ之間，光纖光柵Ⅰ與大模場面積摻雜光纖之間，大模場面積摻雜光纖與光纖光柵Ⅱ之間均采用熔接的方式加以連接，該激光器可以產(chǎn)生高功率、高光束質(zhì)量的光纖激光。

需要說明的是，由于刻寫光纖光柵的嚴(yán)格單模無源光纖和大模場面積摻雜光纖的參數(shù)不匹配，因此在進(jìn)行熔接時(shí)，不可避免地要存在熔接損耗。熔接損耗α的大小可以根據(jù)下式確定

式中和分別是刻寫光纖光柵的嚴(yán)格單模無源光纖和大模場面積摻雜光纖支持的基模模場分布。熔接損耗是光纖激光腔內(nèi)損耗的重要成因，因此，為保證激光器的性能，需要根據(jù)上式的計(jì)算結(jié)果，選擇合適的光纖參數(shù)。

所述的大模場面積摻雜光纖4為在光纖基質(zhì)材料中摻雜不同的稀土離子獲得的有源光纖，可以是摻鉺（Er）光纖、摻鐿（Yb）光纖或摻銩（Tm）光纖。

所述的泵浦源是輸出激光中心波長與摻雜光纖吸收波長匹配的半導(dǎo)體激光器，對應(yīng)摻鉺（Er）光纖的中心波長為980nm或1480nm、摻鐿（Yb）光纖的中心波長為915nm或975nm、摻銩（Tm）光纖的中心波長為793nm或1560nm。

下面給出本發(fā)明三個具體實(shí)施例的物理參數(shù)：