[發明專利]輸出高功率2微米激光的摻銩全光纖激光器

有效

• 申請號: 201410081291.1
• 申請日: 2014-03-07
• 公開（公告）號: CN103872559A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 徐劍秋;王堯;唐玉龍;楊建龍;張耿
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/10;H01S3/13
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及光纖激光器技術領域，特別是一種采用級聯泵浦方式輸出高功率2微米激光的摻銩全光纖激光器。

背景技術

2微米激光在國防、醫療及生物學研究等領域有著廣泛的應用。因此2微米激光器一直是研究和應用推廣的重點，尤其是輸出高功率2微米激光的摻銩全光纖激光器。一方面是因為摻銩二氧化硅作為增益介質的一些特性。第一，摻銩二氧化硅在790納米附近吸收峰的吸收截面很大。我們可以采用包層泵浦吸收790納米附近的泵浦光，獲得很高的增益，同時可以利用790納米附近的激光二極管作為泵浦源。第二，摻銩二氧化硅在2微米附近發射譜很寬，可輸出從1850納米到2050納米的激光，這意味著具有很寬的波長調諧范圍，也意味著可以支持超短脈沖輸出。第三，790納米附近泵浦光能使銩三價陽離子引發能級間的交叉弛豫過程，從而使泵浦光到激光的量子效率大大提升。另一方面是因為光纖激光器的一些優良特性，如單模運轉、光束質量高、全光纖化后易于集成為產品等。

目前獲得2微米激光的光纖激光器的常見泵浦方式是：利用790納米激光二極管或1500納米光纖激光器直接泵浦摻銩光纖，獲得2微米激光輸出。盡管這種泵浦方式能夠帶來不錯的效率（約50%），但同時也在摻銩光纖中產生了大量的熱。大量的熱量積累是絕不能忽視的問題，必須認真對待。例如，2微米光纖激光器輸出功率為1000瓦，效率為50%，那么將在摻銩光纖中產生1000瓦的熱量，當此熱量不能夠很好散出時，光纖會變得很熱甚至損壞。顯然，這種直接泵浦方式一次性產生的大量熱量是很難處理的，這會限制我們對更高功率輸出的追求。

綜上所述，找到一種高效率、產熱低、合理分配熱量的方法，對于實現更高功率輸出，如千瓦級別輸出，是很有意義的。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供一種輸出高功率2微米激光的摻銩全光纖激光器，采用級聯泵浦的方式，實現高效率、產熱低、合理分配熱量。

本發明的技術解決方案如下：

一種輸出高功率2微米激光的摻銩全光纖激光器，其特點在于，包括N1個帶尾纖輸出頭、輸出波長為750納米～820納米的高功率激光二極管、N2個第一光纖合束器、N2個第一高反射率光纖光柵、N2段第一雙包層摻銩光纖、N2個第一低反射率光纖光柵、N2個第一隔離器、N3個第二光纖合束器、N3個第二高反射率光纖光柵、N3段第二摻銩光纖、N3個第二低反射率光纖光柵、N3個第二隔離器、第三光纖合束器、第三高反射率光纖光柵、第三摻銩光纖、第三低反射率光纖光柵和高功率耦合輸出頭；

上述各部件的連接關系如下：

所述的激光二極管的輸出端分別與所述的第一光纖合束器的輸入端連接，該第一光纖合束器的輸出端分別依次經第一高反射率光纖光柵、第一雙包層摻銩光纖、第一低反射率光纖光柵與所述的各第一隔離器的輸入端連接，該第一隔離器的輸出端分別與所述的第二光纖合束器的輸入端連接，該第二光纖合束器的輸出端分別依次經所述的第二高反射率光纖光柵、第二摻銩光纖、第二低反射率光纖光柵與所述的各第二隔離器的輸入端連接，該第二隔離器的輸出端分別與所述的第三光纖合束器的輸入端連接，該第三光纖合束器的輸出端依次經所述的第三高反射率光纖光柵、第三摻銩光纖、第三低反射率光纖光柵與所述的高功率耦合輸出頭連接。

所述的第二摻銩光纖和所述的第三摻銩光纖分別為雙包層摻銩光纖或三包層摻銩光纖。

所述的三包層摻銩光纖的橫截面由內至外依次為纖芯、內包層和外包層。

所述的外包層的材質為玻璃，其折射率低于內包層所用材質的折射率。

所述的外包層外還設有保護層，該保護層為丙烯酸酯材質。

所述的N1、N2、N3均為自然數，三者之間相互關聯，N1與N2的關系由所選用的第一光纖合束器決定，N2與N3的關系由所選用的第二光纖合束器決定。

所述的第一高反射率光纖光柵與第一低反射率光纖光柵構成第一激光腔，其反射中心波長在1850納米到1910納米之間。

所述的第二高反射率光纖光柵與第二低反射率光纖光柵構成第二激光腔，其反射中心波長在1920納米到1980納米之間。

所述的第三高反射率光纖光柵與第三低反射率光纖光柵構成第三激光腔，其反射中心波長在1990納米到2050納米之間。

所述的第一雙包層摻銩光纖、第二摻銩光纖和第三摻銩光纖纖芯中銩的三價陽離子的摻雜重量比均大于等于百分之一。

與現有技術相比，本發明的有益效果如下：