[發明專利]基于受激布里淵散射技術在大芯徑光纖中輸出高能量基模激光的方法及裝置

有效

• 申請號: 201410090259.X
• 申請日: 2014-03-13
• 公開（公告）號: CN103825190B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發明（設計）人: 呂志偉;高麒麟;朱成禹
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01S3/30
• 分類號: H01S3/30;H01S3/067
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 張宏威

技術領域

本發明涉及一種高能量基模激光輸出方法，屬于光學領域。

背景技術

光纖激光器擁有很多其它激光器難以比擬的優點，如：高輸出功率、高泵浦轉換效率、寬帶增益、很好的橫模穩定性和易于散熱等，在現今的研究中可謂炙手可熱。然而，由于光纖口徑極小，故而常規光纖損傷閾值很低，且容易發生非線性效應，這使得光纖的輸出功率受到極大限制。通過增大光纖芯徑，可以有效克服這些問題，但增大光纖芯徑又會使輸出光束多模化，大幅降低光束質量。

近二十年來，為了在大芯徑光纖中得到單模輸出光，目前已提出了諸多方案，但都各有缺陷。例如，上世紀末，雙包層光纖因能提高輸出能量且保持單基模輸出光而得到了廣泛研究和應用，但是，雙包層光纖中信號光仍然只能在細小的纖芯中傳輸，已經不能滿足現今光纖激光器高功率化的需求。有一種方法是通過彎曲光纖來過濾掉大芯徑光纖中的高階模式，從而獲得較好的輸出光束，但是這種方法會帶來很多光損耗，不僅效率極低，還違背了光纖激光器高功率高能量化的主旨，難以應用。還有一種途徑利用長周期光纖光柵在大芯徑光纖中選擇性的激發想要的傳輸模式，同時還可以通過光柵或全息板將傳輸光還原成基模光。這種方法雖然有效利用了大芯徑光纖的場面積，卻還沒有提供放大技術，近期內還難以實現光纖激光器高能量化的需求。大模場區域光纖(LMA)能夠在較大芯徑光纖中輸出單模激光，在近年也得到了廣泛關注，但目前這種方法用的都只能做到幾十微米量級芯徑的光纖，在輸出能量上依然受到了一定的限制。另外，南安普頓大學通過熔接拉錐的方法在百微米量級大芯徑光纖中準確激發了基模光，十分吸引眼球。但在他們的方案中同樣沒有提供任何放大機制，目前其輸出光束能量仍然只有普通單模光纖水平。

總體來說，以往對于大芯徑光纖中單基模激光輸出的方法一般都只將光纖芯徑提高到數十微米芯徑量級，能夠承受的激光能量還很有限，且泵浦利用率并不是很高，一般不超過80%。

發明內容

本發明目的是為了解決大芯徑光纖中輸出高能量單基模激光存在泵浦利用率不高的問題，提供了一種基于受激布里淵散射技術在大芯徑光纖中輸出高能量基模激光的方法及裝置。

本發明所述基于受激布里淵散射技術在大芯徑光纖中輸出高能量基模激光的方法，該方法為：

空間激光被分束為泵浦光和種子光；

泵浦光經耦合注入光纖環形器，并通過光纖環形器注入大芯徑光纖；

種子光經耦合注入單模光纖，然后對注入的種子光進行相位調制，產生斯托克斯頻移，形成調制后種子光；

單模光纖和大芯徑光纖中心對準，采用熔接法連接在一起，或熔接后再采用拉錐法進行處理；

調制后種子光從單模光纖進入大芯芯徑光纖，并與泵浦光相遇，在大芯徑光纖中采用受激布里淵散射放大的方法將泵浦光擁有的高能量轉入基模形態的種子光中，經受激布里淵散射后的光束由光纖環形器輸出，獲取了高能量基模激光。

實現所述基于受激布里淵散射技術在大芯徑光纖中輸出高能量基模激光的方法的裝置包括光源、分束鏡、第一耦合器、第二耦合器、第一大芯徑光纖、第一單模光纖、光纖環形器、第二大芯徑光纖、第二單模光纖、相位調制器和反射鏡；

光源輸出的空間光束入射至分束鏡，經分束鏡形成透射光束和反射光束；

所述透射光束由第一耦合器耦合至第一大芯徑光纖形成泵浦光，第一大芯徑光纖輸出的浦泵光注入光纖環形器的A口，浦泵光從光纖環形器的B口輸出并入射至第二大芯徑光纖中；

所述反射光束入射至反射鏡，由反射鏡反射輸出的光束經第二耦合器耦合至第一單模光纖形成種子光，所述種子光經相位調制器調制后輸出，并進入第二單模光纖，調制后種子光注入第二大芯徑光纖中；

調制后的種子光與浦泵光相遇，經布里淵散射放大后注入光纖環形器的B口，并由光纖環形器的C口輸出。

本發明的優點：本發明提供了一種能在數百微米芯徑光纖中得到基模輸出激光方法，且輸出穩定結構簡單，轉化效率極高，理論上泵浦利用率可達99%。對光纖激光器高功率化具有突破性意義。本發明方法不但使大芯徑光纖輸出激光能量高，而且，激發及輸出光束穩定，重復性高，輸出光束保證為基模光束。

附圖說明

圖1是本發明所述基于受激布里淵散射技術在大芯徑光纖中輸出高能量基模激光裝置的光路結構示意圖；

圖2是大芯徑光纖與單模光纖對接圖；

圖3是輸出高能量基模激光的光斑圖；

圖4是入射的空間光束的波形圖；

圖5是輸出高能量基模激光的波形圖。

具體實施方式