[發明專利]一種級聯式增益導引-折射率反導引大模場光纖激光器

有效

• 申請號: 201410159506.7
• 申請日: 2014-04-18
• 公開（公告）號: CN103944047A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 韋瑋;沈驍;楊濤;其他發明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/07;H01S3/091;H01S3/08
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

技術領域

本發明涉及一種級聯式增益導引--折射率反導引大模場光纖激光器，屬于光纖激光器、光纖放大器的技術領域。

背景技術

高功率光纖激光器和放大器在商業和軍事上具有很多潛在的應用，但在傳統的單模光纖中，由于高功率所引起的非線性光學效應和光纖端面的光學損傷成為限制激光器和放大器功率進一步提高的主要障礙，而解決這一問題最直接的途徑是通過增加模場面積來降低光功率密度。目前傳統單模光纖激光器的纖芯直徑可達40μm,通過設計光子晶體光纖可使芯徑達到100μm，其它的增加模場面積的設計方法主要包括：模式轉換法、手征耦合芯光纖法、彎曲損耗管理法以及錐型光纖法等。但所有這些光纖結構復雜，工藝要求高，生產成本較高，且不能使纖芯足夠大（<100μm），以至于不能滿足高能量單模激光輸出和放大的需要。

2003年，A.E.Siegman提出了一種實現大模場光纖的新方法，即增益導引—折射率反導引大模場光纖。該光纖結構與普通光纖類似，僅由纖芯和包層組成，但纖芯折射率小于包層，存在模式泄露損耗因子；纖芯由稀土摻雜材料組成，為光信號提供了功率增益因子。目前已經實現了芯徑在100-400μm范圍內的單模激光輸出。

但該類型光纖一般采用高摻雜的多組分玻璃制成，對泵浦光吸收系數較大，端面泵浦時在幾厘米長度內即將泵浦光吸收完畢，從而使得該激光器的增益光纖長度受到了限制，進而限制了功率的進一步提高；且該類型的光纖由于折射率反導引的作用不適合彎曲使用；因此要使光纖在保證不彎曲的情況下大幅增加長度，必然造成設備體積的增加及使用不便。

本發明通過將增益光纖分割成多段，每段平行放置，再用導光光纖將每段增益光纖串接起來，通過在光纖的尾部和頭部設置諧振腔反射鏡，再采用側面泵浦技術形成光纖激光器。該方法既能合理增加光纖長度，又不會使激光器體積太大，且方便采用側面泵浦技術，為增益導引--折射率反導引大模場光纖激光器增加增益介質的長度提供了一種有效的方法，有望在相關領域獲得良好的應用。

發明內容

技術問題：本發明的目的在于，提出一種級聯式增益導引--折射率反導引大模場光纖激光器，解決該類型光纖激光器增益介質長度受限的問題。

技術方案：本發明提出的級聯式增益導引--折射率反導引大模場光纖激光器由金屬板、增益光纖、導光光纖、全反射鏡、激光輸出鏡、V型槽、條形光源、泵浦源固定裝置、柱透鏡、柱透鏡固定裝置組成；其中，泵浦源固定裝置、柱透鏡固定裝置和金屬板三者順序依次平行放置，

在金屬板上制作一系列互相平行的V型槽，增益光纖分別置于V型槽中，每段增益光纖之間用一根導光光纖相連，導光光纖與增益光纖之間通過光纖熔接技術相連；

在泵浦源固定裝置上設有一系列互相平行的條形光源，條形光源之間間距與增益光纖之間間距相同，長度與增益光纖相同，構成泵浦源；

在透鏡固定裝置上設有一系列互相平行的的柱透鏡，柱透鏡之間間距與條形光源之間間距相同，長度與條形光源相同，構成泵浦光匯聚透鏡；

條形光源、柱透鏡和增益光纖依次一一對準，每一個條形光源發出的光經過對應的柱透鏡匯聚在對應的增益光纖上進行泵浦；金屬板與透鏡固定裝置之間的距離等于柱透鏡的焦距；增益光纖由多組分玻璃材料組成，增益光纖的纖芯的稀土摻雜離子包括Yb³⁺、Er³⁺、Nd³⁺、Tm³⁺、Ho³⁺等；纖芯具有光功率增益因子，即具有增益導引作用；纖芯折射率小于包層折射率，具有折射率反導引作用；增益光纖只有一個包層，纖芯半徑大于等于50微米。

所述的多組分玻璃材料包括：磷酸鹽玻璃、氟磷酸鹽玻璃、碲酸鹽玻璃、鍺酸鹽玻璃或硅酸鹽玻璃。

所述導光光纖的纖芯折射率大于包層折射率，纖芯半徑和包層半徑與增益光纖相同,導光光纖長度及彎曲半徑要足夠大以使彎曲損耗可以忽略。

所述的全反射鏡和激光輸出鏡組成諧振腔，激光增益介質為諧振腔內多段增益光纖組成；全反射鏡和激光輸出鏡與光纖端面平行放置，增益光纖在條形光源的泵浦下，在諧振腔內來回振蕩形成激光輸出。

所述的增益光纖與V型槽之間用導熱硅膠填充固定。

所述的條形光源為LDbar條或者閃光燈管。

有益效果：根據以上敘述可知，本發明具有如下特點：