[發明專利]環繞式高密度注入波導激光器及激光生成方法

有效

• 申請號: 201410210919.3
• 申請日: 2014-05-19
• 公開（公告）號: CN103986047A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 張芳沛;薛海中;王富章;王常策;刑宇華;董潮涌;杜麗梅;康朝陽;章宇兵
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第二十七研究所
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/0941
• 代理公司: 北京天達知識產權代理事務所(普通合伙) 11386
• 代理人: 白海燕;龔頤雯

技術領域

本發明屬于激光器領域，具體講是涉及一種環繞式高密度注入波導激光器。

背景技術

高功率光纖激光器是以摻雜光纖作為激光介質的一種新型固體激光器，它巧妙地把光纖技術與激光原理有機的融為一體。與傳統固體激光器相比，光纖激光器的體積更為小巧，電耗降低10倍，光束質量優異，使用壽命長。

不管是國內還是國外，目前大多數高功率光纖激光器通常采用端面泵浦方式，如圖1所示，包括端部的D泵浦101，位于泵浦之后的聚焦透鏡組102，位于透鏡組之后光路上的雙色片103，以及位于雙色片之后的雙包層光纖104。端面泵浦體制的光纖激光器輸出功率的進一步提高主要受以下兩方面限制：

1)采用這種泵浦方式使得增益光纖的兩個端面所聚集的熱量最多，很容易導致光纖纖芯炸裂；

2)如果泵浦光從光纖端面注入，那么泵浦光在增益光纖中傳輸一定距離后就會被利用完。就目前現狀，通過理論計算以及試驗數據的驗證，端泵光纖激光器的增益光纖長度一般在十幾米，不會超過20米，如果繼續增加增益光纖的長度，輸出功率會隨著長度的增加而迅速下降，所產生的熱量會相應的增加，因此增益光纖的長度受到了限制。

發明內容

鑒于目前端泵光纖激光器的現狀，為突破光纖激光器功率提升受限的瓶頸，本發明提供一種環繞式高密度注入波導激光器及激光生成方法。本發明運用大膽、創新的設計理念，采用獨特的波導結構和增益光纖結構形式，通過環繞式高密度側面注入技術，使得高功率激光輸出實現質的飛躍，具有重大的應用潛力。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：

一種環繞式高密度注入波導激光器，包括一金屬波導、一增益光纖和一LD泵浦陣列；所述增益光纖為盤狀裸光纖，置于所述金屬波導中，所述LD泵浦陣列位于所述金屬波導的側面，泵浦光入射到所述金屬波導中且穿越所述增益光纖。

進一步講，所述金屬波導是由兩塊金屬平板中間用一固定軸連接構成；一定長度的所述增益光纖纏繞在所述固定軸上，所述增益光纖是除了始末兩端，其余部分都剝去了涂覆層的裸光纖；所述LD泵浦陣列的各路泵浦光在兩塊金屬平板之間發生反射，且在反射過程中穿越所述增益光纖。

所述兩塊金屬平板采用銅板，板的內側面鍍有反射膜。

在金屬波導的側面設置有側擋板，預留LD泵浦的輸入端口和光纖的首尾出口。

所述增益光纖選擇粗的纖芯，所述增益光纖的長度滿足盡量長且要避免泵浦光在波導中多次反射后返回到泵浦源上，所述增益光纖的纏繞半徑依據激光器的宏彎損耗理論確定，以保證獲得高光束質量的激光輸出為準。

所述泵浦光入射角度滿足入射光全反射條件，使得泵浦光在上下兩金屬板之間不斷發生全反射。

所述LD泵浦陣列采用大功率半導體激光二極管陣列。

所述激光器還包括冷卻系統，所述冷卻系統為水冷或風冷方式之一，與所述LD泵浦陣列和和金屬波導相連。

一種激光器大功率激光生成方法，其特征在于，通過以下方面實現：

1)制作一環繞式的光纖盤，所述光纖只留兩個端頭不被剝裸，其余部分全部剝去涂覆層；

2)布設一LD泵浦陣列，形成多路泵浦光，泵浦光從光纖盤的不同側面注入，使泵浦光從光纖中穿越，在光纖中產生大功率的、傳輸里程足夠長的激光。

在所述光纖盤的上、下兩面各遮蓋一金屬波導板，在側面由側擋板遮擋只留LD泵浦的注入口和光纖端頭的出入口，泵浦光在兩個金屬波導板之間不斷發生反射并不斷穿越裸光纖，在金屬波導板與光纖盤相對的一面，鍍有高反射金屬層。

本發明技術方案帶來的有益效果是：

1)本發明采用在兩個金屬板中間支撐一個固定軸制作成金屬波導盤，將光纖纏繞在這個波導盤中形成一環繞光纖，并且將光纖剝皮制作成裸光纖，讓LD泵浦從波導盤的側面以一定的角度注入。這種環繞式側面泵浦注入技術，泵浦耦合效率更高(即泵浦光利用率，理論估算可達95％以上)，可不受端面泵浦方式功率提升的限制。理論上只要泵浦功率足夠高，散熱措施足夠好，完全可以實現很高的光-光轉換效率和電-光轉換效率。

2)泵浦光在上下兩個金屬板之間不斷發生反射，并且反射過程中不斷穿設裸光纖，使激光高密度注入到摻雜光纖中；采用多路泵浦光從盤子不同的側面位置同時注入，不僅增加了泵浦光的功率，而且因為光纖是環繞形的，泵浦光從光纖盤側面注入時，相當于是從光纖的不同長度處注入，延遲了激光在光纖中的傳輸路程；在金屬波導的內表面鍍高反射性金屬，增加了泵浦光的反射能力。