[發明專利]一種基于單晶光纖的高功率光纖激光器

在審

• 申請號: 201410667232.2
• 申請日: 2014-11-20
• 公開（公告）號: CN104466633A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 史偉;盛泉;付士杰;姚建銓
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 杜文茹

技術領域

本發明涉及一種光纖激光器。特別是涉及一種以單晶光纖為有源光纖的基于單晶光纖的高功率光纖激光器。

背景技術

熱效應會導致熱退偏、熱致衍射損耗等問題，嚴重影響激光器的輸出功率、轉換效率以及光束質量等主要性能指標，嚴重時甚至引起增益介質的損壞，是高功率激光器性能的最主要限制因素。為緩解熱效應帶來的影響，相關領域的技術人員通過采用板條、DISK和光纖等形式的增益介質，增加增益介質的表面積體積比，大幅提高散熱效率，從而極大地推進了激光器的功率輸出能力。與板條和DISK激光器相比，光纖激光器具有如下幾方面的優勢：其泵浦結構較為簡單；光纖本身的結構對于模式的限制作用使之在光束質量方面也存在明顯優勢；能夠采用光纖耦合輸出，應用環境適應性很好；基于這些優點，光纖激光器已成為高功率激光器的主要發展方向之一。

然而，高功率光纖激光器發展的一個明顯障礙在于，目前廣泛用作有源光纖基質的石英玻璃導熱系數很小，僅為1.4-1.6W?m^-1K^-1，小導熱系數對散熱帶來巨大的不利影響，因此光纖激光器高功率運轉時仍然對于制冷有較高的要求，也限制了其功率的繼續提升。對于單晶激光增益介質而言，常用的激光晶體釔鋁石榴石(YAG)晶體導熱系數～14Wm^-1K^-1，鋁酸釔(YAP)晶體的導熱系數也超過～11Wm^-1K^-1，高于石英玻璃數倍；因此，可考慮采用單晶作為有源光纖的基質，利用其高導熱系數改善光纖本身的散熱性能，降低系統對于制冷的要求，簡化系統的復雜性，提升激光器的功率和光束質量等輸出性能指標。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種能夠改善光纖激光器的散熱性能的基于單晶光纖的高功率光纖激光器。

本發明所采用的技術方案是：一種基于單晶光纖的高功率光纖激光器，包括有泵浦源和耦合透鏡，還設置有對泵浦光波長高透、對激光波長高反的雙色鏡、有源單晶光纖和對激光波長部分透過的輸出元件，所述的泵浦源、耦合透鏡、雙色鏡、有源單晶光纖和輸出元件依次設置在光路上。

所述的泵浦源采用半導體激光器或光纖激光器或固體激光器。

所述的雙色鏡采用鍍膜鏡片或光纖光柵或光纖端鏡。

所述的有源單晶光纖包括有：有源單晶光纖纖芯，包裹在有源單晶光纖纖芯外側的有源單晶光纖包層，包裹在有源單晶光纖包層外側的有源單晶光纖涂覆層，其中，所述的有源單晶光纖纖芯的基質采用Nd:YAG晶體或YAP晶體。

所述的有源單晶光纖纖芯摻雜離子為Nd或Yb或Er。

所述的輸出元件采用鍍膜鏡片或光纖光柵或光纖端鏡。

本發明的一種基于單晶光纖的高功率光纖激光器，本發明通過采用導熱系數較高的單晶替代石英玻璃作為有源光纖的基質，增加光纖的導熱系數，改善有源光纖的導熱性能，提高其散熱性能，有效降低纖芯處的溫度，起到避免光纖損傷、提高光纖激光器輸出功率的作用。本發明從根本上解決高功率光纖激光器中石英玻璃基質導熱系數較小影響散熱效率，不利于高功率運轉的問題。

附圖說明

圖1是本發明一種基于單晶光纖的高功率光纖激光器的結構示意圖；

圖2是本發明中單晶光纖的結構示意圖。

圖中，

1：泵浦源??????????????????????????2：耦合透鏡

3：雙色鏡??????????????????????????4：有源單晶光纖

41：有源單晶光纖纖芯???????????????42：有源單晶光纖包層

43：有源單晶光纖涂覆層?????????????5：輸出元件

具體實施方式

下面結合實施例和附圖對本發明的一種基于單晶光纖的高功率光纖激光器做出詳細說明。

如圖1所示，本發明的一種基于單晶光纖的高功率光纖激光器，包括有泵浦源1和耦合透鏡2，其特征在于，還設置有對泵浦光波長高透、對激光波長高反的雙色鏡3、有源單晶光纖4和只對激光波長部分透過的輸出元件5，所述的泵浦源1、耦合透鏡2、雙色鏡3、有源單晶光纖4和輸出元件5依次設置在光路上。其中，

所述的泵浦源1是采用多個激光器疊陣構成的高功率激光器。所述的激光器采用半導體激光器或光纖激光器或固體激光器等，發射波長對應于有源單晶光纖吸收帶即可。如采用高功率半導體激光器疊陣，輸出波長808nm，輸出功率1000W