[發(fā)明專利]一種基于多次非相干合束的高能量納秒脈沖全光纖激光器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710532895.7
• 申請(qǐng)日: 2017-07-03
• 公開（公告）號(hào): CN107181160A
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史偉;房強(qiáng);齊亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東海富光子科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H01S3/067
• 分類號(hào): H01S3/067
• 代理公司: 天津才智專利商標(biāo)代理有限公司12108
• 代理人: 龐學(xué)欣

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光纖和激光技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于多次非相干合束的高能量納秒脈沖全光纖激光器。

技術(shù)背景

由于傳統(tǒng)的納秒脈沖激光器受非線性效應(yīng)、能量存儲(chǔ)等因素的限制，脈沖能量一般在幾毫焦量級(jí)，平均功率在百瓦量級(jí)，目前廣泛應(yīng)用于激光打標(biāo)、激光雕刻領(lǐng)域。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，對(duì)納秒脈沖全光纖激光器的平均功率及脈沖能量提出了更高的要求。例如，激光清洗用激光器的平均功率一般需要幾百瓦量級(jí)，尤其是脈沖能量需要達(dá)到幾十毫焦量級(jí)，甚至是幾百毫焦量級(jí)，因此需要更多的技術(shù)來解決平均功率低、脈沖能量小的問題，以滿足新興應(yīng)用領(lǐng)域?qū)饫w激光器的要求。

申請(qǐng)?zhí)枮?01610871205.6，發(fā)明名稱為“一種基于非相干合束的高能量納秒脈沖全光纖激光器”的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)中公開了一種基于非相干合束技術(shù)實(shí)現(xiàn)高能量納秒脈沖光纖激光器的技術(shù)方案，但其缺點(diǎn)是僅限于一次合束，因此所能獲取的全光纖激光器的脈沖能量一般只能達(dá)到幾十毫焦量級(jí)。如果需要繼續(xù)提高激光器的脈沖能量至幾百毫焦量級(jí)，則需要發(fā)展新的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明旨在提供一種平均功率達(dá)到幾千瓦量級(jí)、脈沖能量達(dá)到百毫焦量級(jí)的高能量、高平均功率的基于多次非相干合束的高能量納秒脈沖全光纖激光器。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的基于多次非相干合束的高能量納秒脈沖全光纖激光器包括納秒脈沖種子激光光源、光纖分束器、光纖放大器、至少兩級(jí)光纖合束器和激光輸出頭；其中納秒脈沖種子激光光源的輸出端與光纖分束器的輸入端連接；光纖分束器的輸出端同時(shí)與多個(gè)光纖放大器的輸入端連接；多個(gè)光纖放大器分成若干組，每組中的所有光纖放大器的輸出端同時(shí)與一個(gè)第一級(jí)光纖合束器的輸入端連接；若干第一級(jí)光纖分束器的輸出端同時(shí)與一個(gè)第二級(jí)光纖合束器的輸入端連接，若干第二級(jí)光纖合束器的輸出端再與一個(gè)下一級(jí)光纖合束器的輸入端連接，最后一級(jí)光纖合束器的輸出端與激光輸出頭連接。

所述的納秒脈沖種子激光光源采用主動(dòng)調(diào)Q光纖激光器和電流調(diào)制型的蝶形半導(dǎo)體激光器中的一種。

所述的主動(dòng)調(diào)Q光纖激光器包括第一半導(dǎo)體泵浦激光光源、第一光纖泵浦信號(hào)合束器、高反光纖光柵、第一雙包層摻鐿光纖、光纖耦合聲光調(diào)制器、低反光纖光柵和第一光纖隔離器；其中第一半導(dǎo)體泵浦激光光源的輸出端與第一光纖泵浦信號(hào)合束器的泵浦端連接；第一光纖泵浦信號(hào)合束器的輸入光纖端面進(jìn)行斜切，輸出光纖與高反光纖光柵一端相連接，高反光纖光柵另一端與第一雙包層摻鐿光纖一端連接，第一雙包層摻鐿光纖另一端與光纖耦合聲光調(diào)制器的輸入端連接，光纖耦合聲光調(diào)制器的輸出光纖與低反光纖光柵一端連接，低反光纖光柵另一端與第一光纖隔離器的輸入光纖焊接。

所述的電流調(diào)制型的蝶形半導(dǎo)體激光器包括脈沖電流驅(qū)動(dòng)器、光纖耦合蝶形半導(dǎo)體激光器、輸出光纖和第二光纖隔離器；其中脈沖電流驅(qū)動(dòng)器的輸出光纖連接光纖耦合蝶形半導(dǎo)體激光器的輸入端；光纖耦合蝶形半導(dǎo)體激光器的輸出端通過輸出光纖與第二光纖隔離器的輸入端連接。

所述的光纖放大器由至少兩級(jí)依次相連的光纖放大級(jí)組成；每級(jí)光纖放大級(jí)包括第二半導(dǎo)體泵浦激光光源、第二光纖泵浦信號(hào)合束器、第二雙包層摻鐿光纖和第三光纖隔離器；其中第二光纖泵浦信號(hào)合束器的泵浦端連接第二半導(dǎo)體泵浦激光光源，輸出端與第二雙包層摻鐿光纖的一端相連，第二雙包層摻鐿光纖的另一端與第三光纖隔離器相連；前一級(jí)光纖放大級(jí)的第三光纖隔離器的輸出端與后一級(jí)光纖放大級(jí)的第二光纖泵浦信號(hào)合束器的輸入端相連；第一級(jí)光纖放大級(jí)的第二光纖泵浦信號(hào)合束器的輸入端與光纖分束器的輸出端相連，最后一級(jí)光纖放大級(jí)的第三光纖隔離器的輸出端與第一級(jí)光纖合束器相連。

所述的第一級(jí)光纖放大級(jí)中的第二半導(dǎo)體泵浦激光光源采用光纖耦合多模半導(dǎo)體激光器，工作波長(zhǎng)位于915nm，輸出光纖為105μm/125μm光纖，纖芯NA為0.22，輸出功率為20W；第二光纖泵浦信號(hào)合束器采用(2+1)×1光纖泵浦信號(hào)合束器；第二雙包層摻鐿光纖的芯徑/內(nèi)包層為20μm/130μm，纖芯NA為0.08，對(duì)915nm處激光的吸收系數(shù)為3dB/m。

所述的第二級(jí)光纖放大器中的第二半導(dǎo)體泵浦激光光源采用光纖耦合多模半導(dǎo)體激光器，工作波長(zhǎng)位于915nm，輸出光纖為105μm/125μm光纖，纖芯NA為0.22，輸出功率為30W；第二光纖泵浦信號(hào)合束器采用(18+1)×1光纖泵浦信號(hào)合束器；第二雙包層摻鐿光纖的芯徑/內(nèi)包層為50μm/400μm，纖芯NA為0.08，對(duì)915nm處激光的吸收系數(shù)為2dB/m。