[發明專利]基于纖芯包層尺寸分段漸變紡錘形增益光纖的激光振蕩器

在審

• 申請號: 201910383404.6
• 申請日: 2019-05-09
• 公開（公告）號: CN110011171A
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 王小林;曾令筏;楊保來;奚小明;史塵;張漢偉;王澤鋒;周樸;司磊;許曉軍;陳金寶
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/094;G02B6/02;G02B6/036
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

一種基于纖芯包層尺寸分段漸變紡錘形增益光纖的激光振蕩器，包括纖芯包層尺寸縱向分區域漸變的紡錘形增益光纖(1)、高反射光纖光柵(2)、低反射光纖光柵(3)、光纖耦合半導體激光器(4)、泵浦信號合束器(5)、信號傳能光纖(6)、泵浦傳能光纖(7)、包層光濾除器(8)、光纖端帽(9)；激光被光纖耦合半導體激光器輸出后依次經泵浦信號合束器、高反射光纖光柵、纖芯包層尺寸縱向分區域漸變的紡錘形增益光纖、低反射光纖光柵光纖、包層光濾除器，最后從光纖端帽擴束輸出；其中纖芯包層尺寸縱向分區域漸變的紡錘形增益光纖的纖芯和內包層橫截面外圍尺寸同步沿光纖長度方向以分區域漸變方式先變大后變小。

技術領域

本發明總體地涉及光纖激光器領域，尤其涉及一種基于纖芯包層尺寸分段域漸變紡錘形增益光纖的激光振蕩器。

背景技術

與主振蕩功率放大結構光纖激光器相比，全光纖激光振蕩器具有成本低廉、結構緊湊、控制邏輯簡單、性能穩定、抗反射回光能力強等優點，在工業加工中有著廣泛的應用。隨著應用領域的擴展，對光纖激光振蕩器的功率需求越來越高。當前，影響全光纖激光振蕩器輸出功率提升的主要物理限制因素包括模式不穩定效應和受激拉曼散射效應。一般而言，為了抑制模式不穩定，一般需要采用纖芯直徑和模場面積較小、歸一化頻率較低的增益光纖來抑制高階模式的產生，從而提高激光器輸出功率。但是，為了抑制非線性效應、提升受激拉曼散射的閾值，需要采用纖芯直徑和模場面積較大的增益光纖。

因此，一般而言，抑制橫向模式不穩定和受激拉曼散射對于增益光纖模場面積的需求是相互矛盾的，普通結構的全光纖激光器難以平衡此矛盾，進一步提升全光纖激光振蕩器的功率遇到了明顯的技術瓶頸。

當前，全光纖激光器振蕩器大都采用纖芯直徑沿光纖長度方向均勻變化的增益光纖作為激光器的增益介質，難以平衡模式不穩定效應和受激拉曼散射效應抑制的矛盾。

公開報道利用纖芯直徑縱向漸變光纖構成激光器，主要是利用拉錐光纖置于激光諧振腔中：專利CN201310069242.1利用拉錐區域軸向長度為1.5～2厘米、相鄰兩個拉錐區的軸向中心之間間隔4～6米的、總長度大于或等于80m的多錐段光纖，在環形腔激光器中實現穩定的單頻激光運轉；專利CN201410106212.8利用拉錐光纖錐區直徑為4～10微米，長度為0.5～2厘米的錐形光纖固定在可調諧裝置上，通過調整裝置對拉錐光纖施加不同的應力，在環形激光器中實現不同波長的調諧輸出；專利CN201610567283.7利用調制周期為6.8～7.2納米，錐腰為7.0～7.5微米的拉錐光纖，通過微位移光纖夾上拉伸錐形光纖的長度，在摻銩光纖環形腔中實現激光縱模競爭的抑制和實現波長的調諧，實現了基于拉錐光纖的可調諧2微米波段雙波長鎖模光纖激光輸出。

上述利用拉錐光纖構建激光器的方案，拉錐光纖都是單模光纖、且錐區長度都在2厘米以下，主要通過控制錐區的長度或應力來實現波長調諧的或線寬控制，當前這類基于錐形光纖的激光器，未涉及橫向模式控制和受激拉曼散射抑制。

針對上述問題，專利一種基于纖芯尺寸縱向漸變增益光纖的全光纖激光振蕩器(CN201810801634)提出了一種新的全光纖激光振蕩器方案，其使用的增益光纖纖芯尺寸沿著光纖長度方向先增大后減小，內包層尺寸沿著光纖長度方向恒定不變，能夠達到同時抑制模式不穩定與受激拉曼散射的效果。但該專利中的增益光纖在直徑漸變的區域以及大直徑區域芯包比顯著增大，因為泵浦吸收系數與光纖芯包比的平方成正比，所以變化的芯包比使得增益光纖的吸收系數可測性、可實施性較差；同時，芯包比改變的增益光纖無法用常規的預制棒拉制出來，其生產過程需要在預制棒的制作上做出改變，生產難度大。

發明內容