[發明專利]一種風冷包層泵浦高功率光纖放大器

有效

• 申請號: 202011037397.3
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112134127B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 何飛;陳抗抗
• 申請（專利權）人: 武漢安揚激光技術股份有限公司
• 主分類號: H01S3/04
• 分類號: H01S3/04;H01S3/042;H01S3/067
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 張毅

本發明提供一種風冷包層泵浦高功率光纖放大器，包括摻稀土光纖、夾具和導氣管，所述摻稀土光纖包括纖芯和包層，所述包層位于纖芯的外側，所述導氣管套設在摻稀土光纖的外側，所述摻稀土光纖的左端和右端分別通過多根夾具與導氣管固定連接，所述包層的外壁與導氣管的內壁之間形成空隙，所述空隙內注入流動的氣體，所述氣體在空隙內流動帶走摻稀土光纖表面的熱量。本發明公開了一種以風冷形式散熱的適用于高功率包層泵浦放大的摻稀土光纖放大器結構，信號光在摻稀土光纖的纖芯中傳輸放大，泵浦光在摻稀土光纖的包層中傳輸并被纖芯吸收，用于風冷的氣體在摻稀土光纖與導氣管之間流動對光纖進行散熱。

技術領域

本發明涉及激光器技術領域，尤其涉及一種風冷包層泵浦高功率光纖放大器。

背景技術

雙包層(或多包層)摻稀土光纖是指具有纖芯、包層(或多包層)、涂覆層結構的摻稀土光纖，其結構見圖1A和圖1B。纖芯通常為單模或少模光纖，摻雜稀土元素，具有吸收泵浦光、放大信號光的作用；包層為多模光纖，有利于高功率多模泵浦的耦合與傳輸；涂覆層為具有低折射率的聚合物材料。

雙包層摻稀土光纖的纖芯的折射率需要高于包層的折射率，從而實現單模(或少模)信號光的傳導。包層外可以由涂覆層或新的包層組成，該涂覆層或新的包層的折射率要低于內包層的折射率，從而實現多模泵浦光的傳導。

高功率光纖放大器具有效率高、易維護等優點。目前在工業切割、打孔、雕刻、物理學、生物學、化學控制反應、光通訊等領域中具有廣泛應用。實現高功率光纖放大器依賴于大功率多模泵浦以及包層泵浦技術的使用。在包層泵浦放大結構中：信號光在雙包層(或多包層)摻稀土光纖的纖芯中傳輸放大，泵浦光在摻稀土光纖的包層中傳輸并被纖芯吸收。

包層泵浦光纖放大器可以采用正向泵浦、反向泵浦、或者雙向泵浦結構，以正向泵浦為例，該放大器通常使用一個雙色鏡加一個透鏡的結構，實現對泵浦與光纖包層以及信號與光纖纖芯的耦合。

高功率光纖激光器已經可以輸出超過100kW的功率，這通常是經過多級合束實現的。單級光纖放大器的輸出已經可以達到幾千瓦。雖然光纖激光器的效率比其它類型的激光器高，但是不可避免地在放大過程中會發熱升溫。隨著放大器輸出功率的逐漸提升，對光纖的耐溫性能、散熱性能的要求也越來越高。

目前，雙包層(或多包層)摻稀土光纖的低折射率涂覆層通常能采用的材料如丙烯酸樹酯，其耐溫性、導熱性較差。光纖的涂覆層在制作工藝過程中會出現涂覆不均勻、涂覆缺陷、涂覆過剩的情況，這類缺陷會導致光纖局部過熱，當涂覆材料溫度達到一定程度后，光纖涂覆層通常會燃燒、損壞，導致激光器損壞。雙包層(或多包層)摻稀土光纖通常用膠帶或導熱硅膠盤繞固定在水冷金屬板上，通過水冷的方式散熱。然而，由于光纖的涂覆層導熱性差，光纖與散熱面的接觸面小，大大降低了水冷方式的散熱效率。

隨著激光器功率的不斷提高，對光纖的要求也越來越高。超高功率放大器的設計對光纖涂覆層工藝缺陷的容錯度、對光纖的散熱都提出了更高要求。涂覆層溫度過高會導致涂覆層燃燒，纖芯處溫度過高會導致輸出模式的不穩定性。隨著激光器產能的提高，對激光器制作調試效率也提出了更高要求。傳統放大器結構已經不能滿足高功率激光放大器的生產需求。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種風冷包層泵浦高功率光纖放大器，該光纖放大器提高了光纖的散熱效率，降低了對光纖的工藝制作要求。

本發明提供一種風冷包層泵浦高功率光纖放大器，包括摻稀土光纖、夾具和導氣管，所述摻稀土光纖包括纖芯和包層，所述包層位于纖芯的外側，所述導氣管套設在摻稀土光纖的外側，所述摻稀土光纖的左端和右端分別通過多根夾具與導氣管固定連接，所述夾具起到固定摻稀土光纖的作用，但不阻擋氣體流通，所述包層的外壁與導氣管的內壁之間形成空隙，所述空隙內注入流動的氣體，所述氣體在空隙內流動帶走摻稀土光纖表面的熱量實現散熱。

進一步地，所述氣體的流動方向與信號光、泵浦光的輸入方向同向或反向。