專利名稱：可調(diào)諧摻鐿雙包層光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種光纖激光器，尤其是涉及一種高功率可調(diào)諧慘鐿雙包層光纖激光器。 它主要是通過選擇優(yōu)化的參數(shù)，利用摻鐿YbS+大模面積雙包層光纖作為增益介質(zhì)，閃耀光柵 作為波長調(diào)諧元件，通過調(diào)諧光柵轉(zhuǎn)角來選擇激光器的激射波長。具有調(diào)節(jié)方法簡便、調(diào)諧 范圍廣且激光功率高的優(yōu)點。主要可作為拉曼光纖激光器的泵浦源，也可用于激光加工、醫(yī) 療、測距等方面。
背景技術(shù)：
光纖激光器具有閾值低、效率高、易調(diào)諧和緊湊小巧等特點。近年來，隨著光纖設(shè)計和 工藝的改進、包層泵浦技術(shù)的發(fā)展以及高功率多模半導(dǎo)體激光器技術(shù)的完善，高功率雙包層 光纖激光器倍受國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，在通信、激光加工、激光醫(yī)療和激光測距等方面都有廣 闊的應(yīng)用前景。利用摻雜于玻璃介質(zhì)中的Y^+離子極寬的發(fā)射譜線的特性，可實現(xiàn)寬范圍波 長調(diào)諧。在現(xiàn)有的可調(diào)諧雙包層光纖激光器中，由于需要在激光腔中插入各種偏振及調(diào)諧控制元件，使得腔體損耗增加，從而降低了激光輸出功率。
發(fā)明內(nèi)容'本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有的可調(diào)諧雙包層光纖激光器的腔體損耗較大，激光輸出功率較低等問題，提供一種參數(shù)優(yōu)化、調(diào)諧范圍較寬和功率較高的可調(diào)諧摻鐿雙包層光纖激光器o本實用新型的技術(shù)方案是基于雙包層光纖激光器的速率方程，在考慮散射損耗的情況下 推導(dǎo)摻鐿雙包層光纖激光器的解析解并進行數(shù)值分析，得到使激光器輸出功率較高的優(yōu)化光 纖長度和腔鏡反射率，對雙包層光纖激光器進行優(yōu)化設(shè)計，從而獲得寬調(diào)諧范圍和高輸出功 率。本實用新型設(shè)有泵浦源、循環(huán)水冷溫控裝置、尾纖、第1平凸鏡、第1 二向色鏡、第2 二向色鏡、第2平凸鏡、雙包層光纖、第3平凸鏡和閃耀光柵。泵浦源與循環(huán)水冷溫控裝置連接，泵浦源的激光輸出端與尾纖耦合連接，第1平凸鏡置 于尾纖正前方，第1平凸鏡與尾纖的距離等于第1平凸鏡的焦距，從尾纖輸出的泵浦光通過平凸鏡的平面端，從凸面端準直輸出，第1 二向色鏡與第1平凸鏡軸向成45。角置于第1平凸 鏡前方，第2二向色鏡與第1 二向色鏡平行放置，第2平凸鏡與第3平凸鏡平面相對，第2 平凸鏡置于第2二向色鏡前方，雙包層光纖置于第2平凸鏡與第3平凸鏡之間，由第2二向 色鏡反射的平行光通過第2平凸鏡聚焦，由第2平凸鏡的平面輸出，第2平凸鏡的平面輸出 的平行光通過雙包層光纖的第一端耦合進雙包層光纖，從雙包層光纖的第二端輸出并照射到 第3平凸鏡的平面端，由第3平凸鏡進行準直，閃耀光柵置于第3平凸鏡凸面正前方。泵浦源可選用多模半導(dǎo)體激光器LD，多模半導(dǎo)體激光器LD的輸出激光最大功率最好為 200 W、中心波長最好為970 980nm。雙包層光纖的第二端最好為7。 10。角傾斜拋光，以抑制雙包層光纖兩端面因菲涅爾反射 而造成的寄生振蕩。第1 二向色鏡和第2二向色鏡最好鍍有薄膜，對泵浦波長激光高反11>97%@97511111，而 對出射波長激光具有高透1>85%@108011111。第1 二向色鏡和第2 二向色鏡以45。角平行放置， 將泵浦光與輸出激光分開。第1平凸鏡和第2平凸鏡最好具有相同的焦距，且焦距可為22 28mm;第3平凸鏡的 焦距可為48 52mm，從而更好地擴大光斑直徑，減小對閃耀光柵的損害，并增強光柵的分 光能力。循環(huán)水冷溫控裝置用于調(diào)節(jié)泵浦源的工作溫度，使泵浦源發(fā)射的泵浦光中心波長與雙包 層光纖的纖芯材料吸收波長相同。尾纖數(shù)值孔徑小于雙包層光纖內(nèi)包層數(shù)值孔徑。實驗表明，本實用新型的波長可調(diào)諧范圍為1046 1121nm，在1089nm處獲得最大輸出 功率。當入纖泵浦功率48W時，1089nm處最高輸出功率為23.7W，相應(yīng)的斜效率為53%。由此可見，本實用新型具有功率大、調(diào)諧范圍廣、操作方便和用途廣等一系列優(yōu)點。


圖1是本實用新型實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型實施例的二向色鏡反射譜曲線。在圖2中，橫坐標為波長 Wavelength(nm)，縱坐標為反射率Reflectivity。圖3是本實用新型實施例的輸出激光光譜圖。在圖3中，橫坐標為波長Wavelength(nm)， 縱坐標為光強度Optical intensity(dBm)。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型設(shè)有泵浦源(LD) 1、循環(huán)水冷溫控裝置2、尾纖3、第l平凸 鏡4、第1二向色鏡5、第2二向色鏡6、第2平凸鏡7、雙包層光纖8、第3平凸鏡10和閃耀光柵ll。以下給出當輸出激光連續(xù)可調(diào)諧范圍選為1046 1121nm時的實施例。泵浦源1與循環(huán)水冷溫控裝置2連接，泵浦源1的激光輸出端與尾纖3耦合連接，第1 平凸鏡4置于尾纖3正前方，第1平凸鏡4與尾纖3的距離等于第1平凸鏡4的焦距，從尾 纖3輸出的泵浦光通過平凸鏡4的平面端，從凸面端準直輸出，第1二向色鏡5與第1平凸 鏡4軸向成45。角置于第1平凸鏡4前方，第2二向色鏡6與第1二向色鏡5平行放置，第2 平凸鏡7與第3平凸鏡10平面相對，第2平凸鏡7置于第2二向色鏡6前方，雙包層光纖8 置于第2平凸鏡7與第3平凸鏡10之間，由第2 二向色鏡6反射的平行光通過第2平凸鏡7 聚焦，由第2平凸鏡7的平面輸出，第2平凸鏡7的平面輸出的平行光通過雙包層光纖8的 第一端81耦合進雙包層光纖8，從雙包層光纖8的第二端82輸出并照射到第3平凸鏡10的 平面端，由第3平凸鏡10進行準直，閃耀光柵11置于第3平凸鏡10凸面正前方。泵浦源1采用高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合模塊，所選高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合模 塊在室溫2(TC左右時，其發(fā)射的泵浦光中心波長為975nm，典型線寬為5nm，激光最大輸出 功率為200W。泵浦源1的尾纖3的直徑為400^un，數(shù)值孔徑為0.22。雙包層光纖的第二端82最好為7。 10。角傾斜拋光，以抑制雙包層光纖兩端面因菲涅爾 反射而造成的寄生振蕩。第1 二向色鏡5和第2 二向色鏡6最好鍍有薄膜，對泵浦波長激光高反R>97%@975 nm， 而對出射波長激光具有高透T>85%@1080nm。第1 二向色鏡5和第2 二向色鏡6以45°角平 行放置，將泵浦光與輸出激光分開。第1平凸鏡4和第2平凸鏡7最好具有相同的焦距，且焦距可為22 28mm;第3平凸 鏡10的焦距可為48 52mm，從而更好地擴大光斑直徑，減小對閃耀光柵的損害，并增強光 柵的分光能力。循環(huán)水冷溫控裝置2用于調(diào)節(jié)泵浦源1的工作溫度，使泵浦源1發(fā)射的泵浦光中心波長 與雙包層光纖8的纖芯材料吸收波長相同。尾纖3數(shù)值孔徑小于雙包層光纖8內(nèi)包層數(shù)值孔 徑。通過循環(huán)水冷溫控裝置2保證泵浦源1發(fā)射的中心波長為975nm，與摻鐿雙包層光纖纖 芯材料吸收波長相同。摻鐿雙包層光纖8可選擇內(nèi)包層和纖芯直徑分別為400拜和20拜，纖芯數(shù)值孔徑和內(nèi) 包層數(shù)值孔徑可分別選擇為0.06和0.46。摻鐿雙包層光纖8的第一端81以0。角拋光，利用 它提供的4%的菲涅爾反射與閃耀光柵11構(gòu)成利特羅Littrow諧振腔。摻鐿雙包層光纖8的第二端82可采用8。角傾斜拋光，以抑制雙包層光纖8兩端面因菲涅爾反射而造成的寄生振蕩，同時提高外腔耦合效率。摻鐿雙包層光纖8的優(yōu)化長度可以通過理論計算得出，以獲得最大激光器斜效率和輸出功率。在本實施例中，基于雙包層光纖激光器速率方程，在考慮散射損耗的情況下，推導(dǎo)摻 鐿雙包層光纖激光器的解析解并對摻鐿雙包層光纖激光器進行數(shù)值模擬和優(yōu)化設(shè)計，得到使激光器斜效率好輸出功率最佳的光纖的優(yōu)化長度約12m。本實施例中光纖長度約為14m。 第1 二向色鏡5和第2 二向色鏡6對泵浦光波長高反，對出射激光波長1050 1100nm具有高透特性。參數(shù)可取為R>97%@975 nm， T>85%@1080nm。第1平凸鏡4和第2平凸鏡7的焦距為25mm，第3平凸鏡10的焦距相對較大，為50mm，用以準直光束，以擴大光柵反射面上的光斑直徑，從而減小對閃耀光柵的損害，并增強光柵的分光能力。閃耀光柵11的閃耀波長為l.Opm， 600線/mm，閃耀角為17°27"，在1080nm波長附近一 級衍射平均效率約60%。泵浦光經(jīng)第1平凸鏡4準直，再經(jīng)過第1二向色鏡5和第2二向色鏡6反射，最后經(jīng)過 第2平凸鏡7聚焦后由雙包層光纖8的第一端81注入雙包層光纖8，再通過雙包層光纖8的 第二端82輸出的光束經(jīng)第3平凸鏡10準直后照射到閃耀光柵11，利用閃耀光柵11的一級 衍射分光效應(yīng)，調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)角，從而選擇不同的反饋波長，實現(xiàn)可調(diào)諧波長激光輸出。用光功 率計測量不同泵浦光功率下不同輸出光波長時的輸出激光功率，用光譜儀記錄激光器所輸出 的不同激射波長、觀察調(diào)諧范圍。實驗表明，本實用新型的波長可調(diào)諧范圍為1046 1121nm，在1089nm處獲得最大輸出 功率。當入纖泵浦功率48W時，1089nm處最高輸出功率為23.7W，相應(yīng)的斜效率為53%。綜上所述，本實用新型具有功率大、調(diào)諧范圍廣、操作方便和用途廣等一系列優(yōu)點。
權(quán)利要求1.可調(diào)諧摻鐿雙包層光纖激光器，其特征在于設(shè)有泵浦源、循環(huán)水冷溫控裝置、尾纖、第1平凸鏡、第1二向色鏡、第2二向色鏡、第2平凸鏡、雙包層光纖、第3平凸鏡和閃耀光柵；泵浦源與循環(huán)水冷溫控裝置連接，泵浦源的激光輸出端與尾纖耦合連接，第1平凸鏡置于尾纖正前方，第1平凸鏡與尾纖的距離等于第1平凸鏡的焦距，從尾纖輸出的泵浦光通過平凸鏡的平面端，從凸面端準直輸出，第1二向色鏡與第1平凸鏡軸向成45°角置于第1平凸鏡前方，第2二向色鏡與第1二向色鏡平行放置，第2平凸鏡與第3平凸鏡平面相對，第2平凸鏡置于第2二向色鏡前方，雙包層光纖置于第2平凸鏡與第3平凸鏡之間，由第2二向色鏡反射的平行光通過第2平凸鏡聚焦，由第2平凸鏡的平面輸出，第2平凸鏡的平面輸出的平行光通過雙包層光纖的第一端耦合進雙包層光纖，從雙包層光纖的第二端輸出并照射到第3平凸鏡的平面端，由第3平凸鏡進行準直，閃耀光柵置于第3平凸鏡凸面正前方。
2. 如權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧摻鐿雙包層光纖激光器，其特征在于泵浦源為多模半導(dǎo)體 激光器。
3. 如權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧摻鐿雙包層光纖激光器，其特征在于多模半導(dǎo)體激光器的 輸出激光最大功率為200 W、中心波長為970 980 nm。
4. 如權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧摻鐿雙包層光纖激光器，其特征在于雙包層光纖的第二端 為7。 10。角傾斜拋光。
5. 如權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧摻鐿雙包層光纖激光器，其特征在于第1 二向色鏡和第2 二向色鏡鍍有薄膜，對泵浦波長激光高反R>97%@975 nm，而對出射波長激光具有高透 T>85%@1080nm。
6. 如權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧摻鐿雙包層光纖激光器，其特征在于第1二向色鏡和第2 二向色鏡以45。角平行放置。
7. 如權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧摻鐿雙包層光纖激光器，其特征在于第1平凸鏡和第2平 凸鏡具有相同的焦距。
8. 如權(quán)利要求7所述的可調(diào)諧摻鐿雙包層光纖激光器，其特征在于焦距為22 28mm。
9. 如權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧摻鐿雙包層光纖激光器，其特征在于第3平凸鏡的焦距為 48 52mm。
10. 如權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧摻鐿雙包層光纖激光器，其特征在于泵浦源發(fā)射的泵浦 光中心波長與雙包層光纖的纖芯材料吸收波長相同。
專利摘要可調(diào)諧摻鐿雙包層光纖激光器，涉及一種光纖激光器。提供一種參數(shù)優(yōu)化、調(diào)諧范圍較寬和功率較高的可調(diào)諧摻鐿雙包層光纖激光器。設(shè)有泵浦源、循環(huán)水冷溫控裝置、尾纖、平凸鏡、二向色鏡、雙包層光纖和閃耀光柵。泵浦源激光輸出端與尾纖耦合，第1平凸鏡置于尾纖正前方，泵浦光通過平凸鏡從凸面端準直輸出，第1二向色鏡置于第1平凸鏡前方，第2與第1二向色鏡平行，第2與第3平凸鏡平面相對，第2平凸鏡置于第2二向色鏡前方，雙包層光纖置于第2與第3平凸鏡之間，由第2二向色鏡反射的平行光通過第2平凸鏡聚焦，由第2平凸鏡的平面輸出，再通過雙包層光纖照射到第3平凸鏡的平面端，由第3平凸鏡進行準直，閃耀光柵置于第3平凸鏡凸面正前方。
文檔編號H01S3/042GK201323377SQ200820229588
公開日2009年10月7日 申請日期2008年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月26日
發(fā)明者葉陳春, 吳彩緣, 羅正錢, 范元媛, 蔡志平 申請人:廈門大學(xué)