專利名稱：660nm全光纖結(jié)構(gòu)大功率紅光光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種光纖激光器，特別是ー種660nm全光纖結(jié)構(gòu)大功率紅光光纖激光器。
背景技術(shù)：
光纖激光器以其體積小、效率高、穩(wěn)定性好、光束質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展十分迅速。660nm附近的紅光光纖激光器，可作為激光投影、激光電視、激光水下成像等得理想的紅色激光光源。目前獲得660nm附近紅色激光的方法最主要的方法，是Nd3+ :YAG產(chǎn)生1320nm激光經(jīng)過(guò)倍頻后獲得。在全固態(tài)激光器中利用非線性頻率變換技術(shù)在獲得可見(jiàn)光波段激光技術(shù)方面已取得很好成效，特別是全固態(tài)激光器內(nèi)腔倍頻技術(shù)，幾乎成為了可見(jiàn)波段固體激光器的主 カ軍，但將內(nèi)腔倍頻技術(shù)應(yīng)用于光纖激光器時(shí)遇到ー個(gè)矛盾光纖激光器的優(yōu)勢(shì)在于它的全光纖化熔接，無(wú)分立元件，故而其穩(wěn)定性好、免維護(hù)和易于使用，但如果插入倍頻晶體這樣的分立元件，必然破壞了光纖激光器穩(wěn)定性好，免維護(hù)且易于使用的優(yōu)勢(shì)，失去市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。要實(shí)現(xiàn)光纖激光器腔內(nèi)倍頻必須采用光纖結(jié)構(gòu)的腔內(nèi)倍頻器件，將其熔接在光纖激光器中，實(shí)現(xiàn)全光纖結(jié)構(gòu)的倍頻光纖激光器?，F(xiàn)有的光纖激光器倍頻技術(shù)多采用腔外倍頻或內(nèi)腔分立元件倍頻，如雙面泵浦腔內(nèi)倍頻雙包層綠光光纖激光器(申請(qǐng)?zhí)?00620079299)，雙包層光纖腔內(nèi)倍頻激光器(專利號(hào)03116633. 4)，內(nèi)腔倍頻藍(lán)光光纖激光器(申請(qǐng)?zhí)?00820155748)，高功率藍(lán)光光纖激光器(申請(qǐng)?zhí)?00620079296)，這些激光器均是分立元件構(gòu)成的，從本質(zhì)上講，這些技術(shù)都是全固態(tài)腔內(nèi)倍頻技術(shù)的翻版，雖將其搬入光纖激光器，但光纖激光器自身所具有的高穩(wěn)定性卻被破壞了，顯不不出光纖激光器的優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明的發(fā)明人于2011年6月14日提出的專利申請(qǐng)(申請(qǐng)?zhí)?01110158949. 0，名稱全光纖結(jié)構(gòu)腔內(nèi)倍頻綠光激光器)，是ー種采用三光柵結(jié)構(gòu)的光纖激光器，其采用自聚焦透鏡長(zhǎng)度為O. 23P (P為自聚焦透鏡節(jié)距)的全光纖腔內(nèi)倍頻光纖激光器，主要用于大功率光纖激光器，因其腔內(nèi)光纖倍頻器所采用的自聚焦透鏡長(zhǎng)度采用O. 23P，基頻光被自聚焦透鏡轉(zhuǎn)換為平行光，在倍頻晶體中產(chǎn)生二次諧波(倍頻)效應(yīng)。發(fā)明人在對(duì)腔內(nèi)倍頻器的后續(xù)研究中發(fā)現(xiàn)，自聚焦透鏡的長(zhǎng)度和倍頻晶體的長(zhǎng)度、折射率均會(huì)影響腔內(nèi)倍頻器內(nèi)部的激光分布，從而影響出射激光的強(qiáng)度，由于該激光器中的自聚焦透鏡長(zhǎng)度固定為O. 23P，基頻光在經(jīng)自聚焦透鏡擴(kuò)束轉(zhuǎn)換為平行光，并在倍頻晶體中以平行光的方式行迸，故而其在大功率或當(dāng)倍頻晶體非線性系數(shù)較高時(shí)倍頻效率比較高，但其在中小功率或倍頻晶體非線性系數(shù)不是很高時(shí)，倍頻效率相對(duì)比較低。經(jīng)進(jìn)一歩研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)改變自聚焦透鏡長(zhǎng)度，使得基頻光能夠在倍頻晶體中匯聚時(shí)，便可以獲得很高的倍頻效率，尤其是在中小功率或倍頻晶體非線性系數(shù)不是很高時(shí)，效果更為明顯。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供ー種660nm全光纖結(jié)構(gòu)大功率紅光光纖激光器，該激光器采用全光纖結(jié)構(gòu)、匯聚型的腔內(nèi)倍頻器以及三光纖光柵組成的倍頻腔體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了高穩(wěn)定、大功率綠光激光輸出?？蓮V泛應(yīng)用于激光投影、激光電視、激光醫(yī)學(xué)和激光雷達(dá)等領(lǐng)域。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)解決方案ー種660nm全光纖結(jié)構(gòu)大功率紅光光纖激光器，包括半導(dǎo)體激光器泵浦源、第一全反射光纖光柵、第二全反射光纖光柵和第三全反射光纖光柵，所述第一全反射光纖光柵和第二全反射光纖光柵之間連接有雙包層摻釹光纖，第二全反射光纖光柵和第三全反射光纖光柵之間連接有腔內(nèi)倍頻器，第三全反射光纖光柵的輸出端連接輸出尾纖，上述各元件通過(guò)熔接的方式連接；所述腔內(nèi)倍頻器包括全自動(dòng)溫控爐、第一尾纖、套管、第一自聚焦透鏡、倍頻晶體、第二自聚焦透鏡、導(dǎo)熱銅塊和第二尾纖，其中，第一自聚焦透鏡和第二自聚焦透鏡分別粘結(jié)在倍頻晶體左、右兩端；第一自聚焦透鏡的左端與第一尾纖帶有尾纖插針的一端粘結(jié)，第二自聚焦透鏡的右端與第二尾纖帶有尾纖插針的一端粘結(jié)；第一尾纖、套管、第一自聚焦透鏡、倍頻晶體、第二自聚焦透鏡和第二尾纖中心共線，共同構(gòu)成以倍頻晶體為中心的対稱性結(jié)構(gòu)；第一自聚焦透鏡、倍頻晶體、第二自聚焦透鏡三者的整體的外部依次包裹有銦箔和導(dǎo)熱銅塊，所述導(dǎo)熱銅塊的底面與全自動(dòng)溫控爐相接觸，導(dǎo)熱銅塊的其余表面封裝在套管內(nèi)部，第一尾纖從套管的左端穿出并與第二全反射光纖光柵熔接，第二尾纖從套管的右兩端穿出并第三全反射光纖光柵熔接，各元件熔接時(shí)采用纖芯對(duì)準(zhǔn)；所述倍頻晶體、第一自聚焦透鏡和第二自聚焦透鏡滿足式I :

權(quán)利要求
1.一種660nm全光纖結(jié)構(gòu)大功率紅光光纖激光器，其特征在于，包括半導(dǎo)體激光器泵浦源(I)、第一全反射光纖光柵(2)、第二全反射光纖光柵(4)和第三全反射光纖光柵(6)，所述第一全反射光纖光柵(2)和第二全反射光纖光柵(4)之間連接有雙包層摻釹光纖(3)，第二全反射光纖光柵(4)和第三全反射光纖光柵(6)之間連接有腔內(nèi)倍頻器(5),第三全反射光纖光柵(6)的輸出端連接輸出尾纖(7)，上述各元件通過(guò)熔接的方式連接； 所述腔內(nèi)倍頻器包括全自動(dòng)溫控爐(15)、第一尾纖(8)、套管(9)、第一自聚焦透鏡(10)、倍頻晶體(11)、第二自聚焦透鏡(12)、導(dǎo)熱銅塊(13)和第二尾纖(14)，其中，第一自聚焦透鏡(10)和第二自聚焦透鏡(12)分別粘結(jié)在倍頻晶體(11)左、右兩端；第一自聚焦透鏡(10)的左端與第一尾纖(8)帶有尾纖插針的一端粘結(jié)，第二自聚焦透鏡(12)的右端與第二尾纖(14)帶有尾纖插針的一端粘結(jié)；第一尾纖(8)、套管(9)、第一自聚焦透鏡(10)、倍頻晶體(11)、第二自聚焦透鏡(12)和第二尾纖(14)中心共線，共同構(gòu)成以倍頻晶體(11)為中心的對(duì)稱性結(jié)構(gòu)；第一自聚焦透鏡(10)、倍頻晶體(11)、第二自聚焦透鏡(10)三者的整體的外部依次包裹有銦箔和導(dǎo)熱銅塊(13)，所述導(dǎo)熱銅塊(13)的底面與全自動(dòng)溫控爐(15)相接觸，導(dǎo)熱銅塊(13 )的其余表面封裝在套管(9 )內(nèi)部，第一尾纖(8 )從套管(9 )的左端穿出并與第二全反射光纖光柵(4)熔接，第二尾纖(14)從套管(9)的右兩端穿出并第三全反射光纖光柵(6)熔接，各元件熔接時(shí)采用纖芯對(duì)準(zhǔn)； 所述倍頻晶體(11)、第一自聚焦透鏡(10)和第二自聚焦透鏡(12)滿足式I : 'ZnlTaniad)、 L =--式 I anQ 式中，L為倍頻晶體(11)的長(zhǎng)度；ni為倍頻晶體(11)的折射率為第一自聚焦透鏡(10)的中心折射率；d為第一自聚焦透鏡(10)的長(zhǎng)度；a為第一自聚焦透鏡(10)折射率分布系數(shù)；第一自聚焦透鏡(10)的折射率n(r)沿徑向r分布滿足式2 n(r) = n0(l-a V/2)式 2式中，r為徑向坐標(biāo)。
2.如權(quán)利要求I所述的660nm全光纖結(jié)構(gòu)大功率紅光光纖激光器，其特征在于，所述第一自聚焦透鏡(10)和第二自聚焦透鏡(12)選用相同的自聚焦透鏡，其長(zhǎng)度均為0.3P"0. 45P。
3.如權(quán)利要求I所述的660nm全光纖結(jié)構(gòu)大功率紅光光纖激光器,其特征在于,所述半導(dǎo)體激光器泵浦源(I)選擇帶IOOiim尾纖輸出、中心波長(zhǎng)為808nm、功率為35W的半導(dǎo)體激光器泵浦組件；第一全反射光纖光柵(2)、第三全反射光纖光柵(6)選擇反射中心波長(zhǎng)為1320nm全反射光纖光柵,反射率大于99% ;雙包層摻釹光纖(3)選擇芯徑為6/125 y m的雙包層摻釹光纖，長(zhǎng)度取18m ;第二全反射光纖光柵(4)與取反射中心波長(zhǎng)為660nm全反射Bragg光纖光柵，反射率大于99% ;輸出尾纖(7)選擇芯徑為6/125 u m的雙包層非摻雜光纖。
4.如權(quán)利要求I所述的660nm全光纖結(jié)構(gòu)大功率紅光光纖激光器,其特征在于,所述第一自聚焦透鏡(10)和第二自聚焦透鏡(12)均選擇d=0. 30P、直徑為3mm、長(zhǎng)度為6mm的圓形自聚焦透鏡；倍頻晶體(11)選取LBO晶體,橫截面尺寸選取倍頻晶體長(zhǎng)度L=18. 7mm ;第一尾纖(8)、第二尾纖(14)均選用6/125 u m雙包層無(wú)摻雜光纖,輸出尾纖長(zhǎng)度取2米；導(dǎo)熱銅塊(13)長(zhǎng)度取28. 7mm，壁厚5mm ;套管(9)長(zhǎng)度取40. 7mm，側(cè)壁厚3mm，端壁厚 6mm。
5.如權(quán)利要求I所述的660nm全光纖結(jié)構(gòu)大功率紅光光纖激光器,其特征在于,所述第一自聚焦透鏡(10)、第二自聚焦透鏡(12)和倍頻晶體(11)均為柱體且橫截面面積相同。
6.如權(quán)利要求I所述的660nm全光纖結(jié)構(gòu)大功率紅光光纖激光器,其特征在于,所述第一自聚焦透鏡(10)、第二自聚焦透鏡(12)和倍頻晶體(11)均采用橫截面直徑疒5_的圓柱或者橫截面邊長(zhǎng)為2 5mm的長(zhǎng)方體。
7.如權(quán)利要求I所述的660nm全光纖結(jié)構(gòu)大功率紅光光纖激光器,其特征在于,所述溫度控制器(15)采用控制范圍為一 10°C 200°C的自動(dòng)恒溫控制爐。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種660nm全光纖結(jié)構(gòu)大功率紅光光纖激光器，包括半導(dǎo)體激光器泵浦源、第一全反射光纖光柵、第二全反射光纖光柵和第三全反射光纖光柵，所述第一全反射光纖光柵和第二全反射光纖光柵之間連接有雙包層摻釹光纖，第二全反射光纖光柵和第三全反射光纖光柵之間連接有腔內(nèi)倍頻器，第三全反射光纖光柵的輸出端連接輸出尾纖，上述各元件通過(guò)熔接的方式連接；該激光器采用全光纖結(jié)構(gòu)、匯聚型的腔內(nèi)倍頻器以及三光纖光柵組成的倍頻腔體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了高穩(wěn)定、大功率綠光激光輸出?？蓮V泛應(yīng)用于激光投影、激光電視、激光醫(yī)學(xué)和激光雷達(dá)等領(lǐng)域。具有光束質(zhì)量好、倍頻效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01S3/109GK102738689SQ201210222119
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月29日
發(fā)明者馮曉強(qiáng), 馮選旗, 白晉濤 申請(qǐng)人:西北大學(xué)