一種基于光纖激光器暗化維護(hù)的暗化漂白裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光纖激光器領(lǐng)域，更具體地，涉及一種摻鐿光纖激光器光子暗化漂白 裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鐿離子具有能級(jí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、激發(fā)態(tài)下熒光壽命長(zhǎng)、量子缺陷小等優(yōu)勢(shì)，而以石英作 為基質(zhì)的光纖具有極高的激光損傷閾值，因而摻鐿石英光纖被廣泛用于制備各種高功率光 纖激光器和放大器系統(tǒng)。而這種系統(tǒng)其工作波長(zhǎng)在1.0 um到I. lum，具有極大地實(shí)用性和廣 闊的應(yīng)用前景，被廣泛應(yīng)用于材料加工、激光武器、生物光學(xué)和醫(yī)學(xué)等。隨著半導(dǎo)體泵浦源、 泵浦耦合以及光纖設(shè)計(jì)制備等技術(shù)的不斷發(fā)展，摻鐿石英光纖激光器及放大器系統(tǒng)的輸出 功率已得到了極大地提升，從早期的瓦量級(jí)已攀升至目前的百千瓦量級(jí)。
[0003] 然而近年來(lái)這種高功率激光系統(tǒng)在應(yīng)用中，其輸出功率隨運(yùn)行時(shí)間增加而降低的 現(xiàn)象不斷被觀測(cè)。這種功率衰減導(dǎo)致系統(tǒng)缺乏穩(wěn)定性、工作壽命短，限制了系統(tǒng)功率的進(jìn)一 步攀升和應(yīng)用領(lǐng)域及范圍的拓展。為解決功率衰減問題，即光暗化效應(yīng)，眾多國(guó)內(nèi)外高校、 研宄機(jī)構(gòu)及公司都開展了相關(guān)的研宄。
[0004] 對(duì)光子暗化的研宄國(guó)內(nèi)外集中在兩個(gè)方面來(lái)，一是光子暗化的標(biāo)定和測(cè)量，通 過對(duì)光子暗化大小的有效準(zhǔn)確的測(cè)量來(lái)在增益光纖的選擇上進(jìn)行控制，進(jìn)而選擇低光子 暗化特性的摻鐿光纖來(lái)保證激光器的性能，如專利201210292916X給出了一種光子暗 化測(cè)試的裝置和方法。文章 J.J. Koponen, M.J. SSderlund, S.K.T. Tammela et al.. Photodarkening in ytterbium-doped silica fibers[C]. SPIE, 2005, 5990:599008. 1-599 008. 10提出了一種用于標(biāo)定單模摻鐿光纖和雙包層摻鐿光纖光子暗化特性的技術(shù)。
[0005] 第二個(gè)方面是集中在有源光纖預(yù)制棒制作方面。通過研宄光子暗化的形成 機(jī)理，從預(yù)制棒制備前端進(jìn)行干預(yù)，抑制光子暗化的產(chǎn)生。具體包括離子的共摻雜，專 利Z1201110076289. 1，采用共摻雜鈰離子來(lái)消除色心進(jìn)而研制低光子暗化光纖。文 章 Mattsson K E.The three-electron bond = Si<02:. Yb absorption center of pre-darkened ytterbium-doped silica[J]. Optics Express. 2013, 21 (10):12849 ~ 12864.研宄了是色心導(dǎo)致光纖在可見光到近紅外光譜范圍產(chǎn)生永久的光學(xué)損耗，輸出激光 功率降低表現(xiàn)為光子暗化效應(yīng)。
[0006] 無(wú)論是對(duì)光子暗化機(jī)理的研宄、采用共摻雜離子來(lái)制備低光子暗化光纖，還是快 速穩(wěn)定的光子暗化測(cè)試方法，都只能實(shí)現(xiàn)保證光纖激光器所用摻鐿光纖的盡可能為低光子 暗化特性，但光纖一旦確定，激光器使用過程造成的暗化就無(wú)法調(diào)控；并且光纖激光器目前 還沒有使用中心波段為793nm和808nm暗化漂白光源進(jìn)行漂白的。綜上所述，截止到目前 的研宄和成果都無(wú)法改善組裝成光纖激光器整機(jī)后，在使用過程中對(duì)摻鐿光纖激光器中光 子暗化現(xiàn)象進(jìn)行干預(yù)和優(yōu)化處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本申請(qǐng)?zhí)峁┑氖且环N基于光纖激光器暗化維護(hù)的暗 化漂白裝置和方法，其中通過對(duì)暗化漂白裝置的具體結(jié)構(gòu)及其設(shè)置方式進(jìn)行研宄和涉及， 相應(yīng)能夠在更為緊湊的結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)光子漂白，與現(xiàn)有產(chǎn)品更易于對(duì)組裝后的光纖激光器， 在使用過程中對(duì)光子暗化現(xiàn)象進(jìn)行干預(yù)和優(yōu)化處理。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種光纖激光器，其特征在于： 該激光器包括：暗化漂白裝置，該裝置由暗化漂白光源和驅(qū)動(dòng)電源組成。
[0009] 優(yōu)選地，所述光纖激光器為摻鐿光纖激光器；
[0010] 優(yōu)選地，該暗化漂白光源的輸出光纖和該激光器中合束器相連，該輸出光纖的類 型和該激光器中合束器的類型相同；
[0011] 優(yōu)選地，該暗化漂白光源是帶有光纖輸出的半導(dǎo)體激光器光源；
[0012] 優(yōu)選地，該帶有光纖輸出的半導(dǎo)體激光器光源的中心波段可為793nm、808nm ;相 比其他中心波段暗化漂白恢復(fù)程度恢復(fù)到30 %左右，中心波段793nm、808nm可達(dá)到70 %左 右。
[0013] 按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種光纖激光器的暗化漂白方法，其特征在于：具 體包括以下步驟：
[0014] (1)大功率光纖激光器在泵浦工作一段時(shí)間后，關(guān)閉泵浦光；
[0015] (2)打開暗化漂白光源驅(qū)動(dòng)電源，調(diào)整輸入電源功率，使中心波段為793nm、 808nm、543nm、633nm的暗化漂白光源開始工作，連續(xù)工作多個(gè)小時(shí)，關(guān)閉暗化漂白光源；
[0016] (3)重新開啟光纖激光器正常工作，當(dāng)激光器工作時(shí)間達(dá)到預(yù)定工作時(shí)間時(shí)，關(guān)閉 激光器泵浦光，重復(fù)步驟（2);
[0017] (4)根據(jù)激光器工作時(shí)間段間隔要求，反復(fù)多次重復(fù)步驟（1)和（2)不斷恢復(fù)暗化 帶來(lái)的損耗，減緩激光器暗化進(jìn)程。
[0018] 總體而言，按照本發(fā)明的上述技術(shù)構(gòu)思與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備以下的技術(shù)優(yōu) 占.
[0019] 1、本發(fā)明裝置為光纖激光器漂白裝置，可以使用在十瓦、百瓦乃至上千瓦的光纖 激光器中，可以和原光纖激光器共用一套合束系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性和適應(yīng)性；
[0020] 2、該裝置具有高的集成度，操作簡(jiǎn)便?？梢詫?duì)使用過程的光纖激光器整機(jī)進(jìn)行暗 化漂白，通過周期性的開啟來(lái)漂白光纖產(chǎn)生的光子暗化現(xiàn)象，減緩了光纖激光器暗化過程， 保證了光纖激光器激光輸出功率的穩(wěn)定性；
[0021] 3、本發(fā)明的光子暗化漂白裝置可以采用多種波長(zhǎng)、不同功率的漂白光源，這些波 長(zhǎng)的光源當(dāng)前都技術(shù)成熟性能穩(wěn)定高。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1是本發(fā)明實(shí)例提供的暗化漂白裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖2是為本發(fā)明實(shí)例提供的暗化漂白裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖3為793nm漂白光源對(duì)摻鐿光纖激光器暗化維護(hù)，暗化引起的附加損耗變化曲 線；
[0025] 圖4為808nm漂白光源對(duì)摻鐿光纖激光器暗化維護(hù)，暗化引起的附加損耗變化曲 線。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0027] 如圖1和圖2所示，本發(fā)明實(shí)例提供的暗化漂白裝置，包括漂白光源和其驅(qū)動(dòng)電 源。圖2顯示暗化漂白光源的驅(qū)動(dòng)電源可以和光纖激光器泵浦源使用同一驅(qū)動(dòng)電源和控制 豐旲塊。
[0028] 暗化漂白光源的輸出光纖和激光器中合束器相連，輸出光纖的類型和摻鐿光纖激 光器中合束器的光纖類型保持一致。
[0029] 如圖3所示，激光器使用過程中在915nm泵浦條件下泵浦一段時(shí)間后，光纖激光 器的增益介質(zhì)摻鐿光纖因光子暗化引起的附加衰減逐漸變大，之后再采用本發(fā)明提到的 793nm暗化漂白光源進(jìn)行暗化漂白后，發(fā)現(xiàn)由暗化引起的附加損耗的明顯降低。重復(fù)多次循 環(huán)，實(shí)現(xiàn)了暗化漂白過程，達(dá)到了激光器的暗化維護(hù)。
[0030] 圖4給出了在915nm泵浦光纖激光器，采用本發(fā)明提到808nm暗化漂白光源進(jìn)行 漂白，通過暗化測(cè)試裝置測(cè)試得到光纖暗化引起的光纖附加損耗的變化曲線。
[0031] 實(shí)例一：
[0032] 采用本發(fā)明所述的暗化漂白裝置進(jìn)行激光器光子暗化漂白的使用說(shuō)明如下；
[0033] 30w摻鐿激光器工作在工作達(dá)到300h時(shí)，在泵浦光（915nm或975nm泵浦源）關(guān)閉 的情況下，打開暗化漂白光源驅(qū)動(dòng)電源，調(diào)整輸入電源功率，使用中心波長(zhǎng)在793nm暗化漂 白光源輸出功率為5瓦，連續(xù)工作12小時(shí)。關(guān)閉暗化漂白光源驅(qū)動(dòng)電源，重新按照摻鐿光纖 激光器使用要求進(jìn)行使用。在工作了 300h時(shí)，30w摻鐿光纖激光器功率下降到29w。采用 本發(fā)明所述暗化漂白裝置進(jìn)行暗化漂白后，功率恢復(fù)到29. 7瓦，暗化漂白恢復(fù)程度為達(dá)到 70%。在光纖激光器在工程應(yīng)用中當(dāng)工作到600小時(shí)后，重復(fù)上述步驟，工作達(dá)到900h時(shí)， 再次重復(fù)，以此類推，使用本發(fā)明裝置可以達(dá)到對(duì)使用過程產(chǎn)生的暗化進(jìn)行漂白，可減緩的 光子暗化的進(jìn)程。
[0034] 實(shí)例二：
[0035] 采用本發(fā)明所述的暗化漂白裝置進(jìn)行激光器光子暗化漂白的使用說(shuō)明如下；
[0036] IOOw摻鐿激光器在泵浦工作達(dá)到150h時(shí)，在泵浦光15nm或975nm泵浦源）關(guān)閉 的情況下，打開暗化漂白光源驅(qū)動(dòng)電源，調(diào)整輸入電源功率，使用中心波長(zhǎng)在808nm暗化漂 白光源輸出功率為12瓦，連續(xù)工作12小時(shí)。關(guān)閉暗化漂白光源驅(qū)動(dòng)電源，重新按照摻鐿光 纖激光器使用要求進(jìn)行使用。在增加本發(fā)明所述暗化漂白裝置進(jìn)行暗化漂白前后摻鐿光纖 激光器暗化導(dǎo)致的功率損耗恢復(fù)率68%。在光纖激光器工作到300h后，重復(fù)上述步驟，最 終實(shí)現(xiàn)減緩光纖激光器光子暗化的進(jìn)程。
[0037] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以 限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含 在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種光纖激光器使用過程中的光子暗化漂白方法，其特征在于：具體包括以下步 驟： (1) 大功率光纖激光器在泵浦工作一段時(shí)間后，關(guān)閉泵浦光； (2) 打開暗化漂白光源驅(qū)動(dòng)電源，調(diào)整輸入電源功率，使中心波段為793nm、808nm的暗 化漂白光源開始工作，連續(xù)工作多個(gè)小時(shí)，關(guān)閉暗化漂白光源。 (3) 重新開啟光纖激光器正常工作，當(dāng)激光器工作時(shí)間達(dá)到預(yù)定工作時(shí)間時(shí)，關(guān)閉激光 器泵浦光，重復(fù)步驟（2)。 (4) 根據(jù)激光器工作時(shí)間段間隔要求，反復(fù)多次重復(fù)步驟（1)和（2)不斷恢復(fù)暗化帶來(lái) 的損耗，減緩激光器暗化進(jìn)程。2. -種可在使用過程中實(shí)現(xiàn)光子暗化漂白的光纖激光器，該激光器包括：泵浦源、諧 振腔，其特征在于：該激光器還包括能使該激光器在使用過程中實(shí)現(xiàn)光子暗化漂白的裝置， 該裝置由暗化漂白光源和驅(qū)動(dòng)電源組成；該暗化漂白光源是帶有光纖輸出的半導(dǎo)體激光器 光源，其中心波段為793nm、808nm。3. 如權(quán)利要求2所述的光纖激光器，其特征在于：所述光纖激光器為摻鐿光纖激光器。4. 如權(quán)利要求2的所述光纖激光器，其特征在于：該暗化漂白光源的輸出光纖和該激 光器中合束器相連，該輸出光纖的類型和該激光器中合束器的類型相同。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光子暗化漂白裝置，以解決目前在摻鐿光纖激光運(yùn)行過程中光子暗化現(xiàn)象的缺少干預(yù)的局面。本發(fā)明包括暗化漂白光源及其驅(qū)動(dòng)電源。本發(fā)明是在摻鐿光纖激光器內(nèi)部上增加一套暗化漂白裝置，因此不改變光纖激光器的主體結(jié)構(gòu)，具有高的適用性。本發(fā)明裝置尤其適合于工作中的周期性的對(duì)光纖激光器暗化進(jìn)行漂白，促進(jìn)了光纖激光器的使用過程功率的穩(wěn)定性，減緩了激光器光子暗化進(jìn)程，提高了激光器的使用壽命。
【IPC分類】H01S3/067, H01S3/113
【公開號(hào)】CN104993369
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510354909
【發(fā)明人】李海清, 李進(jìn)延, 趙楠, 戴能利, 彭景剛, 楊旅云, 廖雷
【申請(qǐng)人】華中科技大學(xué)
【公開日】2015年10月21日
【申請(qǐng)日】2015年6月24日