一種全光纖高功率光纖激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種全光纖高功率光纖激光器，屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]全光纖激光器具有結(jié)構(gòu)緊湊、散熱性能好、轉(zhuǎn)換效率高、光束質(zhì)量優(yōu)良和性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。隨著大功率半導(dǎo)體激光技術(shù)發(fā)展及雙包層光纖發(fā)明，極大的提高了光纖激光器輸出功率水平，迄今，通過激光振蕩級加放大方案，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)單纖輸出具有良好光束質(zhì)量的千瓦級全光纖激光器，并通過光束合束技術(shù)，高功率光纖激光器的輸出功率已超萬瓦，被廣泛應(yīng)用于汽車制造、船舶工業(yè)、鐵路機(jī)車制造、軍事加工、金屬材料加工等各個工業(yè)加工行業(yè)，并不斷向更為廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域拓展。
[0003]在目前報道的全光纖千瓦級光纖激光器中，一般采用將各個分離器件熔接組成振蕩級輸出千瓦級高功率，如文獻(xiàn)《Experimental study on kilowatt fiber laser in anall-fiber configurat1n)) (Chinese Optics Letters, Vol.8，021404-1)和文獻(xiàn)《lkW 全光纖激光器實(shí)驗(yàn)研究》(《激光與紅外》Vol.42，1127-1130)，或采用各個分離器件熔接組成振蕩級加放大級輸出千瓦級高功率，如文獻(xiàn)《1.1kW Ytterbium Monolithic Fiber Laserwith Assembled End-pump Scheme to Couple High Brightness Single Emitters》(IEEEPhotonics Technology Letters，VOL.23，697-699)。在這些方案中，器件的恪接會導(dǎo)致整個光路上出現(xiàn)多個熔接點(diǎn)，各熔接點(diǎn)發(fā)熱和信號光泄露到包層成為制約提升全光纖千瓦級激光器輸出功率、光光轉(zhuǎn)換效率和劣化光束質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。
[0004]文南犬《1-kilowatt Cff all-fiber laser oscillator pumped with wavelengthbeam-combined d1de stacks)) (Optics Express, Vol.20，3296-3301)米用將高反光纖光柵和正向栗浦合束器合并為一個器件及將包層光剝除器、輸出光柵級端面合并為一個器件，將振蕩級熔接點(diǎn)減少為兩個，獲得千瓦級高功率單振蕩級光纖激光器輸出。但這種方案在腔內(nèi)仍然存在兩個有源光纖和無源光纖熔接點(diǎn)，激光在腔內(nèi)多次來回反射會在兩個熔接點(diǎn)出發(fā)熱和泄露信號光，且這種方案只能用于單向栗浦和單振蕩級。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種全光纖高功率光纖激光器，這種激光器在振蕩級和放大級之間無熔接點(diǎn)，利于獲得高功率。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種全光纖高功率光纖激光器，包括正向合束器、摻雜光纖光路模塊、反向合束器、端帽、第一栗浦激光器以及第二栗浦激光器；
[0007]所述正向合束器包括N個栗浦輸入光纖，一個信號輸入光纖和一個信號輸出光纖，其中正向合束器的栗浦輸入光纖和信號輸入光纖同側(cè)，第二栗浦激光器熔接在正向合束器的栗浦輸入光纖上；
[0008]反向合束器包括N個栗浦輸入光纖，一個信號輸入光纖和一個信號輸出光纖，其中反向合束器的栗浦輸入光纖和信號輸出光纖同側(cè)，第一栗浦激光器熔接在反向合束器的栗浦輸入光纖上，端帽制作于反向合束器的信號輸出光纖上；
[0009]摻雜光纖光路模塊包括摻雜光纖、包層光剝離器、低反射率光柵以及高反射率雙包層光柵；正向合束器的信號輸出光纖與摻雜光纖的一端熔接栗浦，摻雜光纖的另一端與反向合束器的信號輸入光纖恪接栗浦；
[0010]高反射率雙包層光柵刻于摻雜光纖或正向合束器的信號輸出光纖上，低反射率光柵刻于摻雜光纖的中部，包層光剝離器制作在摻雜光纖上，包層光剝離器與低反射率光柵之間的距離大于10cm，小于Im ；
[0011]所述低反射率光柵的反射率小于30%，高反射率雙包層光柵的反射率大于99%。
[0012]所述包層光剝離器承受信號光功率大于500W，可剝除栗浦功率大于50W，剝除效率大于13dB ；
[0013]所述摻雜光纖為雙包層或多包層摻雜光纖，內(nèi)包層直徑為200-800微米，纖芯直徑為20-80微米，纖芯摻雜稀土離子為鐿、鉺、銩中一種或多種的組合。
[0014]所述正向合束器的信號輸出光纖和反向合束器的信號輸入光纖的包層直徑均與摻雜光纖光路模塊中摻雜光纖的包層直徑相同，反向合束器信號輸入光纖的纖芯直徑大于或等于摻雜光纖的纖芯直徑。
[0015]若高反射率雙包層光柵位于摻雜光纖光路模塊中，則正向合束器的信號輸出光纖與高反射率雙包層光柵之間的摻雜光纖不超過50cm，正向合束器信號輸出光纖的纖芯直徑大于或等于摻雜光纖的纖芯直徑；
[0016]若高反射率雙包層光柵刻于正向合束器的信號輸出光纖上，則正向合束器信號輸出光纖的纖芯直徑等于摻雜光纖的纖芯直徑。
[0017]正向合束器對第二栗浦激光器輸出激光的插入損耗小于0.2dB，反向合束器對通過反向合束器的信號輸入光纖輸入的信號激光的插入損耗小于0.ldB。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0019](I)本發(fā)明通過將低反射率光柵、包層光剝離器等集成到摻雜光纖之上，直接減少熔接點(diǎn)個數(shù)，減小了因多個光纖熔接點(diǎn)，特別是諧振腔內(nèi)多個有源光纖和無源光纖熔接導(dǎo)致的信號光泄露和發(fā)熱問題。
[0020](2)本發(fā)明通過將振蕩級和放大級集成至一根摻雜光纖，并通過前向和后向栗浦，有效提升了輸出功率。
[0021](3)本發(fā)明通過將高功率包層功率剝離器制作于低反射率光柵附近，并保證包層光剝離器承受信號光功率大于500W，可剝除栗浦功率大于50W，剝除效率大于13dB，能夠防止包層光進(jìn)入第一栗浦激光器和第二栗浦激光器，從而避免對第一栗浦激光器和第二栗浦激光器可能造成的損壞，保證了激光器可靠性。
[0022](4)本發(fā)明中若高反射率雙包層光柵位于摻雜光纖光路模塊中時，正向合束器的信號輸出光纖和反向合束器的信號輸入光纖的包層直徑與摻雜光纖的包層直徑相同，正向合束器信號輸出光纖的纖芯直徑大于或等于摻雜光纖的纖芯直徑，有效避免了栗浦光和信號光在熔接點(diǎn)的泄露，提升了信號光的輸出功率。
[0023](5)本發(fā)明中若高反射率雙包層光柵位于正向合束器的信號輸出光纖上時，正向合束器信號輸出光纖的纖芯直徑等于摻雜光纖的纖芯直徑，避免了因模場不匹配導(dǎo)致的信號光泄露以及熔接點(diǎn)發(fā)熱，并提升了效率。
【附圖說明】
[0024]圖1高功率光纖激光器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2摻雜光纖光路模塊示意圖；
[0026]圖3正向合束器示意圖；
[0027]圖4反向合束器示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]如圖1所不，一種全光纖高功率光纖激光器，包括正向合束器11、摻雜光纖光路模塊12、反向合束器13、端帽14、第一栗浦激光器15、第二栗浦激光器16 ;
[0029]所述正向合束器11包括N個栗浦輸入光纖33，一個信號輸入光纖31和一個信號輸出光纖32，其中栗浦輸入光纖33和信號輸入光纖31同側(cè)，第二栗浦激光器16恪接在栗浦輸入光纖33上；
[0030]反向合束器13包括N個栗浦輸入光纖34，一個信號輸入光纖35和一個信號輸出光纖36，其中栗浦輸入光纖34和信號輸出光纖36同側(cè)，第一栗浦激光器15熔接在反向合束器13的栗浦輸入光纖34上，端帽14制作于反向合束器13的信號輸出光纖36上。
[0031]如圖2所示，摻雜光纖光路模塊12包括摻雜光纖21、包層光剝離器22、低反射率光柵23，高反射率雙包層光柵24，高反射率雙包層光柵24刻于摻雜光纖或正向合束器11的信號輸出光纖上，其反射率大于99%。低反射率光柵23直接刻于摻雜光纖21中部，反射率小于30 %，在低反射率光柵23之前或之后直接在摻雜光纖上制作包層光剝離器22，包層光剝離器22與低反射率光柵23之間的距離大于10cm，小于lm。包層光剝離器可承受信號光功率大于500W，可剝除栗浦功率大于50W，剝除效率大于13dB。高功率光纖激光器采用雙端栗浦