一種光纖激光器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及激光器的機械設計技術領域，特別是設及一種光纖激光器。
【背景技術】
[0002] 光纖激光器是指用滲稀±元素玻璃光纖作為增益介質(zhì)，在累浦光的作用下光纖內(nèi) 形成高功率密度造成激光工作物質(zhì)的激光能級"粒子數(shù)反轉(zhuǎn)"，在適當時加入正反饋回路便 可形成激光振蕩輸出。
[0003] 在光纖激光器中，光纖激光器的功率與光束質(zhì)量是兩個相互矛盾的參數(shù)，即為：功 率越大，光束質(zhì)量越差，功率越小，光束質(zhì)量越好。目前，用戶只能在功率和光束質(zhì)量之間選 擇一個，要么高功率低質(zhì)量，要么低功率高質(zhì)量，大大限制了光纖激光器的應用范圍，不利 于光纖激光器的推廣應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明主要解決的技術問題是提供一種光纖激光器，能夠?qū)崿F(xiàn)在不改變光纖激光 器的功率的基礎上，提高光纖激光器所輸出的光束的質(zhì)量。 陽〇化]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的一個技術方案是：提供一種光纖激光器，包 括：激光種子源、放大光路、輸出光隔離器和光纖柱；所述放大光路分別與激光種子源和輸 出光隔離器連接，所述激光種子源用于輸出光源，所述放大光路包括一級放大光路和二級 放大光路，所述一級放大光路分別與激光種子源和二級放大光路連接，輸出光源經(jīng)過兩級 放大后通過所述輸出光隔離器進行輸出；其中，所述二級放大光路包括多模有源光纖；所 述多模有源光纖盤繞在所述光纖柱。
[0006] 其中，所述光纖柱還包括大圓柱體和/或若干個小圓柱體。
[0007] 其中，所述大圓柱體的外壁上設置有第一刻槽，所述多模有源光纖順延所述刻槽 螺旋盤繞。
[0008] 其中，所述若干個小圓柱體設置于同一圓周上，所述多模有源光纖交錯盤繞在所 述若干個小圓柱體。
[0009] 其中，所述小圓柱體設置有第二刻槽，在所述多模有源光纖盤繞所述小圓柱體時， 所述多模有源光纖卡入所述刻槽內(nèi)。
[0010] 其中，所述大圓柱體設置于所述若干個小圓柱體所圍成的圓周內(nèi)，所述多模有源 光纖在交錯盤繞所述若干個小圓柱體后環(huán)繞所述大圓柱體，并且所述多模有源光纖的輸出 端位于所述大圓柱體的頂部。
[0011] 其中，所述光纖激光器包括上殼體和下殼體；
[0012] 所述激光種子源和一級放大光路固定于所述上殼體，所述二級放大光路、輸出光 隔離器和光纖柱固定于所述下殼體，所述上殼體固定于下殼體上。
[0013] 其中，所述一級放大光路包括一級累浦光纖、單模有源光纖和一級無源光纖，所述 光纖激光器還包括光纖盒和散熱膠；所述光纖盒和散熱膠均位于所述上殼體內(nèi)，所述單模 有源光纖固定于所述光纖盒內(nèi)，并且所述散熱膠涂覆與所述單模有源光纖上；所述一級累 浦光纖和一級無源光纖均固定于所述上殼體內(nèi)，并且所述一級累浦光纖環(huán)繞所述光纖盒， 所述一級無源光纖遠離所述累浦光纖和光纖盒。
[0014] 其中，所述一級放大光路還包括一級累浦源、一級合束器、一級放大器和一級光隔 離器；所述激光種子源通過單模有源光纖與一級合束器連接，所述一級累浦源通過一級累 浦光纖與一級合束器連接，所述一級放大器通過一級無源光纖分別與一級合束器和一級光 隔離器連接，所述一級光隔離器與二級放大光路連接。
[0015] 其中，所述二級放大光路還包括二級累浦光纖、二級累浦源、二級合束器和二級無 源光纖；
[0016] 所述二級合束器通過多模有源光纖與一級光隔離器連接，所述二級累浦源通過二 級累浦光纖與二級合束器連接，所述二級放大器通過二級無源光纖分別與二級合束器和輸 出光隔離器連接。
[0017] 本發(fā)明的有益效果是：區(qū)別于現(xiàn)有技術的情況，本發(fā)明將光纖激光器的放大光路 中的多模有源光纖盤繞在光纖柱，W使多模有源光纖的半徑呈彎曲狀，將多模有源光纖的 高階模過濾掉從而得到多模有源光纖的低階模甚至基模輸出，從而提高多模有源光纖輸出 激光的光束的質(zhì)量，實現(xiàn)在不改變光纖激光器的功率的基礎上，提高光纖激光器所輸出的 光束的質(zhì)量。
【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明光纖激光器實施方式部分元件的連接關系圖；
[0019] 圖2是本發(fā)明光纖激光器實施方式的立體示意圖；
[0020] 圖3是本發(fā)明光纖激光器實施方式中上殼體的截面示意圖；
[0021] 圖4是本發(fā)明光纖激光器實施方式中下殼體的截面示意圖；
[0022] 圖5是本發(fā)明光纖激光器實施方式中多模有源光纖彎曲等效折射率模型的示意 圖。
【具體實施方式】
[0023] 下面結合附圖和實施方式對本發(fā)明進行詳細說明。
[0024] 請參閱圖1~圖3,光纖激光器20包括激光種子源21、放大光路22、輸出光隔離器 23和光纖柱24。
[0025] 放大光路22分別與激光種子源21和輸出光隔離器23連接，激光種子源21用于 輸出光源，放大光路22用于對光源進行放大，并通過輸出光隔離器23進行輸出。輸出光隔 離器23是僅允許光沿著一個固定方向傳播的設備。放大光路22包括一級放大光路25和 二級放大光路26, 一級放大光路25分別與激光種子源和二級放大光路26連接，二級放大光 路26分別與一級放大光路25和輸出光隔離器23連接，輸出光源經(jīng)過兩級放大后通過所述 輸出光隔離器23進行輸出。放大光路22包括多模有源光纖261。多模有源光纖261盤繞 在光纖柱24。光纖柱24是一個圓柱形組件，在多模有源光纖261盤繞在光纖柱24時，多模 有源光纖261的半徑呈彎曲狀，從而將多模有源光纖261的高階模過濾掉從而得到多模有 源光纖261的低階模甚至基模輸出，從而提高多模有源光纖261輸出激光的光束的質(zhì)量，進 而提高光纖激光器20所輸出的光束的質(zhì)量。
[00%] 通過彎曲多模有源光纖261的半徑，提高多模有源光纖261輸出激光的光束的質(zhì) 量的具體原理為：
[0027] 激光的光束的參數(shù)（特別是光束質(zhì)量M2)和平均功率對激光器的應用起著決定性 的作用。但是在光纖激光器20中，平均功率與光束的質(zhì)量是兩個相互矛盾的參數(shù)，為：平均 功率越大，光束的質(zhì)量越差，功率越小，光束質(zhì)量越好，其中，光束質(zhì)量m2的計算公式為：
[0028]
[0029] 光束在空間域中的束寬和空間頻率域中的遠場發(fā)散角的乘積，稱為光束的空間束 寬積，也稱為光束參數(shù)乘積，則光束質(zhì)量m2的計算公式又可為：
[0031] W為被測光束高斯光束束腰寬度，W。為基模理想高斯光束的束腰寬度，0和0。分 別稱為被測光束和基模理想高斯光束的遠場發(fā)散角。光束質(zhì)量M2= 1為最好基模高斯光 束，理想情況下高斯光束在通過無像差和無衍射效應的聚焦光學系統(tǒng)，或擴束系統(tǒng)時，m2因 子是一個不變量。
[0032] 另外，由介質(zhì)波導理論可知，當光纖彎曲時，纖忍中的束縛模式沿彎曲半徑會有不 同程度的福射，成為彎曲損耗。運種損耗因模式而異，高階模的損耗大于低階模的損耗。因 此，可W選擇合適的彎曲半徑來抑制高階模的傳輸使得光束變得純凈達到改善光束質(zhì)量的 目的。彎曲選模法具有無需特殊設計光纖，只需設計盤繞方式和盤繞半徑，易于實現(xiàn)和操 作，具有廣泛的用途。
[0033] 在光纖彎曲時，信號激光會發(fā)生沿彎曲半徑方向的能量福射，原有光纖中的部分 束縛模式會變?yōu)樾孤┠：透Ｉ淠?，引起彎曲損耗。根據(jù)化Marcuse的經(jīng)典理論，光纖中LPmn 模的彎曲損耗可W表示為：
化頻率，R是彎曲半徑，a是纖忍半徑，0是對應的傳播常數(shù)，m表示模式LPmn的階數(shù)，K為 真空中的波數(shù)。常數(shù)Sm取值因模式而異，Sm有公式可為：
[0037] 由公式2和公式3可知，損耗隨著光纖的彎曲半徑減小而增大，并且高階模式的 損耗大于低階模。與模式間彎曲損耗的不同，可W用光纖彎曲等效折射率模型進行直觀解 釋：如圖5所示，沿軸的彎曲對光纖的纖忍內(nèi)光場的影響可W看成是折射率的變化，為：高 階模式的等效折射率低于基模，容易發(fā)生"泄漏"而產(chǎn)生較大的損耗。因此，光纖激光中，將 多模有源光纖261按合適的半徑彎曲時，可W將高階模過濾掉從而得到低階模甚至基模輸 出，進而提高輸出激光的光束質(zhì)量。當然，在其它替代實施方式中，也可W采用其它方法改 善光纖激光器20的光束質(zhì)量，但其總存在各種各樣的缺陷，例如：1)微結構技術：光子晶體 光纖，具有設計自由度高，無截止單模，模場面積提升大的優(yōu)點，但是其制作成本高，減少了 光纖本身的柔性，很少采用。2)傳統(tǒng)設計：增大忍徑，降低纖忍和包層折射率差，易于操作 與制作，但是易于受彎曲損耗影響。3)復合引導技術：增益引導，可獲得較大模場面積，但 易受外界因素（溫度、彎曲等）干擾而且穩(wěn)定性不好。4)模式控制技術：a.錐形光纖濾波： 制作難度較小，但是功率密度分布不均勻；b.模式轉(zhuǎn)換法：效果不錯，但是存在結構復雜， 制作工藝不成熟而且穩(wěn)定性不高。
[0038] 具體的，光纖柱24包括若干個小圓柱體241和/或大圓柱體242,若干個小圓柱體 241設置于同一圓周口上，多模有源光纖261交錯盤繞在若干個小圓柱體241，其中，多模有 源光纖261在相鄰的兩