一種長脈寬、高峰值功率準連續(xù)光纖激光器系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉光纖激光器領(lǐng)域，具體是一種長脈寬、高峰值功率準連續(xù)光纖激光器系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]長脈寬、高峰值功率準連續(xù)激光器輸出激光具有ms量級脈沖寬度，使得脈沖光具有比連續(xù)光高十倍以上的峰值功率，以及更高的單脈沖能量，是易碎材料點焊、縫焊和鉆孔等微加工的最佳選擇。
[0003]現(xiàn)階段主要通過燈栗YAG激光器和降額調(diào)制連續(xù)光纖激光器來得到長脈寬、高峰值功率的準連續(xù)激光。燈栗YAG激光器所使用的Nd: YAG晶體具有優(yōu)良的熱學性能，非常適合制作成連續(xù)和重頻器件，燈栗YAG長脈寬、低重頻準連續(xù)激光器制作工藝成熟穩(wěn)定，雖然可以獲得ms級脈寬、千瓦峰值功率的脈沖激光，但是YAG激光器燈栗效率只有百分之幾，激光介質(zhì)的熱負荷大，光束質(zhì)量差，結(jié)構(gòu)復雜，制造成本高。連續(xù)光纖激光器通過降低栗浦功率，并在瞬間提升栗浦功率，形成脈沖栗浦，得到長脈寬、高峰值功率的準連續(xù)激光，同時具有光纖激光器光束質(zhì)量好、可靠性高、易于集成、無需復雜維護等優(yōu)點。但是其單模塊最大峰值只能達到平均功率的兩倍，激光器性價比達不到要求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提供一種脈沖寬度、形狀可調(diào)，具有脈沖穩(wěn)定性好、光束質(zhì)量好、栗浦光狀態(tài)可監(jiān)控、輸出功率穩(wěn)定性可動態(tài)調(diào)節(jié)的高峰值功率連續(xù)光纖激光器系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0006]—種長脈寬、高峰值功率準連續(xù)光纖激光器系統(tǒng)，由栗浦源、紅光耦合件、栗浦光監(jiān)控器、諧振腔、包層光剝離器、功率監(jiān)控器、輸出光纜、控制電路系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、反饋系統(tǒng)構(gòu)成；其特征在于:控制電路系統(tǒng)分別與栗浦源源、驅(qū)動系統(tǒng)和反饋系統(tǒng)相連，驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動栗浦源輸出連續(xù)栗浦激光或ms量級準連續(xù)激光；小部分栗浦光到達栗浦光監(jiān)控器，絕大部分栗浦光經(jīng)過紅光耦合件注入到諧振腔，再依次通過包層光剝離器、功率監(jiān)控器，諧振腔輸出的絕大部分激光從輸出光纜輸出，少部分激光到達功率監(jiān)控器；栗浦光監(jiān)控器和功率監(jiān)控器將采集到的信號發(fā)送給反饋系統(tǒng)，由反饋系統(tǒng)反饋到控制電路系統(tǒng)，控制電路系統(tǒng)通過驅(qū)動系統(tǒng)控制栗浦源。
[0007]所述的栗浦源工作在連續(xù)或脈沖模式，是快速響應的增益開關(guān)型半導體激光器。驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)生脈沖電流驅(qū)動栗浦源輸出ms量級準連續(xù)栗浦光，所述的栗浦源中心波長在915±2nm，栗浦光的脈寬在0.2_50ms范圍內(nèi)，占空比在10% -50%范圍內(nèi)。脈沖模式下，脈寬小于10ms時，驅(qū)動電流能達到連續(xù)模式時的兩倍。
[0008]所述紅光耦合件由(6+1) XI耦合器、模式適配器MFA和紅光二極管構(gòu)成，采用正向傳輸，親合器具有一定分光比，分出少部分信號光用于出光監(jiān)控，監(jiān)控栗浦光頻率、脈沖寬度。
[0009]所述諧振腔采用雙向栗浦方式，由光纖光柵和大模場雙包層摻Y(jié)b光纖構(gòu)成，前端耦合入紅光，增強系統(tǒng)的可操控性和安全性。光纖光柵采用長線寬類型，以滿足準連續(xù)光纖激光器布里淵增益譜展寬的需要。
[0010]在功率監(jiān)控器中通過具有一定分光比的包層光剝離器分出少部分信號光用于激光功率監(jiān)控器。同時包層光剝離器還有改善光束質(zhì)量，消除反饋光的作用。
[0011]本發(fā)明的工作原理:驅(qū)動單元驅(qū)動栗浦源產(chǎn)生連續(xù)或ms量級脈沖915nm激光，栗浦光經(jīng)耦合器后注入到諧振腔，雙端栗浦摻Y(jié)b光纖，增益產(chǎn)生1080nm的激光，最后經(jīng)過包層光剝離器優(yōu)化光束質(zhì)量后經(jīng)光纜輸出。該種長脈寬準連續(xù)光纖激光器最高輸出平均功率150W，最大脈沖寬度為50ms，頻率可在0Hz到5kHz的低頻范圍內(nèi)調(diào)制，單脈沖能量最高可達15J，峰值功率1500KW。
[0012]該種長脈寬、高峰值功率準連續(xù)光纖激光器系統(tǒng)設(shè)置了栗浦光監(jiān)控器和輸出功率監(jiān)控器，通過光電二極管將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，控制電路系統(tǒng)將之與設(shè)定值進行對比，根據(jù)對比結(jié)果做出相應的判斷并通過驅(qū)動系統(tǒng)進行調(diào)整。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點:
[0014]所述長脈寬、高峰值功率準連續(xù)光纖激光器系統(tǒng)是全光纖系統(tǒng)，有效提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。
[0015]所述長脈寬、高峰值功率準連續(xù)光纖激光器系統(tǒng)利用驅(qū)動系統(tǒng)調(diào)制栗浦光的脈沖寬度、脈沖形狀，直接脈沖栗浦諧振腔，產(chǎn)生目標脈沖激光，提高了系統(tǒng)的可靠性，同時具有抗反饋光干擾的作用。包層光剝離器提高激光器的光束質(zhì)量、并有效地抑制摻雜光纖內(nèi)的非線性效應，實現(xiàn)高峰值功率ms脈沖激光輸出；
[0016]所述長脈寬、高峰值功率準連續(xù)光纖激光器系統(tǒng)具有紅光指示的功能，提高系統(tǒng)的可操作性和安全性；
[0017]所述長脈寬、高峰值功率準連續(xù)光纖激光器系統(tǒng)具有脈沖信號實時監(jiān)控的功能和輸出功率動態(tài)調(diào)節(jié)的功能。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的光學結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]【具體實施方式】一
[0021]下面結(jié)合附圖進一步描述。
[0022]參見圖1、圖2，本發(fā)明由栗浦源(1)、紅光耦合件(2)、栗浦光監(jiān)控器(3)、諧振腔
(4)、包層光剝離器(5)、功率監(jiān)控器(6)、輸出光纜(7)、控制電路系統(tǒng)(8)、驅(qū)動系統(tǒng)(9)、反饋系統(tǒng)(10)構(gòu)成；其特征在于:控制電路系統(tǒng)8分別與驅(qū)動系統(tǒng)9和反饋系統(tǒng)10相連，驅(qū)動系統(tǒng)9控制栗浦源1，輸出連續(xù)激光或ms量級準連續(xù)激光；栗浦光經(jīng)紅光耦合件2后小部分光到達栗浦光監(jiān)控器3，大部分栗浦光注入到諧振腔4，依次通過諧振腔4的高反光柵、摻Y(jié)b光纖、輸出光柵和栗浦親合器404 ;輸出光柵輸出的絕大部分激光經(jīng)包層光剝離器5輸出，少部分激光到達功率監(jiān)控器6 ;栗浦光監(jiān)控器3和功率監(jiān)控器6將采集到的信號發(fā)送給反饋系統(tǒng)10，由反饋系統(tǒng)10反饋到控制電路系統(tǒng)8 ;控制電路系統(tǒng)8將采集到的脈沖光頻率、脈沖寬度與設(shè)定值對比，根據(jù)對比結(jié)果決定栗浦源1繼續(xù)或停止工作；將采集到的功率信號與設(shè)定值對比，根據(jù)對比結(jié)果通過驅(qū)動系統(tǒng)9增加栗浦源1的驅(qū)動電流或驅(qū)動系統(tǒng)9停止工作。本發(fā)明的控制電路系統(tǒng)8、驅(qū)動系統(tǒng)9和反饋系統(tǒng)10采用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，直接從市場購買。
[0023]所述驅(qū)動系統(tǒng)9驅(qū)動栗浦源1產(chǎn)生ms量級脈沖栗浦光；栗浦激光經(jīng)紅光耦合件2后按1:99的分光比將脈沖栗浦光分為兩部分，見圖1，所述的栗浦源1是快速響應的增益開關(guān)型半導體激光器。栗浦光源1輸出的激光波長在915±2nm ;所述的紅光耦合件2主要是將栗浦光和紅光耦合進諧振腔主光路中；栗浦光經(jīng)過紅光耦合件后一小部分光到達栗浦光監(jiān)控器3，所述的栗浦光監(jiān)控器3由吸收腔301和光電二極管302組成，絕大部分光再注入到諧振腔4 ;諧振腔4由高反光柵401、摻Y(jié)b光纖402、輸出光柵403和栗浦耦合器404構(gòu)成，采用雙向栗浦方式，均為現(xiàn)有結(jié)構(gòu)；為提高系統(tǒng)的可操作性和安全性，可借助(6+1) XI耦合器的原理結(jié)構(gòu)在栗浦源1和諧振腔4之間加入紅光耦合件2耦合入紅光，所述紅光耦合件2由耦合器201、模式適配器202、紅光管LD203組成，均為現(xiàn)有結(jié)構(gòu)。諧振腔的輸出激光從包層光剝離器5輸出，少部分激光到達功率監(jiān)控器6，所述的功率監(jiān)控器6由光吸收腔601和光電二極管602組成。同時包層光剝離器5因為被人為破壞了包層的傳輸性能，從而能夠?qū)鼘又袀鬏數(shù)亩嗄＜す鈱С黾す馐?，達到改善光束質(zhì)量的目的。栗浦光監(jiān)控器3和功率監(jiān)控器6將采集到的信號經(jīng)反饋系統(tǒng)10反饋到控制電路系統(tǒng)8。
【主權(quán)項】
1.一種長脈寬、高峰值功率準連續(xù)光纖激光器系統(tǒng)，由栗浦源(1)、紅光耦合件(2)、栗浦光監(jiān)控器(3)、諧振腔(4)、包層光剝離器(5)、功率監(jiān)控器￠)、輸出光纜(7)、控制電路系統(tǒng)(8)、驅(qū)動系統(tǒng)(9)、反饋系統(tǒng)(10)構(gòu)成；其特征在于:控制電路系統(tǒng)(8)分別與栗浦源(1)、驅(qū)動系統(tǒng)(9)和反饋系統(tǒng)(10)相連，驅(qū)動系統(tǒng)(9)驅(qū)動栗浦源(1)輸出連續(xù)栗浦激光或ms量級準連續(xù)激光；小部分栗浦光到達栗浦光監(jiān)控器(3)，絕大部分栗浦光經(jīng)過紅光耦合件(2)注入到諧振腔(4)，再依次通過包層光剝離器(5)、功率監(jiān)控器￠)，諧振腔(4)輸出的絕大部分激光從輸出光纜(7)輸出，少部分激光到達功率監(jiān)控器￠);栗浦光監(jiān)控器(3)和功率監(jiān)控器(6)將采集到的信號發(fā)送給反饋系統(tǒng)(10)，由反饋系統(tǒng)(10)反饋到控制電路系統(tǒng)(8)，控制電路系統(tǒng)⑶通過驅(qū)動系統(tǒng)(9)控制栗浦源(1)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長脈寬、高峰值功率準連續(xù)光纖激光器系統(tǒng)，其特征在于:所述的栗浦源(1)工作在連續(xù)或脈沖模式，為快速響應的增益開關(guān)型半導體激光器，驅(qū)動系統(tǒng)(9)產(chǎn)生脈沖電流驅(qū)動栗浦源輸出ms量級準連續(xù)栗浦光，所述的栗浦源中心波長在915±2nm，栗浦光的脈寬在0.2_50ms范圍內(nèi)，占空比在10% -50%范圍內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長脈寬、高峰值功率準連續(xù)光纖激光器系統(tǒng)，其特征在于:所述的諧振腔(4)由栗浦耦合器、高反光柵、摻Y(jié)b光纖和輸出光柵組成，驅(qū)動系統(tǒng)(9)驅(qū)動半導體栗浦源使諧振腔部分產(chǎn)生1080nm土 15nm毫秒量級脈沖激光。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長脈寬、高峰值功率準連續(xù)光纖激光器系統(tǒng)，其特征在于:所述栗浦光監(jiān)控器(3)中通過紅光耦合件(2)分出小部分信號光用于監(jiān)控栗浦光頻率和脈沖寬度。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長脈寬、高峰值功率準連續(xù)光纖激光器系統(tǒng)，其特征在于:所述功率監(jiān)控器￠)中通過包層光剝離器(5)分出少部分信號光用于激光功率監(jiān)控。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長脈寬、高峰值功率準連續(xù)光纖激光器系統(tǒng)，其特征在于:所述的紅光耦合件(2)由(6+1) XI耦合器、模式適配器MFA和紅光二極管組成。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種長脈寬、高峰值功率準連續(xù)光纖激光器系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)為控制電路系統(tǒng)分別與泵浦源源、驅(qū)動系統(tǒng)和反饋系統(tǒng)相連，驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動泵浦源輸出泵浦激光；小部分泵浦光到達泵浦光監(jiān)控器，絕大部分泵浦光經(jīng)過紅光耦合件注入到諧振腔，再依次通過包層光剝離器、功率監(jiān)控器，諧振腔輸出絕大部分激光從輸出光纜輸出，少部分激光到達功率監(jiān)控器；泵浦光監(jiān)控器和功率監(jiān)控器將采集到的信號發(fā)送給反饋系統(tǒng)，由反饋系統(tǒng)反饋到控制電路系統(tǒng)，控制電路系統(tǒng)通過驅(qū)動系統(tǒng)控制泵浦源。本發(fā)明提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，提高激光器光束質(zhì)量和抑制摻雜光纖內(nèi)非線性效應，實現(xiàn)高峰值功率ms脈沖激光輸出；具有紅光指示、脈沖信號實時監(jiān)控和輸出功率動態(tài)調(diào)節(jié)等功能。
【IPC分類】H01S3/0941, H01S3/067
【公開號】CN105356205
【申請?zhí)枴緾N201510760711
【發(fā)明人】陳明, 胡燦, 張玄, 曹叢繪, 谷林柱
【申請人】武漢銳科光纖激光技術(shù)股份有限公司
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年11月10日