一种阵列分布式的大功率全光纤激光放大器制造技术

本发明专利技术涉及激光技术领域，具体涉及一种阵列分布式的大功率全光纤激光放大器，以解决现有大功率光纤激光放大器工作时集中高功率泵浦、增益和热的问题。本发明专利技术包括依次相接的多芯光纤分束器P1、大功率全光纤激光放大器阵列HPFA1

【技术实现步骤摘要】
一种阵列分布式的大功率全光纤激光放大器

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[0001]本专利技术涉及激光
，具体涉及一种阵列分布式的大功率全光纤激光放大器。

技术介绍

[0002]国内外的大功率全光纤激光器采用主振荡功率放大(MOPA)技术，使大功率全光纤激光放大器获得更高功率的光纤激光输出。这一技术历经几十年发展，已形成稳定的工业应用体系和成熟的商业化规模。然而，近几年，大功率全光纤激光器的输出功率水平提升明显放缓，原因在于：大功率全光纤激光放大器增益性能的提升取决于核心器件——大功率光纤泵浦耦合器和大模场增益光纤的性能。首先，大功率全光纤激光放大器的泵浦耦合器必须具有极低的插入损耗，才能将大功率泵浦光和来自前级的种子激光集中耦合进增益光纤内而不被损伤。其次，随着激光功率的增加，大功率全光纤激光放大器的大模场增益光纤会由于非线性、横向场模式不稳定等现象而使光热损伤风险增加。因此，大功率全光纤激光器功率水平的提升对大功率全光纤激光放大器的核心器件的性能提出了更高要求，这超出了现有大功率光纤泵浦耦合器和大模场增益光纤的设计和研制工艺水平。
[0003]一类已有专利采用纤芯间距较大的多芯光纤进行相干组束，应用于激光放大或通信等领域。这种多芯光纤的纤芯间距较大、几乎不存在耦合，各纤芯中的模场是独立传输的。应用于激光放大的相干组束技术将多个纤芯中的模场从多芯光纤输出，再使用光学系统使之相干叠加。这种相干组束系统结构复杂，且存在参与组束的光束相位控制的问题使相干组束的光束质量较差，难以实用推广。
[0004]另一类已有专利，采用多根光纤成束与一根具有较粗纤芯的大模场光纤或多模光纤熔接形成激光合束器的方法，将多路大功率全光纤激光束耦合形成一束大功率光纤激光。这种方法所获得大功率光纤激光的光束质量很差，目前仅用于工业加工，不能满足对大功率光纤激光束的光束质量要求较高的高精度激光加工、国防等应用领域。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种阵列分布式的大功率全光纤激光放大器，以解决现有大功率光纤激光放大器工作时存在的集中高功率泵浦、增益和热的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种阵列分布式的大功率全光纤激光放大器，其特征在于，包括依次相接的多芯光纤分束器P1、大功率全光纤激光放大器阵列HPFA1
‑
N和多芯光纤合束器P2；所述多芯光纤分束器P1的输出端分离为与其输入光纤的纤芯对应的多根输出尾纤,输出尾纤与所述的大功率全光纤激光放大器阵列HPFA1
‑
N的输入光纤具有相同的模场参数；所述多芯光纤合束器P2的输入端分离为与其输出光纤的纤芯对应的多根输入尾纤,输入尾纤与所述的大功率全光纤激光放大器阵列HPFA1
‑
N的输出光纤具有相同的模场参数。
[0007]所述的多芯光纤分束器P1的输入光纤和多芯光纤合束器P2的输出光纤均为无掺
杂增益离子的多芯光纤且具有相同的纤芯分布特征和超模场特性，纤芯分布特征满足纤芯间距较小使纤芯模场存在较强耦合。
[0008]所述全光纤激光放大器阵列单元HPFA1
‑
N具有完全相同的光纤器件参数和集成技术工艺。
[0009]与现有技术相比，本专利技术的优点是：
[0010]1)本专利技术使用多芯光纤分束器将种子激光分为多束，由大功率全光纤激光放大器阵列实现激光增益和放大，可获得更高的光纤激光放大功率。
[0011]2)本专利技术通过大功率全光纤激光放大器阵列实现了大功率泵浦光的分散分布，使大功率全光纤激光放大器可承载更高功率的泵浦光。
[0012]3)基于本专利技术的大功率全光纤激光器在工作时，激光增益和放大产生的热量分散分布于大功率全光纤激光器阵列，有效提升了光纤器件的光热损伤阈值，使热管理的难度降低。
[0013]4)通过优化多芯光纤分束器和多芯光纤合束器的结构参数和工艺以及大功率全光纤激光器阵列的集成参数和工艺，有望基于本专利技术获得接近衍射极限的光纤激光，并在现有大功率光纤泵浦耦合器和大模场增益光纤的研制工艺基础上大幅度提升激光输出功率。
附图说明
[0014]图1是本专利技术的原理图。
具体实施方式
[0015]下面将结合实施例和附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0016]参见图1，本专利技术提供的一种阵列分布式的大功率全光纤激光放大器，包括依次相接的多芯光纤分束器P1、大功率全光纤激光放大器阵列HPFA1
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N和多芯光纤合束器P2。所述的多芯光纤分束器P1的输入光纤和多芯光纤合束器P2的输出光纤均为无掺杂增益离子的多芯光纤。两个多芯光纤具有相同的纤芯数目和排列方式，纤芯直径2μm≤rcore≤30μm，纤芯间距表示为dcore，则相邻纤芯间存在的间隙(dcore
‑
rcore)≤20μm。所述的多芯光纤分束器P1的输出端分离为与其输入光纤的纤芯对应的多根输出尾纤F11
‑
F1N,输出尾纤F11
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F1N与所述的大功率全光纤激光放大器阵列HPFA1
‑
N的激光输入光纤Fi1
‑
FiN具有相同的纤芯直径和数值孔径；所述多芯光纤合束器P2的输入端分离为与其输出光纤的纤芯对应的多根输入尾纤F21
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F2N,输入尾纤F21
‑
F2N与所述的大功率全光纤激光放大器阵列HPFA1
‑
N的激光输出光纤Fo1
‑
FoN具有相同的纤芯直径和数值孔径。所述全光纤激光放大器阵列单元HPFA1
‑
N具有完全相同的光纤器件参数和集成技术工艺。
[0017]参见图1，本专利技术的工作原理是：外界光纤激光器产生的种子激光输入多芯光纤MCF1中，种子激光经多芯光纤分束器P1分离为输出尾纤F11
‑
N中传输的多路种子激光。多路种子激光通过输入光纤Fi1
‑
N输入全光纤激光放大器阵列HPFA1
‑
N进行放大，多路放大的光纤激光通过输出光纤Fo1
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N输出。最终，多路放大的光纤激光对应输入多芯光纤合束器P2的输入尾纤F21
‑
N耦合进入输出多芯光纤MCF2中，因MCF2的多个纤芯光场存在强耦合而重组并形成一束稳定传输的光纤激光。
[0018]制备时，将输出光纤F11
‑
N的一端捆束、熔融拉锥并切割后，与多芯光纤MCF1的多个纤芯对应熔接形成多芯光纤分束器P1；或在拉制多芯光纤时将多芯光纤预制棒的一端按照纤芯分布分离，再进行光纤拉制，直接一体化地拉制出一端尾纤分离的多芯光纤分束器P1。这两种方法同样可用于多芯光纤合束器P2的研制。
[0019]全光纤激光放大器阵列单元HPFA1
‑
N具有完全相同的器件、集成技术参数和工艺，阵列单元HPFA1
‑
N的输出功率可通过调整泵浦光功率进行独立调节。
[0020]本实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阵列分布式的大功率全光纤激光放大器，其特征在于，包括依次相接的多芯光纤分束器P1、大功率全光纤激光放大器阵列HPFA1
‑
N和多芯光纤合束器P2；所述多芯光纤分束器P1的输出端分离为与其输入光纤的纤芯对应的多根输出尾纤,输出尾纤与所述的大功率全光纤激光放大器阵列HPFA1
‑
N的输入光纤具有相同的模场参数；所述多芯光纤合束器P2的输入端分离为与其输出光纤的纤芯对应的多根输入尾纤, 输入尾纤与所述的大功率全光纤激光放大器阵列HPFA1
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【专利技术属性】
技术研发人员：赵保银，赵卫，高明，吕宏，吴银花，程军霞，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：