一种基于熔接多段增益光纤结构的光纤激光器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种基于熔接多段增益光纤结构的光纤激光器，其包括光纤模组、种子信号源、光纤耦合半导体激光器、泵浦信号合束器、包层光滤除器、光纤端帽，种子信号源、光纤耦合半导体激光器与泵浦信号合束器一端通过光纤连接，泵浦信号合束器另一端与光纤模组一端连接，光纤模组另一端与包层光滤除器连接，包层光滤除器与光纤端帽通过光纤连接，光纤模组包括多段增益离子掺杂浓度不同的增益光纤，多段增益光纤顺次连接，增益光纤的增益离子掺杂浓度沿光信号传输方向逐段增大。本实用新型专利技术能够达到通过降低部分增益光纤中增益离子的掺杂浓度来降低纤芯及光纤表面的温度的目的，同时能够避免发生受激拉曼散射效应，有利于功率的扩展。率的扩展。率的扩展。

【技术实现步骤摘要】
一种基于熔接多段增益光纤结构的光纤激光器


[0001]本技术涉及光纤激光器制造
，尤其涉及一种基于熔接多段增益光纤结构的光纤激光器。

技术介绍

[0002]光纤激光器具有体积小、重量轻、高斜率效率、良好的光束质量、出色的热管理等优点，已被广泛应用于打标、切割、焊接、清洗、3D打印等诸多领域。通过使用高功率、高亮度泵浦源并结合包层泵浦技术，掺镱双包层光纤激光器的输出功率提升非常显著。
[0003]例如专利CN113809623A提出了一种连续脉冲复合模式高功率全光纤激光器系统，其包括电控模块、高功率连续光纤激光模块组、高功率脉冲光纤激光模块组、全光纤激光合束模块以及激光输出头；电控模块分别与高功率连续光纤激光模块组和高功率脉冲光纤激光模块组连接，高功率连续光纤激光模块组和高功率脉冲光纤激光模块组的输出端共同连接至全光纤激光合束器模块，全光纤激光合束器模块与激光输出头连接；本专利技术实现了高功率连续脉冲复合模式的全光纤激光器，可以实现只输出连续激光或只输出脉冲激光，也可以实现连续激光与脉冲激光同时输出，并且连续激光与脉冲激光的功率比例可以调节。
[0004]但该方案存在以下问题：双包层光纤的低折射率聚合物涂层对高热负荷非常敏感，以至于当温度接近150～200℃时会造成热损坏(长期可靠性需要在80℃以下运行)，因此需要对高功率光纤激光器增益光纤中的热分布进行控制与管理；就普通双包层光纤而言，可以通过降低纤芯中增益离子的掺杂浓度来降低纤芯及光纤表面的温度，但这会造成光纤的使用长度增加，容易发生受激拉曼散射效应(SRS)，非常不利于功率的扩展；而增加纤芯中增益离子掺杂浓度，虽然可以减少使用长度来避免SRS，但是其纤芯及光纤表面会承受着更高温度，容易造成光纤烧毁。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，有必要提供一种基于熔接多段增益光纤结构的光纤激光器，实现在抑制受激拉曼散射效应的同时实现增益光纤的热管理。
[0006]本技术提供一种基于熔接多段增益光纤结构的光纤激光器，包括：
[0007]光纤模组、种子信号源、光纤耦合半导体激光器、泵浦信号合束器、包层光滤除器、光纤端帽，所述种子信号源、所述光纤耦合半导体激光器与所述泵浦信号合束器一端通过光纤连接，所述泵浦信号合束器另一端与所述光纤模组一端连接，所述光纤模组另一端与所述包层光滤除器连接，所述包层光滤除器与所述光纤端帽通过光纤连接，所述光纤模组包括多段增益离子掺杂浓度不同的增益光纤，多段所述增益光纤顺次连接，所述增益光纤的增益离子掺杂浓度沿光信号传输方向逐段增大。
[0008]可选的，多段所述增益光纤的几何尺寸保持一致，都包括纤芯、内包层、外包层，所述内包层包裹所述纤芯，所述外包层包裹所述内包层，所述纤芯和所述外包层横截面为圆形，所述内包层横截面为正八边形。
[0009]可选的，所述增益光纤的数量为三个，分别为低浓度掺杂增益光纤、中浓度掺杂增益光纤、高浓度掺杂增益光纤，所述低浓度掺杂增益光纤一端与所述泵浦信号合束器连接，所述低浓度掺杂增益光纤另一端与所述中浓度掺杂增益光纤一端连接，所述中浓度掺杂增益光纤另一端与所述高浓度掺杂增益光纤一端连接，所述高浓度掺杂增益光纤另一端与所述包层光滤除器连接。
[0010]可选的，所述低浓度掺杂增益光纤中增益离子的掺杂浓度为1
×
10
25
～6
×
10
25
m
‑3，所述中浓度掺杂增益光纤中增益离子的掺杂浓度为6
×
10
25
～8
×
10
25
m
‑3，所述低浓度掺杂增益光纤中增益离子的掺杂浓度为8
×
10
25
～1.3
×
10
26
m
‑3，所述低浓度掺杂增益光纤、所述中浓度掺杂增益光纤、所述高浓度掺杂增益光纤的长度为1～20m。
[0011]可选的，所述种子信号源注入进所述泵浦信号合束器的种子信号功率设置100W，种子信号波长设置为1080nm。
[0012]可选的，所述光纤耦合半导体激光器包括多个与增益光纤吸收峰匹配的各个波段的半导体激光器，所述半导体激光器匹配的波段包括915nm、940nm、975nm、981nm。
[0013]可选的，所述光纤耦合半导体激光器注入所述泵浦信号合束器的泵浦功率设置5000W，泵浦波长设置为975nm。
[0014]可选的，所述泵浦信号合束器包括信号输入臂、信号输出臂以及多个泵浦输入臂，所述信号输入臂与所述种子信号源连接，所述泵浦输入臂与所述光纤耦合半导体激光器连接，所述信号输出臂与所述光纤模组连接。
[0015]可选的，还包括信号传能光纤，所述信号输入臂与所述种子信号源之间通过所述信号传能光纤连接，所述包层光滤除器与所述光纤端帽之间通过所述信号传能光纤连接。
[0016]可选的，所述显示屏包括显示屏主体以及环绕显示屏主体设置的固定框，还包括泵浦传能光纤，所述泵浦输入臂与所述光纤耦合半导体激光器通过所述泵浦传能光纤连接。
[0017]本技术的有益效果为：
[0018]本技术提供了一种基于熔接多段增益光纤结构的光纤激光器，在沿光信号传输方向上设置有增益离子掺杂浓度逐段增大的多段所述增益光纤，对光信号实现逐段处理，达到通过降低部分增益光纤中增益离子的掺杂浓度来降低纤芯及光纤表面的温度的目的，同时能够避免发生受激拉曼散射效应(SRS)，有利于功率的扩展。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本技术中基于熔接多段增益光纤结构的光纤激光器的结构示意图；
[0021]图2为对照组1沿光纤长度的温度分布图；
[0022]图3为实验组1沿光纤长度的温度分布图；
[0023]图4为对照组1的光纤激光器的输出光谱图；
[0024]图5为实验组1的光纤激光器的输出光谱图；
[0025]图6为实验组2沿光纤长度的温度分布图；
[0026]图7为实验组2的光纤激光器的输出光谱图；
[0027]其中：1
‑
光纤模组，11
‑
增益光纤，12
‑
低浓度掺杂增益光纤，13
‑
中浓度掺杂增益光纤，14
‑
高浓度掺杂增益光纤，2
‑
种子信号源，3
‑
光纤耦合半导体激光器，4
‑
泵浦信号合束器，5
‑
包层光滤除器，6
‑
光纤端帽，7
‑
信号传能光纤，8
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于熔接多段增益光纤结构的光纤激光器，其特征在于，包括：光纤模组、种子信号源、光纤耦合半导体激光器、泵浦信号合束器、包层光滤除器、光纤端帽，所述种子信号源、所述光纤耦合半导体激光器与所述泵浦信号合束器一端通过光纤连接，所述泵浦信号合束器另一端与所述光纤模组一端连接，所述光纤模组另一端与所述包层光滤除器连接，所述包层光滤除器与所述光纤端帽通过光纤连接，所述光纤模组包括多段增益离子掺杂浓度不同的增益光纤，多段所述增益光纤顺次连接，所述增益光纤的增益离子掺杂浓度沿光信号传输方向逐段增大。2.如权利要求1所述的基于熔接多段增益光纤结构的光纤激光器，其特征在于，多段所述增益光纤的几何尺寸保持一致，都包括纤芯、内包层、外包层，所述内包层包裹所述纤芯，所述外包层包裹所述内包层，所述纤芯和所述外包层横截面为圆形，所述内包层横截面为正八边形。3.如权利要求1所述的基于熔接多段增益光纤结构的光纤激光器，其特征在于，所述增益光纤的数量为三个，分别为低浓度掺杂增益光纤、中浓度掺杂增益光纤、高浓度掺杂增益光纤，所述低浓度掺杂增益光纤一端与所述泵浦信号合束器连接，所述低浓度掺杂增益光纤另一端与所述中浓度掺杂增益光纤一端连接，所述中浓度掺杂增益光纤另一端与所述高浓度掺杂增益光纤一端连接，所述高浓度掺杂增益光纤另一端与所述包层光滤除器连接。4.如权利要求3所述的基于熔接多段增益光纤结构的光纤激光器，其特征在于，所述低浓度掺杂增益光纤中增益离子的掺杂浓度为1
×
10
25
～6
×
10
25
m
‑3，所述中浓度掺杂增益光纤中增益离子的掺杂浓度为6
×
10
25
～8
×
1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王一礴，林贤峰，张安军，
申请(专利权)人：武汉长进激光技术有限公司，
类型：新型
国别省市：