泵浦光高效吸收的光纤激光器制造技术

本发明专利技术提供了一种泵浦光高效吸收的光纤激光器，涉及光纤激光器领域。该光纤激光器包括同时含有泵浦纤和增益纤的泵浦增益一体化光纤、与泵浦纤的前端熔接的前向泵浦模块、与泵浦纤的后端熔接的后向泵浦模块、与增益纤的前端连接的前向内包层光纤光栅、与增益纤的后端连接的后向内包层光纤光栅、与后向内包层光纤光栅的后端连接的激光输出模块；增益纤包括沿光纤长度方向依次连接的第一区域、第二区域、第三区域、第四区域和第五区域，泵浦纤与增益纤中外径最大的第三区域相贴合。通过上述方式，本发明专利技术能有效增大增益纤与泵浦纤的尺寸比值，以便泵浦光耦合进增益纤；同时构成泵浦腔结构，让泵浦光在增益纤中多程吸收，有效提高泵浦光的吸收效率。泵浦光的吸收效率。泵浦光的吸收效率。

【技术实现步骤摘要】
泵浦光高效吸收的光纤激光器


[0001]本专利技术涉及高功率光纤激光器
，尤其涉及一种泵浦光高效吸收的光纤激光器。

技术介绍

[0002]高功率光纤激光器具有效率高、体积小、光束质量好等优点，在工业与国防领域得到了广泛的应用。大模场双包层光纤以及高亮度泵浦技术在光纤激光器的使用，使得光纤激光器技术飞速发展，光纤激光器的输出功率快速提升。但近年来，高功率单模光纤激光器的功率提升遇到了瓶颈，主要受限于横向模式不稳定效应（TMI）和非线性效应（如受激拉曼散射效应（SRS）和受激布里渊散射（SBS））。现有的理论研究表明TMI的产生是由增益纤的热效应引起的，TMI的出现会降低光束质量、限制功率提升甚至威胁激光器安全。为了抑制TMI，现行有效的办法是采用同带泵浦方案，但是同带泵浦的泵浦波长位于非吸收峰，为了保证足够的吸收，所需的增益纤较长，不利于非线性效应的抑制。抑制非线性效应的方法一般是通过增加光纤吸收系数、缩短增益纤长度来降低非线性效应的影响，但会增加单位长度上的产热，降低了TMI的阈值，同时由于高吸收还会带来光子暗化等问题，降低光纤的长时间可靠性。因此，传统高功率单模光纤激光器在抑制TMI和非线性效应方面存在矛盾。
[0003]公开号为CN113964632A的专利提供了一种高功率单模光纤激光器，该专利采用了低掺杂大模场低数值孔径增益纤，通过低掺杂导致的低吸收系数抑制了TMI；通过大模场、低数值孔径平衡了受激拉曼散射等非线性效应。但是，由于低数值孔径光纤容易受应力、弯曲等环境影响，将导致信号光泄露至包层；而且受限于光纤制造水平，纤芯尺寸一般不大于50μm，纤芯数值孔径不小于0.03，导致其制得的光纤激光器对TMI和非线性效应的阈值提升有限。
[0004]公开号为CN108683064A的专利提供了一种基于纤芯尺寸纵向渐变增益纤的全光纤激光振荡器，该专利通过利用纤芯直径沿光纤长度方向渐变的增益纤作为全光纤激光振荡器的增益介质，能够同时兼顾模式不稳定抑制和受激拉曼散射的抑制，突破纤芯尺寸沿光纤长度恒定不变的光纤激光振荡器中的功率限制，在提高全光纤激光振荡器的输出功率的同时保持良好的光束质量。但是，该专利对纤芯尺寸进行变化，难免会导致一部分信号光泄露到包层中，反而影响了激光器的输出功率，对激光器输出功率的提高效果不佳。
[0005]有鉴于此，有必要对现有的光纤激光器进行改进，以解决上述问题。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种泵浦光高效吸收的光纤激光器，通过采用泵浦增益一体化光纤，并将其中的增益纤设计成包层外径沿光纤长度方向先增大后减小的结构，再使泵浦纤与增益纤在其外径较大的区域相互紧密贴合，从而增大增益纤与泵浦纤的尺寸比值，以便泵浦光耦合进增益纤；同时使增益纤两端外径较小的区域分别连接内包层高反光纤光栅，构成泵浦腔结构，让泵浦光在增益纤中多程吸收，有效提
高泵浦光的吸收效率。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种泵浦光高效吸收的光纤激光器，包括同时含有泵浦纤和增益纤的泵浦增益一体化光纤、与所述泵浦纤的前端熔接的前向泵浦模块、与所述泵浦纤的后端熔接的后向泵浦模块、与所述增益纤的前端连接的前向内包层光纤光栅、与所述增益纤的后端连接的后向内包层光纤光栅、与所述后向内包层光纤光栅的后端连接的激光输出模块；所述增益纤包括沿光纤长度方向依次连接的第一区域、第二区域、第三区域、第四区域和第五区域，所述增益纤中各区域的横截面的外径大小排序为：第一区域＜第二区域＜第三区域，且第三区域＞第四区域＞第五区域；所述泵浦纤与所述增益纤的所述第三区域相贴合。
[0008]作为本专利技术的进一步改进，所述增益纤包括纤芯、包裹于所述纤芯外部的内包层以及包裹于所述内包层外部的外包层，所述泵浦纤与所述增益纤的所述第三区域中的所述内包层相贴合，所述泵浦纤与所述增益纤相贴合的区域被所述第三区域中的所述外包层包裹；所述泵浦纤的直径小于所述增益纤的所述第三区域中所述内包层横截面的外径，所述外包层的厚度大于所述泵浦纤的直径。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，所述纤芯的直径沿光纤长度方向恒定不变；所述内包层和所述外包层中位于所述第一区域、所述第三区域和所述第五区域的横截面的外径分别沿光纤长度方向恒定不变；所述内包层和所述外包层中位于所述第二区域和所述第四区域的横截面的外径分别沿光纤长度方向按照相同的渐变率逐渐增大或逐渐减小，所述外包层的厚度恒定不变。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，所述纤芯的直径为10~50μm，所述第一区域的内包层的外径为50~200μm，所述第三区域的内包层的外径为200~1000μm，所述外包层的厚度为200~2000μm，所述泵浦纤的直径为100~200μm。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述第一区域和所述第五区域的长度均为0.5~2m；所述第二区域和所述第四区域的长度均为0.1~1m；所述第三区域的长度为1~10m。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述纤芯的数值孔径沿光纤长度方向恒定不变，且位于0.03~0.08之间；所述内包层的数值孔径沿光纤长度方向恒定为0.46。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述前向内包层光纤光栅和所述后向内包层光纤光栅由飞秒激光器在所述增益纤两端的内包层或无源光纤的内包层上刻写而成；所述前向内包层光纤光栅和所述后向内包层光纤光栅均为反射率＞99%的内包层高反射率光纤光栅，所述内包层高反射率光纤光栅的反射带宽为1~3 nm。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述泵浦增益一体化光纤为N+1型，所述泵浦增益一体化光纤中所述泵浦纤的数量N≥1。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述光纤激光器能够用作激光振荡器或激光放大器；当用作激光振荡器时，在所述前向内包层光纤光栅的前端还连接有反射率＞99%的高反射率光纤光栅，在所述后向内包层光纤光栅与所述激光输出模块之间还连接有反射率为5%~30%的低反射率光纤光栅；所述高反射率光纤光栅和所述低反射率光纤光栅的中心波长为1010~1100nm，所述高反射率光纤光栅的反射带宽为1~3nm，所述低反射率光纤光栅的反射带宽为0.1~2nm。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，当用作激光放大器时，所述前向内包层光纤光栅的前
端与种子源的输出光纤熔接，所述种子源的中心波长为1010~1100nm。
[0017]本专利技术的有益效果是：1、本专利技术提供的泵浦光高效吸收的光纤激光器采用了泵浦增益一体化光纤，并将其中的增益纤设计成包层外径沿光纤长度方向先增大后减小的结构，在此基础上，一方面，通过将泵浦纤与增益纤在其外径较大的区域物理上相互紧密贴合，从而有效增大增益纤与泵浦纤的尺寸比值，有利于泵浦光耦合进增益纤；另一方面，通过将增益纤两端直径较小的区域分别连接内包层高反射率光纤光栅，能够构成泵浦腔结构，让泵浦光在增益纤中多程吸收，在大幅缩短增益纤的情况下仍能使泵浦光的吸收率达到100%。基于此，本专利技术能够在不增加增益纤掺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种泵浦光高效吸收的光纤激光器，其特征在于：包括同时含有泵浦纤和增益纤的泵浦增益一体化光纤、与所述泵浦纤的前端熔接的前向泵浦模块、与所述泵浦纤的后端熔接的后向泵浦模块、与所述增益纤的前端连接的前向内包层光纤光栅、与所述增益纤的后端连接的后向内包层光纤光栅、与所述后向内包层光纤光栅的后端连接的激光输出模块；所述增益纤包括沿光纤长度方向依次连接的第一区域、第二区域、第三区域、第四区域和第五区域，所述增益纤中各区域的横截面的外径大小排序为：第一区域＜第二区域＜第三区域，且第三区域＞第四区域＞第五区域；所述泵浦纤与所述增益纤的所述第三区域相贴合。2.根据权利要求1所述的泵浦光高效吸收的光纤激光器，其特征在于：所述增益纤包括纤芯、包裹于所述纤芯外部的内包层以及包裹于所述内包层外部的外包层，所述泵浦纤与所述增益纤的所述第三区域中的所述内包层相贴合，所述泵浦纤与所述增益纤相贴合的区域被所述第三区域中的所述外包层包裹；所述泵浦纤的直径小于所述增益纤的所述第三区域中所述内包层横截面的外径，所述外包层的厚度大于所述泵浦纤的直径。3.根据权利要求2所述的泵浦光高效吸收的光纤激光器，其特征在于：所述纤芯的直径沿光纤长度方向恒定不变；所述内包层和所述外包层中位于所述第一区域、所述第三区域和所述第五区域的横截面的外径分别沿光纤长度方向恒定不变；所述内包层和所述外包层中位于所述第二区域和所述第四区域的横截面的外径分别沿光纤长度方向按照相同的渐变率逐渐增大或逐渐减小，所述外包层的厚度恒定不变。4.根据权利要求3所述的泵浦光高效吸收的光纤激光器，其特征在于：所述纤芯的直径为10~50μm，所述第一区域的内包层的外径为50~200μm，所述第三区域的内包层的外径为200~1000μm，所述外包层的厚度为200~2000μm，所述泵浦纤的直径为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁慧生，胡黎明，李强，武春风，姜永亮，刘厚康，李龙，李思宇，彭珏，
申请(专利权)人：中国航天三江集团有限公司，
类型：发明
国别省市：