本发明专利技术公开了一种多光纤被动相位锁定激光器，适用于工业加工及国防领域。为了克服目前被动相位锁定光纤激光器的光路数量少、对光纤要求高、多到多耦合器制作难度大的问题，通过设计新型耦合器实现多路光纤的被动相位锁定，从而获得高功率、高光束质量的激光输出。具体实施方式为用反射耦合器(4)和透射耦合器(1)将多路有源单模光纤相连接，实现相位的锁定，用第一至第N泵浦源(51、52、……、5N)对第一至第N有源单模光纤(21、22、……、2N)侧面泵浦，第一、第二、第三反射镜(31、32、33)对透射耦合器(1)输出的光束进行整形，输出光束质量高的激光束。该激光器用于工业加工中切割器的激光能量源或是高功率激光炮的激光源。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种被动相位锁定激光器，适用于工业切割、军事等要求激光输出功率高且光束质量好的领域。
技术介绍
激光器从问世之日起就广受关注，近年来高功率激光器的研究进展迅猛。目前，大功率的光纤激光器被广泛应用于精密焊接和切割等工业领域中，并在军事领域呈现出广阔的应用前景。近年来，光纤激光器的输出功率快速提升，多种提高激光输出功率的方法已经被提出。首先，基于包层抽运技术的光纤激光器以其光束质量好、转换效率高以及结构紧凑等特点吸引了人们的广泛关注。2004年光纤激光器的单纤输出功率达到千瓦量级，2009 年IPG公司报道已实现了单纤万瓦的单模激光输出。但随着功率的增加，SBS、SRS和FWM 等各种非线性效应使得光束质量严重降低，并且成为进一步增加激光功率的巨大障碍。大模场面积(LMA)光纤的提出成为一种可行的方法，在保持光功率密度不变的情况下，增大光纤半径可以有效增加光纤所能承载的光功率，为大功率光纤激光器的制备提供了必要的前提。但由于光纤半径增加幅度有限，过大的光纤半径使得模场变的复杂，光束质量得不到保证，因此该方法能够解决的问题受到光纤尺寸的限制。另一种方法为主控振荡器的功率放大器(MOPA)，这种方法可以有效增加激光器功率，而且输出激光的质量很高，但同样受到单根光纤光功率承载能力的限制。相比之下，多路光纤激光的合束成为一种实现大功率激光输出的更为有效的方法。为了增加输出功率的同时在一定程度上保证输出激光的光束质量，相干组束技术成为首选，相干组束又分为主动相位锁定和被动相位锁定。主动相位锁定需要较为复杂的外部调相器件，而且稳定性较差，相比之下，被动相位锁定不需要复杂的调相设备，完全依靠激光器自身的设备被动调整各路激光相位，达到各路激光同相位的目的，效率和稳定性都较尚ο但就目前已有被动相位锁定的实现方法而言，所能够完成相位锁定的光路数量较少；对光纤结构要求过高，其中很多实现方法要求光纤为保偏光纤；要求有多到多的光纤耦合器，而这样的光纤耦合器制作难度很大，若使用2X2光纤耦合器级联的方法，整个系统的损耗会随着光路数量的增加而增加。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是目前被动相位锁定激光器中能够完成相位锁定的光路数量较少，对光纤结构要求高，所需光纤耦合器制作难度大，损耗高。本专利技术的技术方案为一种多光纤被动相位锁定激光器，该激光器包括透射耦合器、第一至第N有源单模光纤、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、反射耦合器和第一至第N泵浦源；所述透射耦合器为一旋转体，其透射面垂直于轴线，透射耦合器的熔接环面与透射耦合器的透射面成45°，透射耦合器的透射面镀全反膜，然后，在透射面上刻截面为等腰直角三角形的第一至第M环形透射凹槽；所述反射耦合器为一旋转体，其反射面垂直于轴线，反射耦合器的熔接环面与反射耦合器的反射面成45°，反射耦合器的反射面上刻截面为等腰直角三角形的第一至第M 环形反射凹槽，然后在反射面上镀全反膜；第一至第M环形反射凹槽均为全反面，深度均相同，相邻环形反射凹槽的间距与环形反射凹槽的宽度相同；第一至第M环形透射凹槽深度均相同，相邻环形透射凹槽的间距与环形透射凹槽的宽度相同；第一至第N有源单模光纤的一端熔接在透射耦合器熔接环面上，沿透射耦合器轴线轴线对称分布于过轴线的N/4M个截面内，每个截面内的4M根光纤关于轴线对称分布，熔接位置在过截面与透射耦合器熔接环面相交的两条直线上；第一至第N有源单模光纤的另一端熔接在反射耦合器熔接环面上，沿反射耦合器轴线轴线对称分布于过轴线的N/4M个截面内，每个截面内的4M根光纤关于轴线对称分布， 熔接位置在过截面与反射耦合器熔接环面相交的两条直线上；所述第一至第N有源单模光纤的一端均与透射耦合器熔接环面熔接，熔接位置与透射耦合器的透射面上环形透射凹槽的对应关系为第一有源单模光纤一端的纤芯对准第一环形透射凹槽的侧面，与透射耦合器的熔接环面上的第一熔接位置熔接，第二有源单模光纤一端的纤芯对准第一环形透射凹槽的侧面，与透射耦合器熔接环面上的第二熔接位置熔接，第三有源单模光纤一端的纤芯对准第二环形透射凹槽的侧面，与透射耦合器熔接环面上的第三熔接位置熔接，第四有源单模光纤一端的纤芯对准第二环形透射凹槽的侧面，与透射耦合器熔接环面上的第四熔接位置熔接，……，第4M有源单模光纤一端的纤芯对准第一环形透射凹槽的侧面，与透射耦合器熔接环面上的第4M熔接位置熔接，第4M+1有源单模光纤一端的纤芯对准第一环形透射凹槽的侧面，与透射耦合器熔接环面上的第4M+1熔接位置熔接，……，第8M有源单模光纤一端的纤芯对准第一环形透射凹槽的侧面，与透射耦合器熔接环面上的第8M熔接位置熔接，……， 第N-4M+1有源单模光纤一端的纤芯对准第一环形透射凹槽的侧面，与透射耦合器熔接环面上的第N-4M+1熔接位置熔接，……，第N有源单模光纤一端的纤芯对准第一环形透射凹槽的侧面，与透射耦合器熔接环面上的第N熔接位置熔接；所述第一至第N有源单模光纤的另一端均与反射耦合器熔接环面熔接，熔接位置与反射耦合器的反射面上环形反射凹槽的对应关系为第二有源单模光纤另一端的纤芯对准第一环形反射凹槽的侧面，与反射耦合器的熔接环面上的第二熔接位置熔接，第三有源单模光纤另一端的纤芯对准第一环形反射凹槽的侧面，与反射耦合器熔接环面上的第三熔接位置熔接，第四有源单模光纤另一端的纤芯对准第二环形反射凹槽的侧面，与反射耦合器熔接环面上的第四熔接位置熔接，第五有源单模光纤另一端的纤芯对准第二环形反射凹槽的侧面，与反射耦合器熔接环面上的第五熔接位置熔接，……，第4M+1有源单模光纤另一端的纤芯对准第一环形反射凹槽的侧面，与反射耦合器熔接环面上的第4M+1熔接位置熔接，第4M+2有源单模光纤另一端的纤芯对准第一环形反射凹槽的侧面，与反射耦合器熔接环面上的第4M+2熔接位置熔接，……，第8M+1 有源单模光纤另一端的纤芯对准第一环形反射凹槽的侧面，与反射耦合器熔接环面上的第 8M+1熔接位置熔接，……，第N-4M+2有源单模光纤另一端的纤芯对准第一环形反射凹槽的侧面，与反射耦合器熔接环面上的第N-4M+2熔接位置熔接，……，第N有源单模光纤另一端的纤芯对准第一环形反射凹槽的侧面，与反射耦合器熔接环面上的第N熔接位置熔接， 第一有源单模光纤另一端的纤芯对准第一环形反射凹槽的侧面，与反射耦合器熔接环面上的第一熔接位置熔接；N = 2 1008的偶数，M是整数，M是N/4的约数；所述第一至第三反射镜均为全反镜，并与透射耦合器的轴线共线，所述第一反射镜紧贴透射耦合器的透射面、所述第二反射镜置于第三反射镜的焦距上；第一反射镜为一圆台，圆台锥角为46°，圆台侧面镀全反膜，第二反射镜为凸面镜，凸面镀全反膜，第三反射镜为中心带孔的凹面镜，凹面镀全反膜，第一至第三反射镜均由纯石英材料制成。本专利技术和已有技术相比所具有的有益效果本专利技术对所用光纤无偏振态的要求，普通有源单模光纤即可；能够实现相位锁定的光路数量更多，无理论上的限制；无需普通的光纤耦合器，采用新设计的耦合器结构，该耦合器分为透射耦合器和反射耦合器，通过在其透射面或是反射面上设置截面为等腰直角三角形的环形凹槽，能够精确控制激光的透射与反射，从而将每一路光纤中的激光与其它路光纤中的激光相耦合，达到控制相位本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种多光纤被动相位锁定激光器，其特征在于：该激光器包括透射耦合器（１）、第一至第Ｎ有源单模光纤（２１、２２、……、２Ｎ）、第一反射镜（３１）、第二反射镜（３２）、第三反射镜（３３）、反射耦合器（４）和第一至第Ｎ泵浦源（５１、５２、……、５Ｎ）；所述透射耦合器（１）为一旋转体，其透射面垂直于轴线，透射耦合器的熔接环面（１１）与透射耦合器的透射面（１２）成４５°，透射耦合器的透射面（１２）镀全反膜，然后，在透射面（１２）上刻截面为等腰直角三角形的第一至第Ｍ环形透射凹槽（１２１、１２２、……１２Ｍ）；所述反射耦合器（４）为一旋转体，其反射面垂直于轴线，反射耦合器的熔接环面（４１）与反射耦合器的反射面（４２）成４５°，反射耦合器的反射面（４２）上刻截面为等腰直角三角形的第一至第Ｍ环形反射凹槽（４２１、４２２、……４２Ｍ），然后在反射面（４２）上镀全反膜；第一至第Ｍ环形反射凹槽（４２１、４２２、……４２Ｍ）均为全反面，深度均相同，相邻环形反射凹槽的间距与环形反射凹槽的宽度相同；第一至第Ｍ环形透射凹槽（１２１、１２２、……１２Ｍ）深度均相同，相邻环形透射凹槽的间距与环形透射凹槽的宽度相同；第一至第Ｎ有源单模光纤（２１、２２、……、２Ｎ）的一端熔接在透射耦合器熔接环面（１１）上，沿透射耦合器轴线轴线对称分布于过轴线的Ｎ／４Ｍ个截面内，每个截面内的４Ｍ根光纤关于轴线对称分布，熔接位置在过截面与透射耦合器熔接环面（１１）相交的两条直线上；第一至第Ｎ有源单模光纤（２１、２２、……、２Ｎ）的另一端熔接在反射耦合器熔接环面（４１）上，沿反射耦合器轴线轴线对称分布于过轴线的Ｎ／４Ｍ个截面内，每个截面内的４Ｍ根光纤关于轴线对称分布，熔接位置在过截面与反射耦合器熔接环面（４１）相交的两条直线上；所述第一至第Ｎ有源单模光纤（２１、２２、……、２Ｎ）的一端均与透射耦合器熔接环面（１１）熔接，熔接位置与透射耦合器的透射面（１２）上环形透射凹槽的对应关系为：第一有源单模光纤（２１）一端的纤芯对准第一环形透射凹槽（１２１）的侧面，与透射耦合器的熔接环面上的第一熔接位置（１１２１）熔接，第二有源单模光纤（２２）一端的纤芯对准第一环形透射凹槽（１２１）的侧面，与透射耦合器熔接环面上的第二熔接位置（１１２２）熔接，第三有源单模光纤（２３）一端的纤芯对准第二环形透射凹槽（１２２）的侧面，与透射耦合器熔接环面上的第三熔接位置（１１２３）熔接，第四有源单模光纤（２４）一端的纤芯对准第二环形透射凹槽（１２２）的侧面，与透射耦合器熔接环面上的第四熔接位置（１１２４）熔接，……，第４Ｍ有源单模光纤（２４Ｍ）一端的纤芯对准第一环形透射凹槽（１２１）的侧面，与透射耦合器熔接环面上的第４Ｍ熔接位置（１１２４Ｍ）熔接，第４Ｍ＋１有源单模光纤（２４Ｍ＋１）一端的纤芯对准第一环形透射凹槽（１２１）的侧面，与透射耦合器熔接环面上的第４Ｍ＋１熔接位置（１１２４Ｍ＋１）熔接，……，第８Ｍ有源单模光纤（２８Ｍ）一端的纤芯对准第一环形透射凹槽（１２１）的侧面，与透射耦合器熔接环面上的第８Ｍ熔接位置（１１２８Ｍ）熔接，……，第Ｎ－４Ｍ＋１有源单模光纤（２Ｎ－４Ｍ＋１）一端的纤芯对准第一环形透射凹槽（１２１）的侧面，与透射耦合器熔接环面上的第Ｎ－４Ｍ＋１熔接位置（１１２Ｎ－４Ｍ＋１）熔接，……，第Ｎ有源单模光纤（２Ｎ）一端的纤芯对准第一环形透射凹槽（１２１）的侧面，与透射耦合器熔接环面上的第Ｎ熔接位置（１１２Ｎ）熔接；所述第一至第Ｎ有源单模光纤（２１、２２、……、２Ｎ）的另一端均与反射耦合器熔接环面（４１）熔接，熔接位置与反射耦合器的反射面（４２）上环形反射凹槽的对应关系为：第二有源单模光纤（２２）另一端的纤芯对准第一环形反射凹槽（４２１）的侧面，与反射耦合器的熔接环面上的第二熔接位置（４１２）熔接，第三有源单模光纤（２３）另一端的纤芯对准第一环形反射凹槽（４２１）的侧面，与反射耦合器熔接环面上的第三熔接位置（４１２３）熔接，第四有源单模光纤（２４）另一端的纤芯对准第二环形反射凹槽（４２２）的侧面，与反射耦合器熔接环面上的第四熔接位置（４１２４）熔接，第五有源单模光纤（２５）另一端的纤芯对准第二环形反射凹槽（４２２）的侧面，与反射耦合器熔接环面上的第五熔接位置（４１２５）熔接，……，第４Ｍ＋１有源单模光纤（２４Ｍ＋１）另一端的纤芯对准第一环形反射凹槽（４２１）的侧面，与反射耦合器熔接环面上的第４Ｍ＋１熔接位置（４１２４Ｍ＋１）熔接，第４Ｍ＋２有源单模光纤（２４Ｍ＋２）另一端的纤芯对准第一环形反射凹槽（４２１）的侧面，与反射耦合器熔接环面上的第４Ｍ＋２熔接位置（４１２４Ｍ＋２）熔接，……，第８Ｍ＋１有源单模光纤（２８Ｍ＋１）另一端的纤芯对准第一环形反射凹槽（４２１）的侧面，与反射耦合器熔接环面上的第８Ｍ＋１...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：温晓东，宁提纲，裴丽，李晶，油海东，周倩，顔玲玲，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：11
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