一种被动相位锁定的光纤激光器制造技术

一种被动相位锁定的光纤激光器，涉及一种光纤激光器，适用于工业、军事等领域。解决了已有激光器的输出频带宽、输出功率难提升、制作难度大，成本高，结构复杂。该光纤激光器包括由泵浦源、波分复用器、耦合器、有源单模光纤、光纤光栅构成的N个线性腔。每个线性腔的泵浦源输出端与波分复用器的第一端口连接，波分复用器的第二端口与耦合器的第一端口连接，耦合器的第三端口经有源单模光纤与光纤光栅连接。按顺序相邻线性腔的波分复用器的第三端口连接。第N耦合器的第二端口与第一耦合器的第二端口连接，第N耦合器的第四端口与第一耦合器的第四端口连接。按顺序相邻线性腔的耦合器的第二端口连接，耦合器的第四端口连接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光纤激光器，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，输出激光的频带宽，继续增加光路数量会大大增加整个系统的复杂程度，因而输出功率难以有效提升；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，成本高，结构复杂。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是目前已有被动相位锁定激光器，输出激光的频带宽，继续增加光路数量会大大增加整个系统的复杂程度，因而输出功率难以有效提升；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，成本高，结构复杂。本专利技术的技术方案一种被动相位锁定的光纤激光器，它包括第一至第N有源单模光纤，第一至第N耦合器，第一至第N波分复用器，第一至第N光纤光栅，第一至第N泵浦源。第一泵浦源的输出端与第一波分复用器的第一端口连接，第一波分复用器的第二端口与第一耦合器的第一端口连接，第一耦合器的第三端口与第一有源单模光纤的一端连接，第一有源单模光纤的另一端与第一光纤光栅的一端连接。第一波分复用器的第三端口与第二波分复用器的第三端口连接，第二泵浦源的输出端与第二波分复用器的第一端口连接，第二波分复用器的第二端口与第二耦合器的第一端口连接，第二耦合器的 第三端口与第二有源单模光纤的一端连接，第二有源单模光纤的另一端与第二光纤光栅的一端连接。第三泵浦源的输出端与第三波分复用器的第一端口连接，第三波分复用器的第二端口与第三耦合器的第一端口连接，第三耦合器的第三端口与第三有源单模光纤的一端连接，第三有源单模光纤的另一端与第三光纤光栅的一端连接。第三耦合器的第二端口与第二耦合器的第二端口连接，第三耦合器的第四端口与第二耦合器的第四端口连接。第三波分复用器的第三端口与第四波分复用器的第三端口连接，第四泵浦源的输出端与第四波分复用器的第一端口连接，第四波分复用器的第二端口与第四耦合器的第一端口连接，第四耦合器的第三端口与第四有源单模光纤的一端连接，第四有源单模光纤的另一端与第四光纤光栅的一端连接。第五泵浦源的输出端与第五波分复用器的第一端口连接，第五波分复用器的第二端口与第五耦合器的第一端口连接，第五耦合器的第三端口与第五有源单模光纤的一端连接，第五有源单模光纤的另一端与第五光纤光栅的一端连接。第五耦合器的第二端口与第四耦合器的第二端口连接，第五耦合器的第四端口与第四耦合器的第四端口连接。第五波分复用器的第三端口与第六波分复用器的第三端口连接，第六泵浦源的输出端与第六波分复用器的第一端口连接，第六波分复用器的第二端口与第六耦合器的第一端口连接，第六耦合器的第三端口与第六有源单模光纤的一端连接，第六有源单模光纤的另一端与第六光纤光栅的一端连接。......第N-I泵浦源的输出端与第N-I波分复用器的第一端口连接，第N-I波分复用器的第二端口与第N-I耦合器的第一端口连接，第N-I耦合器的第三端口与第N-I有源单模光纤的一端连接，第N-I有源单模光纤的另一端与第N-I光纤光栅的一端连接。第N-I波分复用器的第三端口与第N波分复用器的第三端口连接，第N泵浦源的输出端与第N波分复用器的第一端口连接，第N波分复用器的第二端口与第N耦合器的第一端口连接，第N耦合器的第三端口与第N有源单模光纤的一端连接，第N有源单模光纤的另一端与第N光纤光栅的一端连接。第N耦合器的第二端口与第一耦合器的第二端口连接，第N耦合器的第四端口与第一耦合器的第四端口连接。第一至第N光纤光栅的另一端的端面处于同一平面内。N = 4 100 的偶数。所述的第一至第N有源单模光纤的纤芯中均掺杂稀土离子，包括铒离子、钕离子或镱离子。 所述的第一至第N波分复用器的第一端口和第一至第N波分复用器的第二端口分别传输两个不同波长的激光信号。第一至第N波分复用器的第一端口传输两个波长中较短波长的激光信号。第一至第N波分复用器的第三端口传输两个波长中较长波长的激光信号。第一至第N波分复用器的第二端口同时传输两个波长的激光信号。本专利技术和已有技术相比所具有的有益效果 本专利技术利用2 X 2耦合器将N个线性腔连接起来，各个线性腔均会对激光信号的频率做出选择，选出的激光信号通过耦合器导入到相邻的线性腔内，对激光频率再次进行选择，经过这样多次的反复，各个线性腔中的激光信号频带宽度大大减小，从各线性腔末端的光纤光栅端面输出的激光频带窄，增加了相位锁定的效率，所有线性腔输出的激光相干性好。通过简单的增加线性腔的数量能够有效增加输出激光的功率，并且频带可以进一步变窄，实现的结构简单，成本低。附图说明图1为N个线性腔的被动相位锁定的光纤激光器。图2为四个线性腔的被动相位锁定的光纤激光器。图3为六个线性腔的被动相位锁定的光纤激光器。图4为一百个线性腔的被动相位锁定的光纤激光器。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。实施方式一一种被动相位锁定的光纤激光器，如图1，它包括第一至第N有源单模光纤11、12、13、14、15、16、......、1(N-1)、1N，第一至第 N 耦合器 21、22、23、24、25、26、......,2 (N-I)、2N，第一至第N波分复用器，第一至第N光纤光栅41、42、43、44、45、46、……,4 (N-I)、4N，第一至第 N 泵浦源 51、52、53、54、55、56、......>5 (N-I)、5N。该光纤激光器包括N个线性腔，每个线性腔包括泵浦源、波分复用器、耦合器、有源单模光纤、光纤光栅。第一泵浦源51的输出端与第一波分复用器的第一端口 311连接，第一波分本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种被动相位锁定的光纤激光器，其特征在于：包括第一至第Ｎ有源单模光纤（１１、１２、１３、１４、１５、１６、……、１（Ｎ－１）、１Ｎ），第一至第Ｎ耦合器（２１、２２、２３、２４、２５、２６、……、２（Ｎ－１）、２Ｎ），第一至第Ｎ波分复用器，第一至第Ｎ光纤光栅（４１、４２、４３、４４、４５、４６、……、４（Ｎ－１）、４Ｎ），第一至第Ｎ泵浦源（５１、５２、５３、５４、５５、５６、……、５（Ｎ－１）、５Ｎ）；第一泵浦源（５１）的输出端与第一波分复用器的第一端口（３１１）连接，第一波分复用器的第二端口（３１２）与第一耦合器（２１）的第一端口连接，第一耦合器（２１）的第三端口与第一有源单模光纤（１１）的一端连接，第一有源单模光纤（１１）的另一端与第一光纤光栅（４１）的一端连接；第一波分复用器的第三端口（３１３）与第二波分复用器的第三端口（３２３）连接，第二泵浦源（５２）的输出端与第二波分复用器的第一端口（３２１）连接，第二波分复用器的第二端口（３２２）与第二耦合器（２２）的第一端口连接，第二耦合器（２２）的第三端口与第二有源单模光纤（１２）的一端连接，第二有源单模光纤（１２）的另一端与第二光纤光栅（４２）的一端连接；第三泵浦源（５３）的输出端与第三波分复用器的第一端口（３３１）连接，第三波分复用器的第二端口（３３２）与第三耦合器（２３）的第一端口连接，第三耦合器（２３）的第三端口与第三有源单模光纤（１３）的一端连接，第三有源单模光纤（１３）的另一端与第三光纤光栅（４３）的一端连接；第三耦合器（２３）的第二端口与第二耦合器（２２）的第二端口连接，第三耦合器（２３）的第四端口与第二耦合器（２２）的第四端口连接；第三波分复用器的第三端口（３３３）与第四波分复用器的第三端口（３４３）连接，第四泵浦源（５４）的输出端与第四波分复用器的第一端口（３４１）连接，第四波分复用器的第二端口（３４２）与第四耦合器（２４）的第一端口连接，第四耦合器（２４）的第三端口与第四有源单模光纤（１４）的一端连接，第四有源单模光纤（１４）的另一端与第四光纤光栅（４４）的一端连接；第五泵浦源（５５）的输出端与第五波分复用器的第一端口（３５１）连接，第五波分复用器的第二端口（３５２）与第五耦合器（２５）的第一端口连接，第五耦合器（２５）的第三端口与第五有源单模光纤（１５）的一端连接，第五有源单模光纤（１５）的另一端与第五光纤光栅（４５）的一端连接；第五耦合器（２５）的第二端口与第四耦合器（２４）的第二端口连接，第五耦合器（２５）的第四端口与第四耦合器（２４）的第四端口连接；第五波分复用器的第三端口（３５３）与第六波分复用器的第三端口（３６３）连接，第六泵浦源（５６）的输出端与第六波分复用器的第一端口（３６１）连接，第六波分复用器的第二端口（３６２）与第六耦合器（２６）的第一端口连接，第六耦合器（２６）的第三端口与第六有源单模光纤（１６）的一端连接，第六有源单模光纤（１６）的另一端与第六光纤光栅（４６）的一端连接；……第Ｎ－１泵浦源（５（Ｎ－１））的输出端与第Ｎ－１波分复用器的第一端口（３（Ｎ－１）１）连接，第Ｎ－１波分复用器的第二端口（３（Ｎ－１）２）与第Ｎ－１耦合器（２（Ｎ－１））的第一端口连接，第Ｎ－１耦合器（２（Ｎ－１））的第三端口与第Ｎ－１有源单模光纤（１（Ｎ－１））的一端连接，第Ｎ－１有源单模光纤（１（Ｎ－１））的另一端与第Ｎ－１光纤光栅（４（Ｎ－１））的一端连接；第Ｎ－１波分复用器的第三端口（３（Ｎ－１）３）与第Ｎ波分复用器的第三端口（３Ｎ３）连接，第Ｎ泵浦源（５Ｎ）的输出端与第Ｎ波分复用器的第一端口（３Ｎ１）连接，第Ｎ波分复用器的第二端口（３Ｎ２）与第Ｎ耦合器（２Ｎ）的第一端口连接，第Ｎ耦合器（２Ｎ）的第三端口与第Ｎ有源单模光纤（１Ｎ）的一端连接，第Ｎ有源单模光纤（１Ｎ）的另一端与第Ｎ光纤光栅（４Ｎ）的一端连接；第Ｎ耦合器（２Ｎ）的第二端口与第一耦合器（２１）的第二端口连接，第Ｎ耦合器（２Ｎ）的第四端口与第一耦合器（２１）的第四端口连接；第一至第Ｎ光纤光栅（４１、４２、４３、４４、４５、４６、……、４（Ｎ－１）、４Ｎ）的另一端的端面处于同一平面内；Ｎ＝４～１００的偶数。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：温晓东，宁提纲，王春灿，李晶，周倩，胡旭东，孙将，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：11