一种光纤输出装置及光纤激光系统制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供一种光纤输出装置及光纤激光系统，该装置包括：用于从激光产生装置引出激光的光子带隙光纤以及光纤端帽结构；所述光子带隙光纤的光输出端与所述光纤端帽结构相结合，以使从所述光子带隙光纤的光输出端输出的激光无界面扩束。本发明专利技术能够实现高峰值功率输出、控制非线性在光纤中传播时的过分累积的同时避免光输出端的破坏，这一发明专利技术将使得真正的全光纤超高峰值功率激光器成为可能。

【技术实现步骤摘要】
一种光纤输出装置及光纤激光系统
本专利技术属于光纤激光器
，尤其涉及一种光纤输出装置及光纤激光系统。
技术介绍
现有的超高峰值功率光纤激光器的光纤输出方案存在两大难题：第一，非线性效 应在光纤中的累积会导致激光脉冲形状发生畸变，并对整个光纤激光器造成破坏；第二，高 功率激光在光纤输出的输出口对输出表面会造成破坏。 因此如何能够通过一种光纤输出装置与光纤激光器相连，在实现高峰值功率输出 的同时避免光输出端的破坏，是本领域技术人员非常关心的一个课题。本【专利技术者】早期在美 国提出的基于啁啾脉冲放大系统中展宽放大输出再以空间光栅压缩的方案试图解决这一 难题，但是，这并不是真正的全光纤技术方案，而且在某种程度上明显没能充分利用到超短 脉冲独有的高表面破坏阈值的优越性。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提一种光纤输出装置，能够实现高峰值功率输出、控 制非线性在光纤中传播时的过分累积的同时避免光输出端的破坏，这一专利技术将使得真正 的全光纤超高峰值功率激光器成为可能。 为实现上述目的，本专利技术实施例提供一种光纤输出装置，包括：用于从激光产生装 置引出激光的光子带隙光纤、以及光纤端帽结构； 所述光子带隙光纤的光输出端与所述光纤端帽结构相结合，以使从所述光子带隙 光纤的光输出端输出的激光无界面扩束。 在一个优选的实施例中，所述光子带隙光纤的输出端与所述光纤端帽结构熔接， 所述光子带隙光纤的光输出端附近的空气纤芯和包层空气结构与所述光纤端帽结构之间 结构塌缩。 在一个优选的实施例中，所述光子带隙光纤的输出端与所述光纤端帽结构熔接， 所述光纤端帽结构全部填充在所述光子带隙光纤的光输出端附近的空气纤芯和包层空气 结构中。 在一个优选的实施例中，所述光纤端帽结构为无芯石英光纤。 在一个优选的实施例中，所述光子带隙光纤的光输出端与所述光纤端帽结构之间 通过光学结合方法相结合。 在一个优选的实施例中，所述光子带隙光纤的光输出端的端面为平面抛光或斜面 抛光的端面。 在一个优选的实施例中，所述光子带隙光纤的光输出端附近的空气纤芯和包层中 填充有石英。 在一个优选的实施例中，所述光子带隙光纤的外围还套有陶瓷套圈或玻璃毛细 管。 在一个优选的实施例中，所述光学结合方法具体为化学活化直接键合方法。 在一个优选的实施例中，激光产生装置为全光纤超短脉冲激光器。 本专利技术另一方面还提供一种光纤激光系统，包括光纤激光器和上述的光纤输出装 置，所述光纤激光器作为激光产生装置，所述光纤输出装置中的光子带隙光纤从所述光纤 激光器中引出激光。 由此可见，本专利技术实施例中实现激光无界面地输出到光纤端帽结构中并实现扩 束，进而提高了超高功率超短脉冲能量的激光脉冲在光子带隙光纤的输出端的端面上的损 伤阈值，避免高能量短脉冲的激光脉冲对光纤输出端的破坏。另外，光子带隙光纤的空心结 构可以有效降低石英材料中的非线性效应，相当于有效面积的增加，进而提高在该光纤中 传输激光的峰值功率。而在超短脉冲的光纤啁啾脉冲放大系统中，由于光子带隙光纤的色 散补偿功能还可以逐渐压缩脉冲宽度，使进入时的纳秒脉冲变成输出时的飞秒脉冲，提高 输出面的峰值功率破坏阈值达3-4个数量级。 综上所述，本专利技术的思想在于如下科学突破：通过创造性的区分超高峰值功率激 光在光纤内部传播的非线性累积和超高峰值功率激光对光纤输出表面的破坏这两个不同 的物理过程，利用超短脉冲对于输出表面的特殊破坏机理，获得全光纤的超高峰值功率激 光系统。 【附图说明】 为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术 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。 图1为扩束程度与光纤端面能够承受的峰值功率的关系曲线； 图2A为Ins脉宽的脉冲激光在光纤中的非线性效应曲线； 图2B为100fs脉宽的脉冲激光在光纤中的非线性效应曲线； 图3为本专利技术提供的光纤输出装置的一个实施例的示意图； 图4为本专利技术提供的光纤输出装置的另一个实施例的示意图； 图5为本专利技术提供的光纤输出装置的另一个实施例的示意图； 图6为本专利技术提供的光纤输出装置的另一个实施例的示意图； 图7为本专利技术提供的光纤输出装置的另一个实施例的示意图； 图8为本专利技术提供的光纤输出装置的另一个实施例的示意图。 【具体实施方式】 为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例 中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是 本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员 在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。 光纤端帽结构是用于扩展光束模场直径（MFD)的，目的是为了避免对纤维的损 伤。经过专利技术人的试验，得到图1中扩束程度与光纤端面能够承受的峰值功率的关系曲线。 其中，对于纳秒脉冲，即使光束模场直径扩束到100微米，光纤端面能承受的峰值功率也不 到10MW;而对于飞秒或皮秒脉冲，当光束模场直径扩束到100微米时，光纤端面能承受的峰 值功率超过1GW(即十亿瓦），经过分析发现，纳秒脉冲主要会因为热效应导致光纤端面损 坏，而超短脉冲（脉宽<l〇ps)则对光纤端面几乎没有热效应的问题。由此可以得出，通过 光纤直接输出极高峰值功率的需求下，使用超短脉冲更加有利，这一结论与本领域技术人 员的通常直觉相反。 专利技术人又通过模拟计算进一步模拟了光纤中累计的非线性效应与峰值功率、纤芯 大小和光纤长度之间的关系，参见图2A和图2B。图2A和图2B的计算均是以纤芯直径为30 微米的大模场（LMA)光纤作为对象，且同时考虑了有源光纤和无源光纤在高峰值功率光纤 激光器中的使用。图2A示出了 Ins脉宽的脉冲激光在光纤中的自聚焦（Self Focusing)效 应曲线201、表面损坏（Surface Damage)曲线202、受激拉曼散射（SRS)效应曲线203、自相 位调制（SPM)效应曲线204和受激布里渊散射（SBS)效应曲线205,图2A示出了 100fs脉宽 的脉冲激光在光纤中的自聚焦（Self Focusing)效应曲线21、表面损坏（Surface Damage) 曲线22、受激拉曼散射（SRS)效应曲线23、自相位调制（SPM)效应曲线24和受激布里渊散 射（SBS)效应曲线25。 由此可以看出，Ins脉宽的激光脉冲和100fs脉宽的脉冲激光在光纤中传播时非 线性效应的发展趋势是大致相同的。图2A和图2B中Y轴均是激光脉冲能量，对于100fs 脉宽的激光脉冲，由于脉冲甚短，所以只能支持μ J级的能量，但是就峰值功率而言，Ins脉 宽的脉冲激光与l〇〇fs脉宽的激光脉冲实际上相同的。而真正显著不同之处在于：100fs激 光脉冲的表面破坏阈值极高。 由此本专利技术中可以将超短超高峰值功率的激光脉冲直接从光纤输出。 实施例一 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤输出装置，其特征在于，包括：用于从激光产生装置引出激光的光子带隙光纤以及光纤端帽结构；所述光子带隙光纤的光输出端与所述光纤端帽结构相结合，以使从所述光子带隙光纤的光输出端输出的激光无界面扩束。

【技术特征摘要】
1. 一种光纤输出装置，其特征在于，包括：用于从激光产生装置引出激光的光子带隙 光纤以及光纤端帽结构； 所述光子带隙光纤的光输出端与所述光纤端帽结构相结合，以使从所述光子带隙光纤 的光输出端输出的激光无界面扩束。2. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光子带隙光纤的输出端与所述光纤端 帽结构熔接，所述光子带隙光纤的光输出端附近的空气纤芯和包层空气结构与所述光纤端 帽结构之间结构塌缩； 或. 所述光子带隙光纤的输出端与所述光纤端帽结构熔接，所述光纤端帽结构全部填充在 所述光子带隙光纤的光输出端附近的空气纤芯和包层空气结构中。3. 如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述光纤端帽结构为无芯石英光纤。4. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光子带隙光纤的光输出端与所述光纤 端帽...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏江帆，赵青春，
申请(专利权)人：广东高聚激光有限公司，苏州华必大激光有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44