一种光纤激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种光纤激光器，包括：激光种子源、放大光路、输出光隔离器和光纤柱；所述放大光路分别与激光种子源和输出光隔离器连接，所述激光种子源用于输出光源，所述放大光路包括一级放大光路和二级放大光路，所述一级放大光路分别与激光种子源和二级放大光路连接，输出光源经过两级放大后通过所述输出光隔离器进行输出；其中，所述二级放大光路包括多模有源光纤；所述多模有源光纤盘绕在所述光纤柱。通过上述方式，本发明专利技术能够提高光纤激光器所输出的光束的质量。

【技术实现步骤摘要】
一种光纤激光器
本专利技术涉及激光器的机械设计
，特别是涉及一种光纤激光器。
技术介绍
光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质，在泵浦光的作用下光纤内形成高功率密度造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”，在适当时加入正反馈回路便可形成激光振荡输出。在光纤激光器中，光纤激光器的功率与光束质量是两个相互矛盾的参数，即为：功率越大，光束质量越差，功率越小，光束质量越好。目前，用户只能在功率和光束质量之间选择一个，要么高功率低质量，要么低功率高质量，大大限制了光纤激光器的应用范围，不利于光纤激光器的推广应用。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是提供一种光纤激光器，能够实现在不改变光纤激光器的功率的基础上，提高光纤激光器所输出的光束的质量。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供一种光纤激光器，包括：激光种子源、放大光路、输出光隔离器和光纤柱；所述放大光路分别与激光种子源和输出光隔离器连接，所述激光种子源用于输出光源，所述放大光路包括一级放大光路和二级放大光路，所述一级放大光路分别与激光种子源和二级放大光路连接，输出光源经过两级放大后通过所述输出光隔离器进行输出；其中，所述二级放大光路包括多模有源光纤；所述多模有源光纤盘绕在所述光纤柱；所述光纤柱包括若干个小圆柱体，若干个小圆柱体设置于同一圆周口上，所述多模有源光纤交错盘绕在若干个小圆柱体，多模有源光纤在相邻的两个小圆柱体之间错位走纤时，所述多模有源光纤形成波浪形。其中，所述光纤柱还包括大圆柱体。其中，所述大圆柱体的外壁上设置有第一刻槽，所述多模有源光纤顺延所述刻槽螺旋盘绕。其中，所述小圆柱体设置有第二刻槽，在所述多模有源光纤盘绕所述小圆柱体时，所述多模有源光纤卡入所述刻槽内。其中，所述大圆柱体设置于所述若干个小圆柱体所围成的圆周内，所述多模有源光纤在交错盘绕所述若干个小圆柱体后环绕所述大圆柱体，并且所述多模有源光纤的输出端位于所述大圆柱体的顶部。其中，所述光纤激光器包括上壳体和下壳体；所述激光种子源和一级放大光路固定于所述上壳体，所述二级放大光路、输出光隔离器和光纤柱固定于所述下壳体，所述上壳体固定于下壳体上。其中，所述一级放大光路包括一级泵浦光纤、单模有源光纤和一级无源光纤，所述光纤激光器还包括光纤盒和散热胶；所述光纤盒和散热胶均位于所述上壳体内，所述单模有源光纤固定于所述光纤盒内，并且所述散热胶涂覆与所述单模有源光纤上；所述一级泵浦光纤和一级无源光纤均固定于所述上壳体内，并且所述一级泵浦光纤环绕所述光纤盒，所述一级无源光纤远离所述泵浦光纤和光纤盒。其中，所述一级放大光路还包括一级泵浦源、一级合束器、一级放大器和一级光隔离器；所述激光种子源通过单模有源光纤与一级合束器连接，所述一级泵浦源通过一级泵浦光纤与一级合束器连接，所述一级放大器通过一级无源光纤分别与一级合束器和一级光隔离器连接，所述一级光隔离器与二级放大光路连接。其中，所述二级放大光路还包括二级泵浦光纤、二级泵浦源、二级合束器和二级无源光纤；所述二级合束器通过多模有源光纤与一级光隔离器连接，所述二级泵浦源通过二级泵浦光纤与二级合束器连接，所述二级放大器通过二级无源光纤分别与二级合束器和输出光隔离器连接。本专利技术的有益效果是：区别于现有技术的情况，本专利技术将光纤激光器的放大光路中的多模有源光纤盘绕在光纤柱，以使多模有源光纤的半径呈弯曲状，将多模有源光纤的高阶模过滤掉从而得到多模有源光纤的低阶模甚至基模输出，从而提高多模有源光纤输出激光的光束的质量，实现在不改变光纤激光器的功率的基础上，提高光纤激光器所输出的光束的质量。附图说明图1是本专利技术光纤激光器实施方式部分元件的连接关系图；图2是本专利技术光纤激光器实施方式的立体示意图；图3是本专利技术光纤激光器实施方式中上壳体的截面示意图；图4是本专利技术光纤激光器实施方式中下壳体的截面示意图；图5是本专利技术光纤激光器实施方式中多模有源光纤弯曲等效折射率模型的示意图。具体实施方式下面结合附图和实施方式对本专利技术进行详细说明。请参阅图1～图3，光纤激光器20包括激光种子源21、放大光路22、输出光隔离器23和光纤柱24。放大光路22分别与激光种子源21和输出光隔离器23连接，激光种子源21用于输出光源，放大光路22用于对光源进行放大，并通过输出光隔离器23进行输出。输出光隔离器23是仅允许光沿着一个固定方向传播的设备。放大光路22包括一级放大光路25和二级放大光路26，一级放大光路25分别与激光种子源和二级放大光路26连接，二级放大光路26分别与一级放大光路25和输出光隔离器23连接，输出光源经过两级放大后通过所述输出光隔离器23进行输出。放大光路22包括多模有源光纤261。多模有源光纤261盘绕在光纤柱24。光纤柱24是一个圆柱形组件，在多模有源光纤261盘绕在光纤柱24时，多模有源光纤261的半径呈弯曲状，从而将多模有源光纤261的高阶模过滤掉从而得到多模有源光纤261的低阶模甚至基模输出，从而提高多模有源光纤261输出激光的光束的质量，进而提高光纤激光器20所输出的光束的质量。通过弯曲多模有源光纤261的半径，提高多模有源光纤261输出激光的光束的质量的具体原理为：激光的光束的参数(特别是光束质量M2)和平均功率对激光器的应用起着决定性的作用。但是在光纤激光器20中，平均功率与光束的质量是两个相互矛盾的参数，为：平均功率越大，光束的质量越差，功率越小，光束质量越好，其中，光束质量M2的计算公式为：光束在空间域中的束宽和空间频率域中的远场发散角的乘积，称为光束的空间束宽积，也称为光束参数乘积，则光束质量M2的计算公式又可为：w为被测光束高斯光束束腰宽度，w0为基模理想高斯光束的束腰宽度，θ和θ0分别称为被测光束和基模理想高斯光束的远场发散角。光束质量M2＝1为最好基模高斯光束，理想情况下高斯光束在通过无像差和无衍射效应的聚焦光学系统，或扩束系统时，M2因子是一个不变量。另外，由介质波导理论可知，当光纤弯曲时，纤芯中的束缚模式沿弯曲半径会有不同程度的辐射，成为弯曲损耗。这种损耗因模式而异，高阶模的损耗大于低阶模的损耗。因此，可以选择合适的弯曲半径来抑制高阶模的传输使得光束变得纯净达到改善光束质量的目的。弯曲选模法具有无需特殊设计光纤，只需设计盘绕方式和盘绕半径，易于实现和操作，具有广泛的用途。在光纤弯曲时，信号激光会发生沿弯曲半径方向的能量辐射，原有光纤中的部分束缚模式会变为泄漏模和辐射模，引起弯曲损耗。根据D.Marcuse的经典理论，光纤中LPmn模的弯曲损耗可以表示为：在公式2中，为归一化频率，R是弯曲半径，a是纤芯半径，β是对应的传播常数，m表示模式LPmn的阶数，K为真空中的波数。常数em取值因模式而异，em有公式可为：由公式2和公式3可知，损耗随着光纤的弯曲半径减小而增大，并且高阶模式的损耗大于低阶模。与模式间弯曲损耗的不同，可以用光纤弯曲等效折射率模型进行直观解释：如图5所示，沿轴的弯曲对光纤的纤芯内光场的影响可以看成是折射率的变化，为：高阶模式的等效折射率低于基模，容易发生“泄漏”而产生较大的损耗。因此，光纤激光中，将多模有源光纤261按合适的半径弯曲时，可以将高阶模过滤掉从而得到低阶模甚至基模输出，进而提高输出激光的光束质量。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤激光器，其特征在于，包括：激光种子源、放大光路、输出光隔离器和光纤柱；所述放大光路分别与激光种子源和输出光隔离器连接，所述激光种子源用于输出光源，所述放大光路包括一级放大光路和二级放大光路，所述一级放大光路分别与激光种子源和二级放大光路连接，输出光源经过两级放大后通过所述输出光隔离器进行输出；其中，所述二级放大光路包括多模有源光纤；所述多模有源光纤盘绕在所述光纤柱。

【技术特征摘要】
1.一种光纤激光器，其特征在于，包括：激光种子源、放大光路、输出光隔离器和光纤柱；所述放大光路分别与激光种子源和输出光隔离器连接，所述激光种子源用于输出光源，所述放大光路包括一级放大光路和二级放大光路，所述一级放大光路分别与激光种子源和二级放大光路连接，输出光源经过两级放大后通过所述输出光隔离器进行输出；其中，所述二级放大光路包括多模有源光纤；所述多模有源光纤盘绕在所述光纤柱；所述光纤柱包括若干个小圆柱体，所述若干个小圆柱体设置于同一圆周上，所述多模有源光纤交错盘绕在所述若干个小圆柱体，多模有源光纤在相邻的两个小圆柱体之间错位走纤时，所述多模有源光纤形成波浪形。2.根据权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，所述光纤柱还包括大圆柱体。3.根据权利要求2所述的光纤激光器，其特征在于，所述大圆柱体的外壁上设置有第一刻槽，所述多模有源光纤顺延所述第一刻槽螺旋盘绕。4.根据权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，所述小圆柱体设置有第二刻槽，在所述多模有源光纤盘绕所述小圆柱体时，所述多模有源光纤卡入所述第二刻槽内。5.根据权利要求2所述的光纤激光器，其特征在于，所述大圆柱体设置于所述若干个小圆柱体所围成的圆周内，所述多模有源光纤在交错盘绕所述若干个小圆柱体后环绕所述大圆柱体，并且所述多模有源光纤的输出端位于所述大圆柱体的顶部。6.根据权利要求1所述的光纤激光器...

【专利技术属性】
技术研发人员：居剑，刘一然，李全法，李伟，陈洪，蒋峰，
申请(专利权)人：深圳市创鑫激光股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44