一种自冷却的光纤激光器及其制作方法技术

本发明专利技术公布了一种自冷却的光纤激光器及其制作方法，所述的自冷却的双包层有源光纤(204)的左端和前向光纤泵浦光合束器(203)连接、右端和反向光纤泵浦光合束器(205)连接；信号泵浦激光器(207)与前向光纤泵浦光合束器(203)连接，制冷泵浦激光器(208)与反向光纤泵浦光合束器(205)连接。本发明专利技术通过两个泵浦波长的激光，分别产生信号激光和制冷效应，缓解了大功率光纤激光器的散热压力，提高了光纤激光器的可靠性和工作稳定性。同时该光纤激光器在结构上与传统的光纤激光器系统兼容，具有工艺可行性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种自冷却的光纤激光器及其制作方法
技术介绍
由于光纤材料本身表面积对体积的比值较大，输出的光束质量好，体积小等优点，光纤激光器近年来经历了快速的发展，目前稀土掺杂光纤激光器能够得到的输出光功率不断提高。但是，随着光功率的提高，有源掺杂光纤的发热量也越来越多。有源光纤的散热问题成为大功率光纤激光器的瓶颈问题之一。该光纤发热会对光纤激光器产生很多负面影响，比如光纤模式改变、热透镜效应、光纤熔丝效应、光纤损伤等。尽管通过风冷、水冷等方式能够在一定程度上缓解有源光纤的发热问题，但是均不能从根本上解决问题。本专利提出了一项新的技术，有效地对光纤激光器中有源光纤的发热进行吸收，从整体上来看，有源光纤的发热量明显减小，从根本上抑制了有源光纤的发热，为更大光功率的光纤激光器的研制拓展了空间。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出一种自冷却的光纤激光器及其制作方法，该方法有效地从光纤内部减小了有源光纤的发热，缓解了光纤激光器的发热问题。本专利技术采用的技术方案是：一种自冷却的光纤激光器，由光功率吸收器、光纤光栅Ⅰ、前向光纤泵浦光合束器、双包层有源光纤、反向光纤泵浦光合束器、光纤光栅Ⅱ、信号泵浦激光器、制冷泵浦激光器、输出准直隔离器，其特征在于：所述的双包层有源光纤的左端和前向光纤泵浦光合束器连接、右端和反向光纤泵浦光合束器连接；信号泵浦激光器与前向光纤泵浦光合束器连接，信号泵浦激光器与反向光纤泵浦光合束器连接，光纤光栅Ⅰ的右端与前向光纤泵浦光合束器连接、左端与光功率吸收器连接；光纤光栅Ⅱ左端与反向光纤泵浦光合束器连接，右端与输出准直隔离器的输入端连接。所述的双包层有源光纤，由纤芯、内包层、外包层和涂覆层组成，所述的纤芯与涂覆层之间设有内包层和外包层，其纤芯芯径为8～20微米，内包层直径为100～400微米。一种自冷却的光纤激光器的制作方法，包括以下步骤：1)、双包层有源光纤制作：以氟化物玻璃作为基质，掺杂两种稀土元素制作双包层有源光纤的预制棒；在纤芯中掺入第一杂质钕(Nd)和第二杂质镱(Yb)，在光纤拉丝塔上将上述预制棒拉制成双包层光纤，并在裸光纤外部涂上涂覆层；所述的在纤芯中掺入第一杂质钕和第二杂质镱，掺杂浓度为1018～1020cm-3。2)、搭建光纤激光器光学系统：将前向光纤泵浦光合束器与第一波长的信号泵浦激光器的激光耦合至双包层有源光纤中，反向光纤泵浦光合束器将第二波长的制冷泵浦激光器的激光耦合至双包层有源光纤中；光纤光栅Ⅰ右端与前向光纤泵浦光合束器连接、其左端与光功率吸收器连接；光纤光栅Ⅱ左端与反向光纤泵浦光合束器连接，其右端与输出准直隔离器的输入端连接。3)、搭建光纤激光器电路系统：将光纤激光器的驱动源与各个信号泵浦激光器、制冷泵浦激光器连接，控制电路与各个驱动源电路和监控电路连接，接口电路与激光器控制电路和外部计算机连接。4)、运行调试：启动制冷泵浦激光器，使得光纤处于制冷状态，启动信号泵浦激光器，使得光纤处于激光输出状态，依次地增大制冷泵浦激光器的功率和信号泵浦激光器的功率，逐渐让两个泵浦激光器的功率到达目标值，此时光纤激光器的发热和制冷基本处于平衡状态，在不影响输出激光的状态下，有源光纤的发热受到抑制。本专利技术，1、光纤激光器中有源增益光纤的发热量得到显著减小。2、降低了光纤激光器中制冷系统的要求。3、避免了热透镜效应引起的光束畸变。4、用拉曼光散射的方式进行制冷，过程是全固态的，可靠性高，性能稳定。5、除有源掺杂光纤需要有额外掺杂和制冷泵浦的波长改变以外，对于其它部件都是可以和通常的光纤激光器兼容的。附图说明图1是本专利技术的双包层有源光纤的结构示意图；图2是本专利技术光纤激光器结构示意图；图3是掺杂光纤激射过程中离子和光子相互作用示意图；图4是掺杂光纤中的反斯托克斯拉曼散射过程的光子和声子相互作用；图中：201光功率吸收器、202光纤光栅Ⅰ、203前向光纤泵浦光合束器、204双包层有源光纤、2041纤芯、2042内包层、2043外包层、2044涂覆层，205反向光纤泵浦光合束器、206光纤光栅Ⅱ、207信号泵浦激光器、208制冷泵浦激光器、209输出准直隔离器、301#1掺杂离子的基态能级，302#1掺杂离子的亚稳态能级，303#1掺杂离子的激发态能级，401#2掺杂离子的第一基态能级，402#2掺杂离子的第二基态能级，403#2掺杂离子的第一激发态能级，404#2掺杂离子的第二激发态能级。具体实施方式一种自冷却的光纤激光器，由光功率吸收器201、光纤光栅Ⅰ202、前向光纤泵浦光合束器203、双包层有源光纤204、反向光纤泵浦光合束器205、光纤光栅Ⅱ206、信号泵浦激光器207、制冷泵浦激光器208、输出准直隔离器209，双包层有源光纤204的左端和前向光纤泵浦光合束器203连接、右端和反向光纤泵浦光合束器205连接；信号泵浦激光器207与前向光纤泵浦光合束器203连接，制冷泵浦激光器208与反向光纤泵浦光合束器205连接。所述的双包层有源光纤204，由纤芯2041、内包层2042、外包层2043和涂覆层2044组成，纤芯2041与涂覆层2044之间设有内包层2042和外包层2043，其纤芯芯径为8～20微米，内包层直径为100～400微米。一种自冷却的光纤激光器的制作方法，包括以下步骤：1、双包层有源光纤制作：以氟化物玻璃作为基质，掺杂两种稀土元素制作双包层有源光纤的预制棒；在纤芯2041中掺入第一杂质钕和第二杂质镱，2042是光纤的内包层，2043是光纤外包层，在光纤拉丝塔上将上述预制棒拉制成双包层光纤，并在裸光纤外部涂上涂覆层2044；其纤芯2041中掺入有第一杂质钕(Nb)和第二杂质镱(Yb)，掺杂浓度为1018～1020cm-3。在有源掺杂的双包层光纤中，第一种杂质离子在第一个波长泵浦激光的作用下，形成粒子数反转，通过受激辐射产生光放大而发出激光；第二种杂质离子，在第二个波长激光泵浦下，通过反斯托克斯散射吸收声子，产生制冷效果。使用氟化物玻璃光纤，适当选择氟化物的种类，使得上述的反斯托克斯效应能够有效地进行。一种优化的选择是采用锆(Zr)、硼(B)、镧(La)、铝(Al)、钠(Na)、铅(Pb)的重金属氟化物作为光纤基质材料；有源双包层光纤中的其它杂质和缺陷要尽量减小，降低发生非辐射复合的几率；制冷掺杂元素的下能级宽度要小于平均声子能量，制冷泵浦激光的光子能量要与制冷掺杂杂质的较低跃迁能量相当，以促进光纤中的反斯托克斯拉曼散射，抑制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自冷却的光纤激光器，由光功率吸收器(201)、光纤光栅Ⅰ(202)、前向光纤泵浦光合束器(203)、双包层有源光纤(204)、反向光纤泵浦光合束器(205)、光纤光栅Ⅱ(206)、信号泵浦激光器(207)、制冷泵浦激光器(208)、输出准直隔离器(209)，其特征在于：所述的双包层有源光纤(204)的左端和前向光纤泵浦光合束器(203)连接、右端和反向光纤泵浦光合束器(205)连接；信号泵浦激光器(207)与前向光纤泵浦光合束器(203)连接，制冷泵浦激光器(208)与反向光纤泵浦光合束器(205)连接，光纤光栅Ⅰ(202)的右端与前向光纤泵浦光合束器(203)连接、左端与光功率吸收器(201)连接；光纤光栅Ⅱ(206)左端与反向光纤泵浦光合束器(205)连接，右端与输出准直隔离器(209)的输入端连接。

【技术特征摘要】
1.一种自冷却的光纤激光器，由光功率吸收器(201)、光纤光栅Ⅰ(202)、前向光纤
泵浦光合束器(203)、双包层有源光纤(204)、反向光纤泵浦光合束器(205)、光纤光栅
Ⅱ(206)、信号泵浦激光器(207)、制冷泵浦激光器(208)、输出准直隔离器(209)，其
特征在于：所述的双包层有源光纤(204)的左端和前向光纤泵浦光合束器(203)连接、
右端和反向光纤泵浦光合束器(205)连接；信号泵浦激光器(207)与前向光纤泵浦光合
束器(203)连接，制冷泵浦激光器(208)与反向光纤泵浦光合束器(205)连接，光纤光
栅Ⅰ(202)的右端与前向光纤泵浦光合束器(203)连接、左端与光功率吸收器(201)连
接；光纤光栅Ⅱ(206)左端与反向光纤泵浦光合束器(205)连接，右端与输出准直隔离
器(209)的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种自冷却的光纤激光器，其特征在于：所述的双包层有源
光纤204，由纤芯(2041)、内包层(2042)、外包层(2043)和涂覆层(2044)组成，所述
的纤芯(2041)与涂覆层(2044)之间设有内包层(2042)和外包层(2043)，其纤芯芯径
为8～20微米，内包层(2042)直径为100～400微米。
3.一种如权利要求1所述的自冷却的光纤激光器的制作方法，其特征在于：包括以下
步骤：
1)、双包层有源光纤制作：以氟化物玻璃作为基质，掺杂两种稀土元素制作双包层有
源光纤的预制棒；在纤芯(2041)中掺入第一杂质钕(...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄伟，李丰，张巍巍，
申请(专利权)人：芜湖安瑞激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34