一种基于非相干合束的高能量纳秒脉冲全光纤激光器制造技术

本实用新型专利技术涉及光纤和激光技术领域，具体是基于非相干合束的高能量纳秒脉冲全光纤激光器，其特征在于它包括纳秒脉冲种子激光、光纤分束器、光纤放大器、同步光路、光纤合束器和激光输出头，所述纳秒脉冲种子激光的输出端与光纤分束器的输入端连接，光纤分束器各分路输出端分别设有相对应的光纤放大器，光纤分束器对纳秒脉冲种子激光所发出的光信号进行分路后，分别对光纤分束器的各分路光信号进行放大，光纤分束器各分路输出端分别与相对应的光纤放大器的输入端相连，各光纤放大器的输出端分别经同步光路与光纤合束器输入端相连，光纤合束器的输出端与激光输出头连接，具有平均功率高、脉冲能量大、体积小、易维护、稳定可靠等优点。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及光纤和激光
，具体的是一种基于非相干合束的高能量高平均功率纳秒脉冲全光纤激光器。
技术介绍
光纤激光器/放大器是以掺杂稀土元素的光纤为增益介质的激光器/放大器，通过掺杂不同的稀土元素，如饵（Er），镒（Yb），铥（Tm），钬（Ho），钕（Nd）等，光纤激光器/放大器的工作波段覆盖了从紫外到中红外。与其他激光器/放大器相比，光纤激光器/放大器具有能量转化率高、输出光束质量好、结构紧凑稳定、无需光路调整、散热性能好、寿命长和无需维护等鲜明特点，因此得到快速发展以及广泛地应用。近年来，高功率纳秒脉冲全光纤激光器被广泛应用于激光打标、激光雕刻领域，此类激光器的输出功率一般处于几十瓦量级，脉冲能量在一两个毫焦量级。激光清洗用激光器的平均功率一般需要几百瓦量级，尤其是脉冲能量需要达到十毫焦以上，甚至是五十毫焦以上。因此现有的高功率纳秒脉冲全光纤激光器产品无法应用于市场巨大的激光清洗行业。基于非相干合束技术对多束纳秒脉冲全光纤激光进行合束实现平均功率达到千瓦量级、脉冲能量达到百毫焦量级的全光纤激光器具有重大意义。
技术实现思路
为了解决现有技术中的不足，本技术旨在提供一种平均功率达到千瓦量级、脉冲能量达到百毫焦量级的高能量、高平均功率的纳秒脉冲全光纤激光器。为了实现上述功能，本技术将通过以下技术方案加以实现：一种基于非相干合束的高能量纳秒脉冲全光纤激光器，其特征在于设有纳秒脉冲种子激光、光纤分束器、光纤放大器、同步光路、光纤合束器和激光输出头，所述纳秒脉冲种子激光的输出端与光纤分束器的输入端连接，光纤分束器设有不少于2个分路输出端，光纤分束器各分路输出端分别设有相对应的光纤放大器，光纤分束器对纳秒脉冲种子激光所发出的光信号进行分路后，分别对光纤分束器的各分路光信号进行放大，光纤分束器各分路输出端分别与相对应的光纤放大器的输入端相连，各光纤放大器的输出端分别经同步光路与光纤合束器输入端相连，光纤合束器的输出端与激光输出头连接。本技术所述纳秒脉冲种子激光可以是一种主动调Q光纤激光器，也可以是其他可以提供纳秒激光脉冲的激光器，比如可以是光纤耦合的增益开关型脉冲半导体激光器，或者是一种电流调制型的蝶形半导体激光器，当纳秒脉冲种子激光为一种主动调Q光纤激光器时，它纳秒脉冲种子激光是一种主动调Q光纤激光器，该主动调Q光纤激光器包括第一半导体泵浦激光、光纤泵浦信号合束器、第一双包层掺镱光纤、高反光纤光栅、光纤耦合声光调制器、低反光纤光栅和第一光纤隔离器，其中第一半导体泵浦激光与光纤泵浦信号合束器的泵浦端连接，光纤泵浦信号合束器的信号输入光纤端面进行斜切，光纤泵浦信号合束器的信号输出光纤与高反光纤光栅一端相连接，高反光纤光栅另一端与第一双包层掺镱光纤一端连接，第一双包层掺镱光纤另一端与光纤耦合声光调制器连接，光纤耦合声光调制器输出光纤与低反光纤光栅连接，低反光纤光栅另一端与第一光纤隔离器的输入光纤焊接；当纳秒脉冲种子激光是一种电流调制型的蝶形半导体激光器，包括脉冲电流驱动器、光纤耦合蝶形半导体激光器、输出光纤和第二光纤隔离器，光纤耦合蝶形半导体激光器经脉冲电流驱动器驱动后，输出1微米波段激光，光纤耦合蝶形半导体激光器经输出光纤与第二光纤隔离器的输入端连接。纳秒脉冲种子激光可以输出的重复频率几千赫兹到几百千赫兹，脉冲宽度从几十纳秒到几百纳秒的脉冲激光。本技术所述光纤放大器由光纤放大级组成，光纤放大级采用的是前向泵浦的方式，也可以采用后向泵浦的方式；光纤放大级包括第二光纤泵浦信号合束器、第二半导体泵浦激光、第二双包层掺镱光纤和第三光纤隔离器，第二光纤泵浦信号合束器的泵浦端接第二半导体泵浦激光，第二光纤泵浦信号合束器的输出端与第二双包层掺镱光纤一端相连，第二双包层掺镱光纤另一端与第三光纤隔离器相连。本技术所述光纤放大器至少包括两个光纤放大级，光纤放大器3并不限于两级光纤放大级，可以增加光纤放大级以实现更高功率、更高能量的激光。其中，对于相邻的光纤放大级，前一个光纤放大级第三光纤隔离器的输出端与后一个光纤放大级第二光纤泵浦信号合束器的输入端相连；第一个光纤放大级的第二光纤泵浦信号合束器的输入端与纳秒脉冲种子激光输出端相连，最后一个光纤放大级的第三光纤隔离器的输出端与同步光路相连。光纤放大器由两个光纤放大级组成，其中第一个光纤放大级包括：一个第二光纤泵浦信号合束器（3-2），第二光纤泵浦信号合束器的信号端接光纤分束器2的输出端，第二光纤泵浦信号合束器的泵浦端接第二半导体泵浦激光（3-1），第二光纤泵浦信号合束器的输出端与第二双包层掺镱光纤（3-3）相连，第二双包层掺镱光纤另一端与第三光纤隔离器（3-4）相连。第二个光纤放大级包括：一个第二光纤泵浦信号合束器（3-6），第二光纤泵浦信号合束器的信号端接第一个光纤放大级的第三光纤隔离器（3-4）的输出端，第二光纤泵浦信号合束器的泵浦端接第二半导体泵浦激光（3-5），第二光纤泵浦信号合束器的输出端与第二双包层掺镱光纤（3-7）相连，第二双包层掺镱光纤另一端与第三光纤隔离器（3-8）相连。其中光纤放大器3的第一个光纤放大级中，采用的第二半导体泵浦激光（3-1）为光纤耦合多模半导体激光器，工作波长位于915nm，输出光纤为105μm/125μm光纤，纤芯NA为0.22，输出功率约20W。采用的第二光纤泵浦信号合束器（3-2）为（2+1）×1光纤泵浦信号合束器，第二双包层掺镱光纤（3-3），的芯径/内包层为20μm/130μm，纤芯NA为0.08，对915nm处激光的吸收系数约为3dB/m。所属光纤放大器3的第二个光纤放大级中，采用的第二半导体泵浦激光（3-5）为光纤耦合多模半导体激光器，工作波长位于915nm，输出光纤为105μm/125μm光纤，纤芯NA为0.22，输出功率约30W。采用的光纤泵浦信号合束器（3-6）为（18+1）×1光纤泵浦信号合束器，第二双包层掺镱光纤（3-7），的芯径/内包层为50μm/400μm，纤芯NA为0.08，对915nm处激光的吸收系数约为2dB/m。本技术所述同步光路4是无源光纤，通过改变无源光纤的长度，对七路激光进行时域同步。本技术所述光纤分束器的输入端与纳秒脉冲种子源的光纤隔离器（1-7）的输出端连接，光纤分束器将纳秒脉冲分为N（N>2）束，光纤分束器可以为一个（1×N）光纤分束器，也可以为由多个分束器组成。例如，当需要用光纤分束器将纳秒脉冲分为7束时，可以采用一个（1×7）光纤分束器，也可以将一个（1×3）光纤分束器和一个（1×4）光纤分束器采用配合。本技术光纤合束器为一个N×1光纤激光合束器，可以将N路激光合束进一根光纤。本技术所述激光输出头6为石英玻璃端帽，呈8度以上倾斜角并在端面镀有抑制自激振荡的信号光防反射膜。传统的纳秒脉冲激光器，由于受到非线性效应、能量存储等因素的限制，脉冲能量一般在十几毫焦量级，平均功率在两三百瓦量级，这极大地限制了脉冲光纤激光器在激光清洗等领域的应用。本技术通过激光合束技术将几路纳秒脉冲光纤激光进行合束，得到平均功率达到千瓦量级、脉冲能量达到百毫焦量级的纳秒脉冲光纤激光器；同时整个系统实现了全光纤化，具备平均功率高、脉冲能量大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于非相干合束的高能量纳秒脉冲全光纤激光器，其特征在于设有纳秒脉冲种子激光、光纤分束器、光纤放大器、同步光路、光纤合束器和激光输出头，所述纳秒脉冲种子激光的输出端与光纤分束器的输入端连接，光纤分束器设有不少于2个分路输出端，光纤分束器各分路输出端分别设有相对应的光纤放大器，分别对光纤分束器的各分路光信号进行放大，光纤分束器各分路输出端分别与相对应的光纤放大器的输入端相连，各光纤放大器的输出端分别经同步光路与光纤合束器输入端相连，光纤合束器的输出端与激光输出头连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于非相干合束的高能量纳秒脉冲全光纤激光器，其特征在于设有纳秒脉冲种子激光、光纤分束器、光纤放大器、同步光路、光纤合束器和激光输出头，所述纳秒脉冲种子激光的输出端与光纤分束器的输入端连接，光纤分束器设有不少于2个分路输出端，光纤分束器各分路输出端分别设有相对应的光纤放大器，分别对光纤分束器的各分路光信号进行放大，光纤分束器各分路输出端分别与相对应的光纤放大器的输入端相连，各光纤放大器的输出端分别经同步光路与光纤合束器输入端相连，光纤合束器的输出端与激光输出头连接。2.根据权利要求1所述一种基于非相干合束的高能量纳秒脉冲全光纤激光器，其特征在于纳秒脉冲种子激光是一种主动调Q光纤激光器，该主动调Q光纤激光器包括第一半导体泵浦激光、光纤泵浦信号合束器、第一双包层掺镱光纤、高反光纤光栅、光纤耦合声光调制器、低反光纤光栅和第一光纤隔离器，其中第一半导体泵浦激光与光纤泵浦信号合束器的泵浦端连接，光纤泵浦信号合束器的信号输入光纤端面进行斜切，光纤泵浦信号合束器的信号输出光纤与高反光纤光栅一端相连接，高反光纤光栅另一端与第一双包层掺镱光纤一端连接，第一双包层掺镱光纤另一端与光纤耦合声光调制器连接，光纤耦合声光调制器输出光纤与低反光纤光栅连接，低反光纤光栅另一端与第一光纤隔离器的输入光纤焊接在一起。3.根据权利要求1所述一种基于非相干合束的高能量纳秒脉冲全光纤激光器，其特征在于纳秒脉冲种子激光是一种电流调制型的蝶形半导体激光器，包括脉冲电流驱动器、光纤耦合蝶形半导体激光器、输出光纤和第二光纤隔离器，光纤耦合蝶形半导体激光器经脉冲电流驱动器驱动后，输出1微米波段激光，光纤耦合蝶形半导体激光器经输出光纤与第二光纤隔离器的输入端连接。4.根据权利要求1所述一种基于非相干合束的高能量纳秒脉冲全光纤激光器，其特征在于光纤放大器由光纤放大级组成，光纤放大级包括第二光纤泵浦信号合束器、第二半导体泵浦激光、第二双包层掺镱光纤和第三光纤隔离器，第二光纤泵浦信号合束器的泵浦端接第二半导体泵浦激光，第二光纤泵浦信号合束器的输出端与第二双包层掺镱光纤一端相连，第二双包层掺镱光纤另一端与第三光纤隔离器相连。5.根据权利要求4所述一种基于非相干合束的高能量纳秒脉冲全光纤激光器，其特征在于光纤放大器至少包括两个光纤放大级，其中，对于相邻的光纤放大级，前一个光纤放大级第三光纤隔离器的输出端与后一个光纤放大级第二光纤泵浦信号合束器的输...

【专利技术属性】
技术研发人员：史伟，房强，
申请(专利权)人：山东海富光子科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：山东;37