一种共谐振腔的级联泵浦模块及激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种共谐振腔的级联泵浦模块，该泵浦模块包括沿光路方向依次设置的碟片激光器、分光系统、耦合系统(7)、增益物质及反射系统(8)，其中，所述碟片激光器包括泵浦光源、腔镜(2)和有源增益镜(1)；所述泵浦光源用于对所述有源增益镜(1)进行泵浦，产生激光，所述激光被所述分光系统反射，并经耦合系统聚焦耦合进所述增益物质，被所述反射系统(8)反射，所述激光按原光路返回，所述分光系统用于透射需要的激光，反射不需要的激光。本发明专利技术还公开了一种具有所述泵浦模块的激光器。本发明专利技术的共谐振腔的级联泵浦模块，利用碟片激光器腔内产生的激光，多次经过增益光纤，从而使得光纤吸收的泵浦光增加，光转换效率大大提高。

Cascade pumping module and laser of common resonance cavity

The invention discloses a cascade pump module consists of resonant cavity, the pump module includes a disc laser, arranged in sequence along the optical path of the optical system, the coupling system (7), the gain material and reflection system (8), wherein the laser disc comprises a pump light source, mirror (2) and the active gain the mirror (1); the pump source for the active gain mirror (1) of pump laser generated by the laser light reflected by the system, and by focusing the coupling into the system gain material by the reflecting system (8) reflecting the laser according to the original. The optical path for laser transmission need to return, the optical system, laser reflection does not need. The invention also discloses a laser with the pump module. The cascade pumping module of the common resonant cavity of the invention uses the laser generated in the cavity of the disk laser to gain optical fiber many times, thereby increasing the pump light absorbed by the optical fiber and greatly improving the efficiency of the optical conversion.

【技术实现步骤摘要】
一种共谐振腔的级联泵浦模块及激光器
本专利技术属于光电子
，更具体地，涉及一种共谐振腔的级联泵浦模块及激光器。
技术介绍
同带泵浦，又称谐振泵浦，是一种可以极大提高泵浦功率，减小激光系统量子亏损，降低热效应的泵浦方式。目前IPG公司生产的10kw基模光纤激光器，采取的就是同带泵浦方案。现有的同带泵浦方案最大的问题是，泵浦波长并不是在增益物质的吸收峰上，导致增益物质对泵浦光的吸收系数很低。对于光纤激光器来说，目前解决这一问题的办法有：(1)提高掺杂浓度；(2)增加纤芯面积；(3)减小内包层面积。但是随之而来带来的问题在于，提高掺杂浓度容易引入更多杂质，引起浓度淬灭；增加纤芯面积不仅会导致输出激光的模式变差，也会导致纤芯的热透镜效应增加；减小内包层会导致注入泵浦光总功率降低。目前解决上述问题的方法主要有采用大模场面积光纤，以及光子晶体光纤两种方案。专利文献US8953648B2公开了一种光纤激光器的多次泵浦方案，如图1所示。但专利文献US8953648B2公开的多此泵浦方案存在如下缺陷或不足：(1)泵浦光经过光纤后，球面反射镜被反射，再次回到光纤中；当泵浦光从光纤中出射时，是一个环形，会有一部分光经过球面反射镜漏掉，造成损耗；(2)泵浦源采用半导体泵浦，光束质量很差，亮度很低，没办法让更多的泵浦光进入光纤，使得其输出功率有一个上限。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供一种共谐振腔的级联泵浦模块，并提供一种具有所述共谐振腔的级联泵浦模块的激光器，其目的在于利用碟片激光器腔内产生的激光，多次经过增益光纤，从而使得光纤吸收的泵浦光增加，光转换效率大大提高。为了实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种共谐振腔的级联泵浦模块，其特征在于，该泵浦模块包括沿光路方向依次设置的碟片激光器、分光系统、耦合系统、增益物质及反射系统，其中，所述碟片激光器包括泵浦光源、腔镜和有源增益镜；所述泵浦光源用于对所述有源增益镜进行泵浦，以产生激光，所述激光可入射到所述分光系统后被反射至所述耦合系统，该耦合系统用于对所述激光进行聚焦耦合，以对所述增益物质进行增益，增益后的激光入射到所述反射系统中，该反射系统用于对入射的激光进行反射，反射后的激光用于再次进入所述增益物质并被增益，增益后的激光经过所述耦合系统后进入所述分光系统，该分光系统可将不需要的激光分光并反射至所述有源增益镜进行再次泵浦，泵浦产生的激光可再次入射到分光系统中，以此方式实现激光的多次循环泵浦和增益。进一步地，所述碟片激光器为一台或多台。进一步地，所述耦合系统(7)的数量与所述碟片激光器的数量相匹配。进一步地，所述分光系统的数量与所述碟片激光器的数量相匹配。进一步地，所述分光系统为双色镜。进一步地，所述耦合系统(7)为球面透镜或抛物面反射镜。进一步地，所述球面透镜组耦合镜或抛物面反射镜组的口径、焦距与所述增益物质的内包层口径，数值孔径相匹配。按照本专利技术的另一个方面，提供一种具有所述的共谐振腔的级联泵浦模块的激光器。进一步地，所述激光器包括一套、两套或多套所述共谐振腔的级联泵浦模块。进一步地，所述泵浦模块可以沿光路方向对称设置，也可以不对称设置。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术利用碟片激光器腔内产生的激光振荡，多次经过增益光纤，从而使得光纤吸收的泵浦光增加，光光转换效率提高。(2)本专利技术利用碟片激光器腔内产生的激光振荡，多次经过增益光纤，能够充分利用能量，除了激光器本身的损耗以外，不会引入其他损耗。(3)本专利技术可以有效缩短增益光纤的长度，降低光纤激光器内的本征损耗，以及受激拉曼散射效应。(4)本专利技术可以极大提高泵浦光的亮度(光束质量)，因此可以极大增加增益物质中注入泵浦光的总功率，以此提高激光器的输出功率。附图说明图1为现有技术实施例的一种光纤激光器的多次泵浦方案装置示意图；图2为本专利技术实施例的一种共谐振腔的级联泵浦模块涉及的1个碟片，球面透镜组耦合的泵浦装置示意图；图3为本专利技术实施例的一种共谐振腔的级联泵浦模块涉及的2个碟片，球面透镜组耦合的泵浦装置示意图；图4为本专利技术实施例的一种共谐振腔的级联泵浦模块涉及的1个碟片，抛物面反射镜耦合的泵浦装置示意图；图5为本专利技术实施例的一种共谐振腔的级联泵浦模块涉及的2个碟片，抛物面反射镜耦合的泵浦装置示意图；图6为本专利技术实施例的一种共谐振腔的级联泵浦模块数值模拟的结果。图2～图5中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-有源增益镜，2-腔镜，3-第一双色镜，4-抛物面反射镜，5-增益光纤，6-第二双色镜，7-耦合系统，8-反射系统。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术提供了一种共谐振腔的级联泵浦模块，其包括有源增有源增益镜1，腔镜2，第一双色镜3，抛物面反射镜4，增益光纤5，第二双色镜6，耦合系统7以及反射系统8。实施例1图2为本专利技术实施例的一种共谐振腔的级联泵浦模块涉及的1个碟片，球面透镜组耦合的泵浦装置示意图。如图1所示，该光器包括碟片1，反射镜2，第二双色镜6，聚焦镜7，增益光纤5，反射镜8。碟片1的材料选用Yb：YAG晶体，其直径为15mm，厚度为200um，碟片的背面镀高反膜，膜系对应的波长为940nm和1030nm，反射率分别为99.9％和99.9％；反射镜2为1030nm高反镜，反射率为99.9％，曲率半径为2m；双色镜6为1030nm高反、1080nm高透的平面镜，反射率为99.9％，透射率99.9％；聚焦镜7为口径15mm，有效焦距17mm的聚焦透镜；增益光纤5为掺Yb的双包层石英光纤，纤芯直径为20um，内包层平均直径为400um，内包层为正八边形，纤芯的数值孔径为0.06，内包层的数值孔径为0.46，包层泵浦光的吸收系数为0.42dB/m；反射镜8为1030nm和1080nm高反镜，反射率为99.9％。工作时，首先用940nm的泵浦光对碟片1进行泵浦，碟片1的泵浦区域会积累很多的上能级粒子，此时泵浦区域会在各个方向发生自发辐射。把传播方向为反射镜2，双色镜6方向的1030nm的振荡光，通过聚焦透镜7聚焦耦合进增益光纤5，再通过反射镜8把增益光纤没有吸收掉的剩余1030nm的振荡光，按照原路返回至反射镜2。这样，碟片激光器就形成了8—1—2的一个谐振腔；而由于双色镜6对1080nm的激光高透，因此增益光纤会形成光纤端面—反射镜8这样一个谐振腔，而光纤端面是输出面，输出的激光通过双色镜6提取出来。由图2可知，在8—1—2的腔内，腔内形成1030nm的振荡激光不断的在光纤中传输，不停的被光纤吸收，从而使得光纤吸收的泵浦光增加，光光转换效率提高。用表1所示的光纤和碟片激光其进行了数值模拟，结果如图6所示。图6中“*”表示腔内泵浦时，光纤激光器的输出功率，‘O’表示碟片激光其输出镜透过率为10％(最佳透过率10％)时，光纤激光器的输出功率，而两种情况下光纤激光器端面的透过率均为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种共谐振腔的级联泵浦模块，其特征在于，该泵浦模块包括沿光路方向依次设置的碟片激光器、分光系统、耦合系统(7)、增益物质及反射系统(8)，其中，所述碟片激光器包括泵浦光源、腔镜(2)和有源增益镜(1)；所述泵浦光源用于对所述有源增益镜(1)进行泵浦，以产生激光，所述激光可入射到所述分光系统后被反射至所述耦合系统，该耦合系统用于对所述激光进行聚焦耦合，以对所述增益物质进行增益，增益后的激光入射到所述反射系统(8)中，该反射系统(8)用于对入射的激光进行反射，反射后的激光用于再次进入所述增益物质并被增益，增益后的激光经过所述耦合系统后进入所述分光系统，该分光系统可将不需要的激光分光并反射至所述有源增益镜(1)进行再次泵浦，泵浦产生的激光可再次入射到分光系统中，以此方式实现激光的多次循环泵浦和增益。

【技术特征摘要】
1.一种共谐振腔的级联泵浦模块，其特征在于，该泵浦模块包括沿光路方向依次设置的碟片激光器、分光系统、耦合系统(7)、增益物质及反射系统(8)，其中，所述碟片激光器包括泵浦光源、腔镜(2)和有源增益镜(1)；所述泵浦光源用于对所述有源增益镜(1)进行泵浦，以产生激光，所述激光可入射到所述分光系统后被反射至所述耦合系统，该耦合系统用于对所述激光进行聚焦耦合，以对所述增益物质进行增益，增益后的激光入射到所述反射系统(8)中，该反射系统(8)用于对入射的激光进行反射，反射后的激光用于再次进入所述增益物质并被增益，增益后的激光经过所述耦合系统后进入所述分光系统，该分光系统可将不需要的激光分光并反射至所述有源增益镜(1)进行再次泵浦，泵浦产生的激光可再次入射到分光系统中，以此方式实现激光的多次循环泵浦和增益。2.根据权利要求1所述的一种共谐振腔的级联泵浦模块，其特征在于：所述碟片激光器为一台或多台。3.根据权利要求1或2所述的一种共谐振腔的级联泵浦模块，其特征在于：所述耦合系统(7)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱广志，陈永骞，朱晓，王海林，齐丽君，赵文广，曹登，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42