具有抗纤芯拉曼回光功能的光纤激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种具有抗纤芯拉曼回光功能的光纤激光器，包括依次连接的指示激光器、第一拉曼隔离单元、光纤振荡器谐振腔、第二拉曼隔离单元和QBH输出光纤，第一拉曼隔离单元包括第一拉曼倾斜光栅，第二拉曼隔离单元包括第二拉曼倾斜光栅，第一拉曼倾斜光栅的长周期端指向光纤振荡器谐振腔的输入光纤，第二拉曼倾斜光栅的长周期端指向光纤振荡器谐振腔的输出光纤。采用本发明专利技术设计的光纤激光器，可以实现将外部产生的纤芯拉曼回光在进入光纤振荡器谐振腔之前被滤除，有效的避免纤芯拉曼回光对光纤激光器的损坏，达到保护激光器内部器件和使激光器在加工材料的过程中输出功率稳定的效果，特别适合高反射率材料的工业激光加工。

【技术实现步骤摘要】
具有抗纤芯拉曼回光功能的光纤激光器
本专利技术属于激光
，涉及一种光纤激光器，尤其涉及一种具有抗纤芯拉曼回光功能的光纤激光器。
技术介绍
光纤激光具有高效率、高光束质量、高紧凑度等优点，被广泛应用于现代高科技工业加工技术中。目前，工业材料加工主要采用高功率多模激光。相比于多模光纤激光，高功率单模光纤激光具有更高的光束质量，在一些需要极高亮度的材料加工应用中，如远程加工、精细加工以及加工高反射率材料(铜，铝等)时具有更大的优势，因此，申请人致力于在该新的领域进行开发研究。申请人在研究高功率单模光纤激光加工过程中发现，将高功率单模光纤激光用于材料加工面临着新的挑战，即材料表面产生的反射光将从输出端帽进入单模光纤激光器的输出光纤中。这些反射光可以进一步被分为两种成分：(1)进入光纤激光器输出光纤包层中的反射光(以下简称包层回光)；(2)进入输出光纤纤芯中的反射光(以下简称纤芯回光，包括信号光波段纤芯回光以及纤芯拉曼回光)。包层回光可以采用传统的包层光滤除器滤除，因此包层回光对单模光纤激光器的影响较小。信号光波段纤芯回光由于功率远低于输出激光功率，不会影响谐振腔内的激光增益竞争过程，对激光器的影响可以忽略。纤芯拉曼回光在经过QBH输出光纤(即带激光输出端帽的光纤，常规器件，QBH全称quartzbulkhead，即激光输出端帽)和光纤激光器谐振腔时，QBH输出光纤和谐振腔内的激光功率会因为受激拉曼散射效应转换为纤芯拉曼回光，导致输出激光功率降低，纤芯拉曼回光功率提升，而过强的纤芯拉曼回光则会导致激光器内部器件损坏。因此，如何避免高功率单模光纤激光器被纤芯拉曼回光损坏，是高功率单模光纤激光用于材料加工的重要挑战。纤芯拉曼回光由输出激光中的拉曼光经加工材料反射后形成，因此降低输出激光中的拉曼光功率则可以有效抑制纤芯拉曼回光。虽然在现有技术中，公开号为CN109217098A的中国专利文献给出了一种抑制高功率光纤振荡器中受激拉曼散射效应的方法，其特点是在光纤振荡器的谐振腔内部加入拉曼光倾斜光栅，滤除光纤振荡器内部产生的拉曼光，减少振荡器内产生的拉曼光，进而减少在输出激光中的拉曼光。但是，该专利文献给出的技术仅适用不需要长距离QBH输出光纤的应用场景中，如定向能武器系统(激光作用于远距离目标，回光可以忽略)，却不适用于需要长距离QBH输出光纤的高功率激光工业加工中。这是由于配备长距离QBH输出光纤的高功率单模工业激光器的输出激光中的拉曼光有两方面来源，一是来自光纤振荡器、二是来自QBH输出光纤。前者是由于高功率光纤振荡器腔内信号光功率超过受激拉曼散射效应阈值而产生的拉曼激光，后者则是高功率激光在QBH传输光纤中长距离传输而触发受激拉曼散射效应，输出激光转换为拉曼光所致。因此，专利文献CN109217098A中的技术不能减少QBH输出光纤中产生的拉曼光，而这部分拉曼光同样可以通过材料端面反射，转换为纤芯拉曼回光，返回至高功率光纤激光器内部，进而导致激光器内部器件损坏。申请人申请的CN108054624B的中国专利文献给出了一种具有抗纤芯反射光功能的光纤激光器，其特点是通过采用后向泵浦，减少振荡器内部产生的拉曼光，进而减少输出激光中的拉曼光，达到减少纤芯拉曼回光的目的；再通过降低合束器反向传输插损和失配熔接，保证纤芯拉曼回光顺利通过泵浦信号合束器，再通过失配熔接，将纤芯拉曼回光耦合至内包层，通过包层光滤除器滤除，达到保护指示光源的目的。该方法从抑制拉曼光产生和拉曼光疏导两个方面，避免了激光器因为纤芯拉曼回光而损坏。但是纤芯拉曼回光仍然通过了光纤振荡器谐振腔内部的增益光纤，这会导致输出激光功率因受激拉曼散射效应转换为纤芯拉曼回光功率，进而引起激光器功率不稳定，使得材料加工效果出现波动。综上可知，高功率单模光纤激光的工业加工尚属于新兴领域，还需要大量的开发探索研究。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种具有抗纤芯拉曼回光功能的光纤激光器，通过在光纤振荡器谐振腔外侧分别熔接拉曼隔离单元，实现将外部产生的纤芯拉曼回光在进入光纤振荡器谐振腔之前被滤除，达到保护激光器内部器件和使激光器在加工材料的过程中输出功率稳定的效果。采用本专利技术设计的光纤激光器，在纤芯拉曼回光功率较强的情况下，也可以实现激光器安全运行和输出功率稳定，实现稳定的材料加工效果，更适用高反射率材料的激光加工。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案。一种具有抗纤芯拉曼回光功能的光纤激光器，包括依次连接的指示激光器、第一拉曼隔离单元、光纤振荡器谐振腔、第二拉曼隔离单元和QBH输出光纤，所述第一拉曼隔离单元包括第一拉曼倾斜光栅，所述第二拉曼隔离单元包括第二拉曼倾斜光栅，所述第一拉曼倾斜光栅的长周期端指向所述光纤振荡器谐振腔的输入光纤，所述第二拉曼倾斜光栅的长周期端指向所述光纤振荡器谐振腔的输出光纤。上述的具有抗纤芯拉曼回光功能的光纤激光器，优选的，所述第一拉曼隔离单元还包括第一双包层光纤，所述第一拉曼倾斜光栅刻写于所述第一双包层光纤的纤芯中，所述第一拉曼倾斜光栅为啁啾型双包层光纤光栅；所述第二拉曼隔离单元还包括第二双包层光纤，所述第二拉曼倾斜光栅刻写在所述第二双包层光纤的纤芯中，所述第二拉曼倾斜光栅为啁啾型双包层光纤光栅。上述的具有抗纤芯拉曼回光功能的光纤激光器，优选的，所述第一拉曼倾斜光栅将所述指示激光器向所述光纤振荡器谐振腔传输的第一纤芯拉曼回光反射至所述第一双包层光纤的内包层之中，所述第一拉曼倾斜光栅的中心波长与所述光纤振荡器谐振腔的信号光的一级受激拉曼散射光的中心波长相等，所述第一拉曼倾斜光栅的反射率大于99％，3dB带宽≥5nm。上述的具有抗纤芯拉曼回光功能的光纤激光器，优选的，所述第二拉曼倾斜光栅将所述QBH输出光纤向所述光纤振荡器谐振腔传输的第二纤芯拉曼回光反射至所述第二双包层光纤的内包层之中，所述第二拉曼倾斜光栅的中心波长与所述光纤振荡器谐振腔的信号光的一级受激拉曼散射光的中心波长相等，所述第二拉曼倾斜光栅的反射率大于99％，3dB带宽≥5nm。上述的具有抗纤芯拉曼回光功能的光纤激光器，优选的，所述光纤振荡器谐振腔的输入光纤为第三双包层光纤，所述第三双包层光纤与所述第一双包层光纤分别在纤芯直径、纤芯数值孔径、内包层外径、内包层数值孔径上对应相等，所述纤芯直径均为10μm～20μm，所述纤芯数值孔径均为0.06～0.075，所述内包层外径均为250μm～400μm，所述内包层数值孔径均为0.44～0.46。也就是说，所述第三双包层光纤与所述第一双包层光纤的纤芯直径相等，所述第三双包层光纤与所述第一双包层光纤的纤芯数值孔径相等，所述第三双包层光纤与所述第一双包层光纤的内包层外径相等，所述第三双包层光纤与所述第一双包层光纤的内包层数值孔径相等。上述的具有抗纤芯拉曼回光功能的光纤激光器，优选的，所述光纤振荡器谐振腔的输出光纤为第四双包层光纤，所述QBH输出光纤为第五双包层光纤，所述第四双包层光纤、所述第二双包层光纤和所述第五双包层光纤分别在纤芯直径、纤芯数值孔径、内包层外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有抗纤芯拉曼回光功能的光纤激光器，其特征在于，包括依次连接的指示激光器(1)、第一拉曼隔离单元(2)、光纤振荡器谐振腔(3)、第二拉曼隔离单元(4)和QBH输出光纤(5)，所述第一拉曼隔离单元(2)包括第一拉曼倾斜光栅(21)，所述第二拉曼隔离单元(4)包括第二拉曼倾斜光栅(41)，所述第一拉曼倾斜光栅(21)的长周期端指向所述光纤振荡器谐振腔(3)的输入光纤，所述第二拉曼倾斜光栅(41)的长周期端指向所述光纤振荡器谐振腔(3)的输出光纤。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有抗纤芯拉曼回光功能的光纤激光器，其特征在于，包括依次连接的指示激光器(1)、第一拉曼隔离单元(2)、光纤振荡器谐振腔(3)、第二拉曼隔离单元(4)和QBH输出光纤(5)，所述第一拉曼隔离单元(2)包括第一拉曼倾斜光栅(21)，所述第二拉曼隔离单元(4)包括第二拉曼倾斜光栅(41)，所述第一拉曼倾斜光栅(21)的长周期端指向所述光纤振荡器谐振腔(3)的输入光纤，所述第二拉曼倾斜光栅(41)的长周期端指向所述光纤振荡器谐振腔(3)的输出光纤。


2.根据权利要求1所述的具有抗纤芯拉曼回光功能的光纤激光器，其特征在于，所述第一拉曼隔离单元(2)还包括第一双包层光纤，所述第一拉曼倾斜光栅(21)刻写于所述第一双包层光纤的纤芯中，所述第一拉曼倾斜光栅(21)为啁啾型双包层光纤光栅；所述第二拉曼隔离单元(4)还包括第二双包层光纤，所述第二拉曼倾斜光栅(41)刻写在所述第二双包层光纤的纤芯中，所述第二拉曼倾斜光栅(41)为啁啾型双包层光纤光栅。


3.根据权利要求2所述的具有抗纤芯拉曼回光功能的光纤激光器，其特征在于，所述第一拉曼倾斜光栅(21)将所述指示激光器(1)向所述光纤振荡器谐振腔(3)传输的第一纤芯拉曼回光(71)反射至所述第一双包层光纤的内包层之中，所述第一拉曼倾斜光栅(21)的中心波长与所述光纤振荡器谐振腔(3)的信号光的一级受激拉曼散射光的中心波长相等，所述第一拉曼倾斜光栅(21)的反射率大于99％，3dB带宽≥5nm。


4.根据权利要求3所述的具有抗纤芯拉曼回光功能的光纤激光器，其特征在于，所述第二拉曼倾斜光栅(41)将所述QBH输出光纤(5)向所述光纤振荡器谐振腔(3)传输的第二纤芯拉曼回光(72)反射至所述第二双包层光纤的内包层之中，所述第二拉曼倾斜光栅(41)的中心波长与所述光纤振荡器谐振腔(3)的信号光的一级受激拉曼散射光的中心波长相等，所述第二拉曼倾斜光栅(41)的反射率大于99％，3dB带宽≥5nm。


5.根据权利要求2～4中任一项所述的具有抗纤芯拉曼回光功能的光纤激光器，其特征在于，所述光纤振荡器谐振腔(3)的输...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭少锋，
申请(专利权)人：长沙大科激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43