一种基于非相干组束的光纤激光器系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种基于非相干组束的光纤激光器系统，包括沿光路依次设置的光纤激光器阵列、透镜、第一光栅和输出耦合镜，其中，光纤激光器阵列包括若干并列排布的光纤激光器，每个光纤激光器包括双包层有源光纤、第一泵浦源、第一泵浦源输入光纤、第二泵浦源、第二泵浦源输入光纤、第二光栅、第三光栅和包层光剥离器。该光纤激光器阵列包括若干并列排布的光纤激光器，且光纤激光器采用双泵浦结构，可以实现较高功率的输出，进而提高非相干光组束的效率，从而提高组束后输出的光束功率和质量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于非相干组束的光纤激光器系统
本技术属于光纤和激光
，具体涉及一种基于非相干组束的光纤激光器系统。
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。激光组束是目前国际上激光
的研究热点，其目的是将多束激光组合成一束输出，是大幅提升激光输出功率和亮度的有效手段。利用组束技术对光纤激光器阵列的输出进行合成，未来可获得几十至几百kW的输出功率，将其作为激光系统的光源，可大大增加激光系统的紧凑性和灵活性，增大激光系统的实用性。激光组束技术可分为相干组束和非相干组束两大类。相干组束要求所有阵元输出光束的波长和偏振方向一致，并且需要对每路光束的相位进行严格的检测和控制，实现起来比较困难。而非相干组束对各阵元输出光束的偏振方向和相位没有限制，只要求其波长处于组束元件的频谱范围内，实现功率的标量叠加，组束方法结构简单、系统稳定且易于控制；然而，现有激光器阵列输出功率较低，导致非相干光组束效率较低，导致组束后输出的光束功率和质量均较低。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本技术提供了一种基于非相干组束的光纤激光器系统。本技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：本技术实施例提供了一种基于非相干组束的光纤激光器系统，包括沿光路依次设置的光纤激光器阵列、透镜、第一光栅和输出耦合镜，其中，所述光纤激光器阵列包括若干并列排布的光纤激光器，每个所述光纤激光器包括双包层有源光纤、第一泵浦源、第一泵浦源输入光纤、第二泵浦源、第二泵浦源输入光纤、第二光栅、第三光栅和包层光剥离器；所述双包层有源光纤由内至外依次包括掺杂纤芯、内包层和外包层，且所述内包层中设置有泵浦纤芯，所述双包层有源光纤的一端连接第二光栅，所述双包层有源光纤的另一端连接第三光栅，所述包层光剥离器设置在所述双包层有源光纤的中部；所述第一泵浦源的输出端连接所述第一泵浦源输入光纤的输入端，所述第一泵浦源输入光纤的输出端连接所述泵浦纤芯的一端；所述第二泵浦源的输出端连接所述第二泵浦源输入光纤的输入端，所述第二泵浦源输入光纤的输出端连接所述泵浦纤芯的另一端。在本技术的一个实施例中，所述掺杂纤芯的折射率随着掺杂纤芯半径的增加而逐渐减小。在本技术的一个实施例中，所述第一泵浦源采用多泵浦源泵浦结构。在本技术的一个实施例中，所述第二泵浦源采用多泵浦源泵浦结构。在本技术的一个实施例中，所述透镜的焦距为5～20cm。在本技术的一个实施例中，所述第一光栅的光栅周期为2～5μm，光栅频率为200mm-1～400mm-1，光栅厚度为2～4mm。与现有技术相比，本技术的有益效果：本技术的光纤激光器阵列包括若干并列排布的光纤激光器，且光纤激光器采用双泵浦结构，可以实现较高功率的输出，进而提高非相干光组束的效率，从而提高组束后输出的光束功率和质量。附图说明图1为本技术实施例提供的一种基于非相干组束的光纤激光器系统的结构示意图；图2为本技术提供的一种光纤激光器的结构示意图；图3为本技术实施例提供的一种双包层有源光纤的结构示意图；图4a～4c为本技术实施例提供的三种多泵浦源的结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本技术做进一步详细的描述，但本技术的实施方式不限于此。实施例一请参见图1，图1为本技术实施例提供的一种基于非相干组束的光纤激光器系统的结构示意图。该光纤激光器系统包括光纤激光器阵列1、透镜2、第一光栅3和输出耦合镜4，其中，光纤激光器阵列1、透镜2、第一光栅3和输出耦合镜4依次沿光路设置。具体地，透镜2为双凸透镜，光纤激光器阵列1可以设置在透镜2的前焦平面上，透镜2将光纤激光器阵列1发出的激光束组进行聚焦。第一光栅3可以设置在透镜2的后焦平面上，第一光栅3用于对透镜2聚焦后的激光组束进行折射或衍射。进一步地，第一光栅3可以为反射型光栅，此时输出耦合镜4设置在第一光栅3的光线经反射后的一侧；第一光栅3也可以为透射型光栅，此时输出耦合镜4设置在光线经透射后的一侧。输出耦合镜4可以为部分反射镜，其与光束入射方向垂直设置，光线垂直入射时的反射率可以为5％～30％。上述光纤激光器系统的工作过程为：光纤激光器阵列1发射出多束发散的激光束组，经过透镜2聚焦后，各个光纤激光器的光束以不同的角度入射第一光栅3，其中中心光束以布拉格角入射，经第一光栅3反射或者衍射的光束具有相同的反射角或衍射角，并且垂直入射到输出耦合镜4；输出耦合镜4具有反馈作用，其与光纤激光器阵列1之间形成谐振腔，光束在该谐振腔之前进行反射振荡得以放大，从而输出激光光束。在一个具体实施例中，透镜2的焦距为5～20cm。优选的，透镜2的焦距为5cm，此时，透镜对光束的聚焦效果较好，光纤激光器系统的耦合效率较高。在一个具体实施例中，第一光栅3的光栅周期为2～5μm，光栅频率为200mm-1～400mm-1，光栅厚度为2～4mm。优选的，第一光栅3的光栅周期为5μm，光栅厚度为4mm，光栅频率为200mm-1，此时，光栅对光束的衍射效率越高，光纤激光器系统的耦合效率较高，而且光栅的制作工艺条件合适，容易制作得到光栅。进一步地，请参见图2，图2为本技术提供的一种光纤激光器的结构示意图。该光纤激光器阵列1包括若干并列排布的光纤激光器11，其中，每个光纤激光器11包括双包层有源光纤111、第一泵浦源112、第一泵浦源输入光纤113、第二泵浦源114、第二泵浦源输入光纤115、第二光栅116、第三光栅117和包层光剥离器118。具体地，双包层有源光纤111的一端连接第二光栅116，另一端连接第三光栅117，第二光栅116和第三光栅117形成了谐振腔。第二光栅116为高反射率光栅，其反射率可以大于99％，第三光栅117为低反射率光栅，其反射率可以大于95％，以获得较高的光学增益和较低的噪声增益。包层光剥离器118设置在双包层有源光纤111的中部；包层光剥离器的承受信号光功率大于500W，可剥除泵浦功率大于50W。第一泵浦源112的输出端连接第一泵浦源输入光纤113的输入端，第一泵浦源输入光纤113的输出端连接至第二光栅116一侧的双包层有源光纤111。第二泵浦源114的输出端连接第二泵浦源输入光纤115的输入端，第二泵浦源输入光纤115的输出端连接至第三光栅117一侧的双包层有源光纤111。上述第一泵浦源112、第一泵浦源输入光纤113依次是指正向泵浦源、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于非相干组束的光纤激光器系统，其特征在于，包括沿光路依次设置的光纤激光器阵列、透镜、第一光栅和输出耦合镜，其中，所述光纤激光器阵列包括若干并列排布的光纤激光器，每个所述光纤激光器包括双包层有源光纤、第一泵浦源、第一泵浦源输入光纤、第二泵浦源、第二泵浦源输入光纤、第二光栅、第三光栅和包层光剥离器；/n所述双包层有源光纤由内至外依次包括掺杂纤芯、内包层和外包层，且所述内包层中设置有泵浦纤芯，所述双包层有源光纤的一端连接第二光栅，所述双包层有源光纤的另一端连接第三光栅，所述包层光剥离器设置在所述双包层有源光纤的中部；/n所述第一泵浦源的输出端连接所述第一泵浦源输入光纤的输入端，所述第一泵浦源输入光纤的输出端连接所述泵浦纤芯的一端；/n所述第二泵浦源的输出端连接所述第二泵浦源输入光纤的输入端，所述第二泵浦源输入光纤的输出端连接所述泵浦纤芯的另一端。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于非相干组束的光纤激光器系统，其特征在于，包括沿光路依次设置的光纤激光器阵列、透镜、第一光栅和输出耦合镜，其中，所述光纤激光器阵列包括若干并列排布的光纤激光器，每个所述光纤激光器包括双包层有源光纤、第一泵浦源、第一泵浦源输入光纤、第二泵浦源、第二泵浦源输入光纤、第二光栅、第三光栅和包层光剥离器；
所述双包层有源光纤由内至外依次包括掺杂纤芯、内包层和外包层，且所述内包层中设置有泵浦纤芯，所述双包层有源光纤的一端连接第二光栅，所述双包层有源光纤的另一端连接第三光栅，所述包层光剥离器设置在所述双包层有源光纤的中部；
所述第一泵浦源的输出端连接所述第一泵浦源输入光纤的输入端，所述第一泵浦源输入光纤的输出端连接所述泵浦纤芯的一端；
所述第二泵浦源的输出端连接所述第二泵浦源输入光纤的输入端，所述第二泵浦源输入光纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡学昱，黄培培，解放，涂志鹏，汪焰恩，
申请(专利权)人：中国人民解放军第四军医大学，
类型：新型
国别省市：陕西;61