一种基于组束技术的大功率光纤激光器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于组束技术的大功率光纤激光器，包括沿光路依次设置的光纤激光器阵列、光纤头阵列、透镜、第一光栅、第二光栅、平面镜和输出耦合镜，其中，光纤激光器阵列通过光纤与光纤头阵列一一对应连接，光纤头阵列由多根单模光纤排列构成，多根单模光纤彼此相邻且呈二维分布。该光纤激光器将单模光纤头设置为二维分布的形式，相邻单模光纤头可以在空间上发生光束叠加，从而提高光纤头阵列的输出功率，提高光纤激光组束的输出功率，提高光纤激光组束的输出亮度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于组束技术的大功率光纤激光器
本技术属于光纤和激光
，具体涉及一种基于组束技术的大功率光纤激光器。
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。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。目前，如何提高光纤激光组束的输出功率和激光亮度仍是亟待解决的问题。
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组束技术的大功率光纤激光器。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组束技术的大功率光纤激光器，包括沿光路依次设置的光纤激光器阵列、光纤头阵列、透镜、第一光栅、第二光栅、平面镜和输出耦合镜，其中，所述光纤激光器阵列通过光纤与所述光纤头阵列一一对应连接，所述光纤头阵列由多根单模光纤排列构成，多根所述单模光纤彼此相邻且呈二维分布，且所述光纤头阵列设置在所述透镜的前焦平面上；所述第一光栅设置在所述透镜的后焦点之前，用于接收并反射所述透镜的主光轴下半部分输出的光束，形成第一光束；所述平面镜设置在所述第一光栅上且与所述第一光栅之间相交，用于接收并反射所述第一光束，形成第二光束；所述第二光栅与所述第一光栅呈交叉状态且设置在所述平面镜的反射面一侧，用于接收并反射所述透镜的主光轴上半部分输出的光束，形成第三光束，所述第三光束与所述第二光束平行；所述输出耦合镜设置在所述第二光束和所述第三光束的光路上，用于对所述第二光束和所述第三光束进行耦合，并输出耦合后的光束。在本技术的一个实施例中，多根所述单模光纤呈圆盘分布并且相互紧靠。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，所述光纤激光器阵列包括若干并列排布的双向泵浦激光器，所述双向泵浦激光器包括：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、第一光栅和第二光栅，其中，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一光栅，所述双包层有源光纤的另一端连接第二光栅；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，所述双向泵浦激光器还包括包层光剥离器，所述包层光剥离器设置在所述双包层有源光纤的中部。与现有技术相比，本技术的有益效果：本技术将单模光纤头设置为二维分布的形式，相邻单模光纤头可以在空间上发生光束叠加，从而提高光纤头阵列的输出功率，提高光纤激光组束的输出功率，提高光纤激光组束的输出亮度。附图说明图1为本技术提供的一种基于组束技术的大功率光纤激光器；图2为本技术实施例提供的一种多根单模光纤分布的结构示意图；图3为本技术实施例提供的一种双向泵浦激光器的结构示意图；图4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。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为本技术提供的一种基于组束技术的大功率光纤激光器。该基于组束技术的大功率光纤激光器包括：沿光路依次设置的光纤激光器阵列1、光纤头阵列2、透镜3、第一光栅4、第二光栅5、平面镜6和输出耦合镜7。具体地，光纤激光器阵列1通过光纤与光纤头阵列2一一对应连接，光纤头阵列2由多根单模光纤21排列构成，多根单模光纤21彼此相邻且呈二维分布，且光纤头阵列2设置在透镜3的前焦平面上。第一光栅4设置在透镜3的后焦点之前，用于接收并反射透镜3的主光轴下半部分输出的光束，形成第一光束。平面镜6设置在第一光栅4上且与第一光栅4之间相交，用于接收并反射第一光束，形成第二光束。第二光栅5与第一光栅4呈交叉状态，用于接收并反射透镜3的主光轴上半部分输出的光束，形成第三光束，第三光束与第二光束平行。输出耦合镜7设置在第二光束和所述第三光束的光路上，用于对第二光束和第三光束进行耦合，并输出耦合后的光束。本实施例将单模光纤头设置为二维分布的形式，相邻单模光纤头可以在空间上发生光束叠加，从而提高光纤头阵列的输出功率，提高光纤激光组束的输出功率，提高光纤激光组束的输出亮度。在一个具体实施例中，多根单模光纤21呈圆盘分布并且相互紧靠。具体地，请参见图2，图2为本技术实施例提供的一种多根单模光纤分布的结构示意图。图2中，单模光纤的数量为7根，其中一根光纤位于圆盘的中心，剩余6根光纤均匀分布在中心光纤周围，并且均与中心光纤紧密接触，这6根光纤中相邻两根光纤彼此紧靠。本实施例中，将多根单模光纤21设置为圆盘分布且相互紧靠的形式，可以使得多根单模光纤输出的光束最大程度在空间上发生叠加，大幅度提高光纤头阵列的输出功率，进而提高光纤激光组束的输出功率，同时提高光纤激光组束的输出亮度。在一个具体实施例中，透镜3为双凸透镜，用于将光纤头阵列2输出的激光束组进行聚焦。透镜3的焦距可以为5～20cm，优选的为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4和第二光栅5可以采用相同的结构，其光栅周期均为2～5μm，光栅频率均为200mm-1～400mm-1，光栅厚度均为2～4mm。本实施例中，第一光栅和第二光栅采用相同的结构，使得第一光栅和第二光栅的衍射效率相同，得到相当的激光光束，有利于输出耦合镜对光束的耦合。在一个具体实施例中，输出耦合镜7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％。上述基于组束技术的大功率光纤激光器的工作过程为：光纤激光器阵列1发射出多束发散的激光束组，激光束组经由光纤头阵列2输出，由于光纤头阵列2呈圆盘状，因此，各激光束组在空间上发生叠加，叠加后的激光束组一部分照射至透镜3主光轴的上半部分(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于组束技术的大功率光纤激光器，其特征在于，包括沿光路依次设置的光纤激光器阵列、光纤头阵列、透镜、第一光栅、第二光栅、平面镜和输出耦合镜，其中，/n所述光纤激光器阵列通过光纤与所述光纤头阵列一一对应连接，所述光纤头阵列由多根单模光纤排列构成，多根所述单模光纤彼此相邻且呈二维分布，且所述光纤头阵列设置在所述透镜的前焦平面上；/n所述第一光栅设置在所述透镜的后焦点之前，用于接收并反射所述透镜的主光轴下半部分输出的光束，形成第一光束；/n所述平面镜设置在所述第一光栅上且与所述第一光栅之间相交，用于接收并反射所述第一光束，形成第二光束；/n所述第二光栅与所述第一光栅呈交叉状态且设置在所述平面镜的反射面一侧，用于接收并反射所述透镜的主光轴上半部分输出的光束，形成第三光束，所述第三光束与所述第二光束平行；/n所述输出耦合镜设置在所述第二光束和所述第三光束的光路上，用于对所述第二光束和所述第三光束进行耦合，并输出耦合后的光束。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于组束技术的大功率光纤激光器，其特征在于，包括沿光路依次设置的光纤激光器阵列、光纤头阵列、透镜、第一光栅、第二光栅、平面镜和输出耦合镜，其中，
所述光纤激光器阵列通过光纤与所述光纤头阵列一一对应连接，所述光纤头阵列由多根单模光纤排列构成，多根所述单模光纤彼此相邻且呈二维分布，且所述光纤头阵列设置在所述透镜的前焦平面上；
所述第一光栅设置在所述透镜的后焦点之前，用于接收并反射所述透镜的主光轴下半部分输出的光束，形成第一光束；
所述平面镜设置在所述第一光栅上且与所述第一光栅之间相交，用于接收并反射所述第一光束，形成第二光束；
所述第二光栅与所述第一光栅呈交叉状态且设置在所述平面镜的反射面一侧，用于接收并反射所述透镜的主光轴上半部分输出的光束，形成第三光束，所述第三光束与所述第二光束平行；
所述输出耦合镜设置在所述第二光束和所述第三光束的光路上，用于对所述第二光束和所述第三光束进行耦合，并输出耦合后的光束。


2.如权利要求1所述的基于组束技术的大功率光纤激光器，其特征在于，多根所述单模光纤呈圆盘分布并且相互紧靠。


3.如权利要求1所述的基于组束技术的大功率光纤激光...

【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