一种增益光纤及高功率激光器制造技术

本发明专利技术涉及光纤激光器领域，具体涉及一种增益光纤及应用其的高功率激光器。所述增益光纤由光纤纤芯与包覆设置于光纤纤芯外部的光纤包层构成，所述光纤包层内部沿信号光传输方向设置至少两段光纤包层光剥除段，所述至少两段光纤包层光剥除段通过激光刻蚀的方式集成于光纤包层中。本发明专利技术所述的增益光纤通过在光纤包层内以激光刻蚀的方式设置多个光纤包层光剥除段，分阶段清除由光纤纤芯进入光纤包层的信号光，并将其反射出增益光纤，可以降低包层信号光对芯区泵浦能量的吸收，增加激光器的效率，提高激光器的输出光束质量。提高激光器的输出光束质量。提高激光器的输出光束质量。

【技术实现步骤摘要】
一种增益光纤及高功率激光器


[0001]本专利技术涉及光纤激光器领域，具体涉及一种用于剥除包层光的增益光纤及应用其的高功率激光器。

技术介绍

[0002]随着光纤激光技术的迅速发展，光纤激光器已应用到社会的各行各业。其中，基于主控振荡器的功率放大器(MOPA)是获得千瓦乃至万瓦级高功率激光的核心技术。其结构如图1所示，包含振荡器1和放大器2两部分。其中振荡器1通过谐振腔产生低功率激光，放大器2负责将低功率激光进行放大，获得高功率激光的输出。如图5所示，当放大器输出功率达到数千瓦乃至万瓦量级时，模式不稳定效应会产生。模式不稳定会导致低阶模式的能量向高阶模转化，而高阶模式在光纤中传输时，极易从纤芯中泄露到包层，随后还会再多次经过芯区被放大吸收能量，最终被剥除器剥除。这部分剥除的高阶模式是导致激光器输出激光功率下降，功率滞涨，效率下降的主要因素。
[0003]目前，常见的抑制模式不稳定的方式是通过放大器增益光纤的弯曲将高阶模式泄露进入包层，从而降低芯区包层光的占比，从而降低低阶模式与高阶模式的耦合系数，提高模式不稳定的阈值。这种直接将高阶信号光辐射进入包层的方式固然在一定程度上提高了模式不稳定阈值，但进入包层的信号光仍然会多次通过芯区被放大，从而造成芯区泵浦能量的浪费。同时，包层的信号光功率随着泄露和放大两方面的影响功率会不断增加，从而影响放大器的输出功率，降低激光的效率。更为严重的是包层信号光和芯区信号光之间仍存在耦合，同样会影响模式不稳定。这种影响虽然小于芯区的影响，但当信号光功率达到万瓦量级时仍不可忽略。如何有效的处理包层中的信号光成为了限制高功率激光器功率功率进一步提升的限制因素之一。目前尚没有相关技术能解决这一问题。

技术实现思路

[0004]基于现有抑制模式不稳定方式中存在的高阶模式无法清除的缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种可以将光纤包层中的信号光剥除的增益光纤，以及可以有效改善增益光纤散热问题的高功率激光器。
[0005]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种增益光纤，由光纤纤芯与包覆设置于光纤纤芯外部的光纤包层构成，所述光纤包层内部沿信号光传输方向设置至少两段光纤包层光剥除段，所述至少两段光纤包层光剥除段通过激光刻蚀的方式集成于光纤包层中。
[0006]作为优选，所述至少两段光纤包层光剥除段以等间距的方式设置于光纤包层内。
[0007]作为优选，所述至少两段光纤包层光剥除段沿信号光传输方向以密度逐渐递增的方式设置。
[0008]进一步地，所述激光刻蚀为紫外激光刻蚀。
[0009]进一步地，所述光纤包层光剥除段为紫外激光按照0
°‑
180
°
的反射角在光纤包层
内刻蚀的折射率周期变化的微反射结构。
[0010]本专利技术还提供了一种高功率激光器，所述激光器由振荡器和放大器组成；所述放大器中设有上述方案中的任一增益光纤，所述增益光纤一端与第二合束器相连接，另一端与泵浦光剥除器相连接。
[0011]作为优选，所述增益光纤弯曲设置。
[0012]作为优选，所述放大器还包括冷凝套管，所述冷凝套管上设有光纤引入口和光纤引出口，所述增益光纤由光纤引入口引入冷凝套管内部，并由光纤引出口引出，所述冷凝套管与增益光纤之间形成密闭的储水腔，所述冷凝套管上分别设有循环水进水口和循环水出水口。
[0013]作为优选，所述冷凝套管上的光纤引入口和光纤引出口与增益光纤之间通过光学胶密封。
[0014]本专利技术同现有技术相比具有以下优点及效果：
[0015]1、本专利技术所述的增益光纤通过在光纤包层内通过激光刻蚀的方式设置多个光纤包层光剥除段，分阶段清除由光纤纤芯进入光纤包层的信号光，并将其反射出增益光纤，其一方面可以降低包层信号光对芯区泵浦能量的吸收，增加激光器的效率；另一方面，包层信号光的减少，也降低了其与光纤芯区低阶模式的耦合作用，从而提高了模式不稳定阈值，可增加激光器的输出功率上限，提高激光器的输出光束质量。
[0016]2、本专利技术所述的增益光纤通过将至少两个光纤包层光剥除段进行等间距设置或沿光传播方向以密度递增的方式设置，可以实现逐步均匀的剥离包层信号光，避免了包层中滤除的包层光过于集中，出现过热点，保证光纤的可靠性。
[0017]3、本专利技术所述的高功率激光器将增益光纤浸泡于由冷凝套管构成的密封储水腔内，可以有效解决高功率激光放大器中，增益光纤的散热问题，继而实现增益光纤的质量性能稳定及使用寿命的提高；另一方面，所述密封储水腔内冷却液的循环流动还可以有效分散包层光产生的热效应，避免光纤包层出现局部过热的问题。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1为现有基于主控振荡器的高功率激光器(MOPA)的结构示意图。
[0020]图2为本专利技术实施例所述基于主控振荡器的高功率激光器(MOPA)的结构示意图。
[0021]图3为本专利技术实施例1所述增益光纤结构示意图。
[0022]图4为所述增益光纤外部设置冷凝套管的结构示意图。
[0023]图5为现有高功率激光放大器中增益光纤包层和芯区激光传输原理示意图。
[0024]图6为本专利技术实施例所述光纤包层光剥除段反射原理示意图。
[0025]标号说明：振荡器1；放大器2；第一泵浦源11；第一合束器12；光栅13、振荡器增益光纤14；第二泵浦源21；第二合束器22；增益光纤23；泵浦光剥除器24；QBH接头25；光纤纤芯231；光纤包层232；光纤包层光剥除段233；冷凝套管3；循环水进水口31；循环水出水口32。
具体实施方式
[0026]下面结合实施例对本专利技术做进一步的详细说明，以下实施例是对本专利技术的解释而本专利技术并不局限于以下实施例。
[0027]实施例1：
[0028]如图3所示，一种增益光纤，由光纤纤芯231与包覆设置于光纤纤芯231外部的光纤包层232构成，所述光纤包层232内部沿信号光传输方向设置至少两段光纤包层光剥除段233，所述至少两段光纤包层光剥除段233通过紫外激光刻蚀的方式集成于光纤包层232中，所述至少两段光纤包层光剥除段233以等间距排列的方式设置于光纤包层232内。
[0029]具体地，在本实施例1中，所述光纤包层光剥除段233为紫外激光按照0
°‑
180
°
的反射角在光纤包层232内刻蚀的折射率周期变化的微反射结构。
[0030]实施例2：
[0031]如图3所示，一种增益光纤，与实施例1的区别在于，所述至少两段光纤包层光剥除段233沿信号光传输方向以密度逐渐递增的方式设置，以实现逐步均匀地剥除光纤包层232内的包层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增益光纤，由光纤纤芯与包覆设置于光纤纤芯外部的光纤包层构成，其特征在于，所述光纤包层内部沿信号光传输方向设置至少两段光纤包层光剥除段，所述至少两段光纤包层光剥除段通过激光刻蚀的方式集成于光纤包层中。2.根据权利要求1所述的增益光纤，其特征在于，所述至少两段光纤包层光剥除段以等间距的方式设置于光纤包层内。3.根据权利要求1所述的增益光纤，其特征在于，所述至少两段光纤包层光剥除段沿信号光传输方向以密度逐渐递增的方式设置。4.根据权利要求2或3所述的增益光纤，其特征在于，所述激光刻蚀为紫外激光刻蚀。5.根据权利要求4所述的增益光纤，其特征在于，所述光纤包层光剥除段为紫外激光按照0
°‑
180
°
的反射角在光纤包层内刻蚀的折...

【专利技术属性】
技术研发人员：于振华，赵坡，廉昊童，陈延振，
申请(专利权)人：北京东方锐镭科技有限公司，
类型：发明
国别省市：