小型化高功率掺铥光纤激光器整机系统技术方案

一种小型化高功率掺铥光纤激光器整机系统，属于激光器技术领域，包括由上至下依次放置的光纤激光器模块、水冷模块和电控模块；光纤激光器模块，包括光纤无源器件、有源器件构成的光纤激光器模块按序分布在激光器上层；电控模块，含有电源器件和泵浦源安装在激光器下层，通过水冷模块对上下层进行共同散热；同时采用增益光纤盘与水冷板一体式加工设计，增益光纤产生的热量可直接传导至水冷模块，增强光纤散热能力，热管理更加集中高效。本实用新型专利技术具有模块化设计、光学器件和电学器件分离、安装简单、体积小、便携性强和稳定性好等特点。便携性强和稳定性好等特点。便携性强和稳定性好等特点。

【技术实现步骤摘要】
小型化高功率掺铥光纤激光器整机系统


[0001]本技术涉及光纤激光器整机系统，具体涉及一种小型化高功率掺铥光纤激光器整机系统。

技术介绍

[0002]2μm波段激光处于大气光学窗口并具有人眼安全等优点，因此，在激光测距、激光遥感、激光医疗和光电对抗等领域具有广泛的市场需求和重要的应用前景。同时，该波段激光器还是3～5μm宽带可调谐中红外光学参量振荡器的重要泵浦源。目前，2μm波段激光源主要有掺铥、掺钬以及铥钬共掺的光纤激光器与固体激光器。其中，掺铥光纤激光器由于结构紧凑、散热效果好、光束质量高等优点而广受关注。相比于传统的激光系统，光纤激光器具有可实现基模光输出，光束质量好；结构紧凑，易于实现小型化；环境适应力强；表面积/体积比大，容易散热，实现高功率输出等优点。
[0003]铥离子在790nm波段存在强吸收，而该波段的高功率半导体激光器发展已比较成熟，可将其用作掺铥光纤激光器的泵浦源。但790nm波段作为泵浦源会存在大量的量子亏损，导致热效应严重，制约着高功率掺铥光纤激光器的发展。
[0004]目前市面上商用化和产品化的高功率掺铥光纤激光器需要大体积的散热装置，便携性差，外观尺寸不能满足小型紧凑化的需求。并且，光纤激光器的小型化、集成化和模块化成为一个重要的发展趋势。
[0005]综上，针对目前现有掺铥光纤激光器体积尺寸较大，提出一种可产生高功率掺铥光纤激光器整机系统设计，具有很大的应用价值和市场前景。

技术实现思路

[0006]为解决上述现有掺铥光纤激光器整机系统的缺点，本技术提出一种小型化高功率掺铥光纤激光器整机系统，通过对激光器、电控设备的特殊设计，实现小型化高功率，能够在激光测距、激光遥感、激光医疗和光电对抗等领域得到广泛应用。
[0007]本技术的技术方案如下:
[0008]一种小型化高功率掺铥光纤激光器整机系统，其特点在于，包括由上至下依次放置的光纤激光器模块、水冷模块和电控模块；
[0009]所述的水冷模块，用于分别对所述的光纤激光器模块和电控模块散热；该水冷模块的内部设有M型的水道，该M型的水道一端为进水口15，另一端为出水口16；
[0010]所述的光纤激光器模块，包括N
×
1合束器、高反光纤布拉格光栅、增益光纤盘、低反光纤布拉格光、包层光滤除器、准直透镜和吸收盒；所述增益光纤盘内设有弯曲半径和U型槽道，该U型槽道的一端为入纤口，另一端为出纤口；所述的高反光纤布拉格光栅、低反光纤布拉格光和包层光滤除器位于所述进水口一侧，所述的N
×
1合束器1位于所述出水口一侧；
[0011]所述电控模块，包括集成电路元件和N
‑
1个泵浦源；
[0012]N
‑
1个泵浦源的尾纤分别与所述的合束器的N
‑
1输入泵浦臂相连，该合束器的输出臂与高反光纤布拉格光栅连接后，由增益光纤盘的入纤口进入并顺时针环绕增益光纤盘，至出纤口伸出，顺时针方向依次环绕连接低反光纤布拉格光、包层光滤除器和准直透镜；所述的吸收盒与所述的合束器的第N输入泵浦臂相连，用于吸收反向光。
[0013]优选的，所述的水冷模块上表面设有供所述合束器、高反光纤布拉格光栅、增益光纤盘、低反光纤布拉格光、包层光滤除器、准直透镜和吸收盒嵌入固定的凹槽。
[0014]优选的，所述高反光纤布拉格光栅、低反光纤布拉格光和包层光滤除器紧挨依次放置在水冷模块的进水口一侧，增益光纤盘位于中间，合束器位于水冷模块的出水口一侧。
[0015]进一步，本技术小型化高功率掺铥光纤激光器整机系统，还包括上盖板和下盖板，所述上盖板安装在所述光纤激光器模块顶面，所述下盖板安装在所述电控模块底面。
[0016]所述电控模块还设有停按钮、指示灯、上位机连接的串口、电源接口、光电二极管及供泵浦源的尾纤伸出的通孔。
[0017]所述光电二极管用于检测所述光纤激光器模块的光强，进而实现熔断保护。
[0018]优选的，所述吸收盒由至少2个吸收单元构成，其中一个作为备用件，2个吸收单元呈对角分布所述光纤激光器模块的任一两端，确保整体光路方向为顺时针。
[0019]优选的，所述的增益光纤盘所盘绕的光纤为掺铥光纤。
[0020]优选的，所述的泵浦源为工作波长为790nm的半导体激光二极管。
[0021]优选的，所述的高反光纤布拉格光栅和低反光纤布拉格光栅均为啁啾光栅。
[0022]优选的，所述N≤7。
[0023]与现有技术相比，本技术的有益效果是：
[0024]1、采用增益光纤盘与水冷模块一体式设计，使增益光纤充分散热，散热效率集中，避免掺铥光纤量子亏损导致的光斑抖动和效率下降，更能避免高功率下增益光纤烧毁的风险；
[0025]2、本技术光纤无源器件、有源器件构成的激光器模块按序分布，与水冷模块的水道对应，便于对激光器整机系统集中散热，确保良好散热效果的同时，优化体积，实现小型化。
[0026]3、本技术中，光纤激光器系统所用器件均为全光纤结构，结构简单，易于集成。
[0027]4、本技术具有模块化设计、光学器件和电学器件分离，避免相互干扰，结构紧凑(宽度可缩小至200厘米以内，厚度不超过50厘米)、环境适应力强、散热集中、便携性强和稳定性好等特点。
[0028]5、本技术可以实现高功率1.9
‑
2μm激光输出，可做为 Ho:YLF/Ho:YAP/Ho:YAG等晶体泵浦源，用于产生中红外激光。在激光测距、激光遥感、激光医疗和光电对抗等领域具有广泛的市场需求和重要的应用前景。
附图说明
[0029]图1为本技术高功率掺铥光纤激光器整机系统中激光器模块实施例的俯视图；
[0030]图2为本技术高功率掺铥光纤激光器整机系统实施例的剖面示意图；
[0031]图3为本技术高功率掺铥光纤激光器整机系统中电控模块实施例的仰视图；
[0032]图4为技术高功率掺铥光纤激光器整机系统中水冷模块水道分布图；
[0033]图5为技术高功率掺铥光纤激光器整机系统实施例的俯视图；
[0034]图6为技术高功率掺铥光纤激光器整机系统实施例的仰视图；
[0035]图中：合束器1、高反光纤布拉格光栅2、增益光纤盘3入纤口31、增益光纤盘出纤口32、低反光纤布拉格光5、包层光滤除器6、准直透镜7、吸收盒、通孔 8、急停按钮9、指示灯10、上位机连接的串口11、电源接口12、光电二极管 13、集成电路元件14、进水口15、出水口16、N个泵浦源17、上盖板18、下盖板19。
具体实施方式
[0036]为了使本
的人员更好地理解本技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小型化高功率掺铥光纤激光器整机系统，其特征在于，包括由上至下依次放置的光纤激光器模块、水冷模块和电控模块；所述的水冷模块，用于分别对所述的光纤激光器模块和电控模块散热；该水冷模块的内部设有呈M型的水道，该水道的M型一端为进水口，另一端为出水口；所述的光纤激光器模块，包括N
×
1合束器、高反光纤布拉格光栅、增益光纤盘、低反光纤布拉格光、包层光滤除器、准直透镜和吸收盒；所述增益光纤盘内设有弯曲半径和U型的槽道，该槽道的U型一端为入纤口，另一端为出纤口；所述的高反光纤布拉格光栅、低反光纤布拉格光和包层光滤除器位于所述进水口一侧，所述的N
×
1合束器位于所述出水口一侧；所述电控模块，包括集成电路元件和N
‑
1个泵浦源；N
‑
1个泵浦源的尾纤分别与所述的合束器的N
‑
1输入泵浦臂相连，该合束器的输出臂与高反光纤布拉格光栅连接后，由增益光纤盘的入纤口进入，顺时针方向环绕所述的增益光纤盘后，由出纤口伸出；以顺时针方向依次环绕连接低反光纤布拉格光、包层光滤除器和准直透镜；所述的吸收盒与所述的合束器的第N输入泵浦臂相连，用于吸收反向光。2.根据权利要求1所述的小型化高功率掺铥光纤激光器整机系统，其特征在于，所述的水冷模块上表面设有所述合束器、高反光纤布拉格光栅、增益光纤盘、低反光纤布拉格光、包层光滤除器、准直透镜和吸收盒嵌入固...

【专利技术属性】
技术研发人员：余婷，贺振兴，叶锡生，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：新型
国别省市：