光纤激光器制造技术

实现一种光纤激光器，其降低了发生由TMI引起的光束输出降低的可能性，并且降低了发生受激拉曼散射的可能性。光纤激光器(1)具备：在纤芯中添加有Yb的增益光纤(11)、以及前方激励光源组(15a)，该前方激励光源组(15a)能够生成前方激励光，该前方激励光能够向增益光纤(11)输入并属于976nm频带。增益光纤(11)的将前方激励光入射的端面包含在内的长度为1m的区间(I1)中的前方激励光的吸收量为253W以上且1100W以下。1100W以下。1100W以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光纤激光器


[0001]本专利技术涉及一种光纤激光器，其具有在纤芯中添加有Yb的增益光纤。

技术介绍

[0002]广泛使用的一种光纤激光器采用在纤芯中添加有Yb(镱)的双包层光纤作为增益光纤。玻璃中的Yb将915nm频带及976nm频带作为主要的吸收频带。因此，在上述这种光纤激光器中，采用了如下结构：通过将属于915nm频带或者976nm频带的激励光向增益光纤的包层供给，从而对纤芯中添加的Yb进行激励(向翻转分布状态转变)。为了促进上述这种光纤激光器的高输出化，可以通过提高激励光的功率或者提高Yb的浓度而在增益光纤中进行充分的放大。现有技术文献非专利文献
[0003]非专利文献1:C.Jauregui et al.,"Physical origin of mode instabilities in high
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power fiber laser systems",Opt.Express 20(12)12912
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12925(2012)

技术实现思路

(一)要解决的技术问题
[0004]对于上述这种光纤激光器而言，若提高激励光的功率或者提高Yb的浓度，则会由于发生TMI(Transverse Mode Instability：横模不稳定性)而可能产生如下问题：从光纤激光器输出的激光中包含的高次模光的比例增加，即，从光纤激光器输出的激光的光束输出降低(参照非专利文献1)。另外，如果为了避免光束输出降低而使用将高次模光除去的模式滤波器，则有可能产生从光纤激光器输出的激光的功率降低的问题。
[0005]在此，对于因发生TMI而引起光束输出降低的机制，例如可以进行以下说明。即，在沿纤芯传导的基模与高次模之间发生模间干涉，其结果为，信号光量沿着增益光纤的长度方向在空间上变动。由此，受激发射量沿着增益光纤的长度方向在空间上变动，其结果为，量子缺损引起的发热量沿着增益光纤的长度方向在空间上变动。于是，温度沿着增益光纤的长度方向在空间上变动，其结果为，折射率沿着增益光纤的长度方向在空间上变动。该折射率的变动会促进从基模向高次模的转变，其结果为，导致上述的光束输出降低。
[0006]为了在维持Yb的总量的同时避免TMI引起的光束输出降低，例如可以考虑增长增益光纤的全长。但是若增加增益光纤的全长，则有可能产生如下其他问题：容易发生会导致激励光源故障的受激拉曼散射。
[0007]本专利技术一方式针对上述问题做出，其目的在于，实现一种光纤激光器，降低了发生由TMI引起的光束输出降低的可能性，并且降低了发生受激拉曼散射的可能性。(二)技术方案
[0008]在本专利技术一方式的光纤激光器中，采用如下结构：具备：在纤芯中添加有Yb的增益光纤、以及前方激励光源组，该前方激励光源组能够生成前方激励光，该前方激励光能够向
所述增益光纤输入并属于976nm频带，关于所述增益光纤的将所述前方激励光入射的端面包含在内的长度为1m的区间中的所述前方激励光的吸收量，该区间中的按照∫P(λ)A(λ)dλ计算的所述前方激励光的吸收量为253W以上且1100W以下。
[0009]在此，P(λ)[W]是所述前方激励光的功率谱，A(λ)[％/m]是所述增益光纤的纤芯中添加的Yb的吸收率谱。
[0010]在本专利技术另一方式的光纤激光器中，采用如下结构：具备：在纤芯中添加有Yb的增益光纤、以及前方激励光源组，该前方激励光源组能够生成前方激励光，该前方激励光能够向所述增益光纤输入并属于976nm频带，关于所述增益光纤的将所述前方激励光入射的端面包含在内的长度为1m的区间中的所述前方激励光的吸收量，该区间中的所述前方激励光的吸收量的实测值为253W以上且1100W以下。(三)有益效果
[0011]根据本专利技术一方式，能够实现一种光纤激光器，降低了发生由TMI引起的光束输出降低的可能性，并且降低了发生受激拉曼散射的可能性。
附图说明
[0012]图1是表示本专利技术一实施方式的光纤激光器的结构的框图。图2是针对作为样本准备的多个光纤激光器，表示区间I1中的激励光吸收量与不合格比例的关系的图表。图3是表示Yb的标准吸收量谱[dB/m]的图表。图4是针对作为样本准备的多个光纤激光器，将波长978nm下的增益光纤的每单位长度的激励光吸收量[dB/m]作为横轴、并将来自前方激励光源的前方激励光的吸收量(LDM前方激励光吸收量)作为纵轴，表示合格品与不合格品的分布的图表。图5是对于表8所示的实施例，表示增益光纤的元素浓度分布的图表。图6是对于表8所示的实施例，表示增益光纤的相对折射率分布的图表。图7是对于表8所示的实施例，表示包层吸收量谱的图表。
具体实施方式
[0013](光纤激光器的结构)参照图1对本专利技术一实施方式的光纤激光器1的结构进行说明。图1是表示光纤激光器1的结构的框图。
[0014]如图1所示，光纤激光器1具备：增益光纤11、高反射镜12、低反射镜13、前方激励合并器14a、后方激励合并器14b、前方激励光源组15a、后方激励光源组15b、输入光纤16a、输出光纤16b。
[0015]增益光纤11是具有利用激励光的能量来放大激光的功能的光纤。在本实施方式中，使用Yb添加双包层光纤作为增益光纤11，该Yb添加双包层光纤具有：添加有Yb(镱)的圆柱状的纤芯、包围纤芯且呈圆筒状的内侧包层、以及包围内侧包层且呈圆筒状的外侧包层。此外，内侧包层的剖面形状可以是多边形的形状，也可以是D型的形状。由此，即使在增益光纤11的长度较长的情况下，也不会降低激励光的吸收率而能够高效地吸收激励光。此外，将增益光纤11的折射率分布确定为能够传播一个基模和至少一个高次模。另外，增益光纤11
不含熔接点，且折射率分布及Yb浓度在全长范围相同。由此不会产生连接损失，因此能够在增益光纤11中将总损失抑制为较小。
[0016]在增益光纤11的一个端部连接(在本实施方式中为熔接连接)有高反射镜12。另外，在增益光纤11的另一个端部连接(在本实施方式中为熔接连接)有低反射镜13。在本实施方式中，作为高反射镜12和低反射镜13，使用了FBG(Fiber Bragg Grating：光纤布拉格光栅)。
[0017]在光纤激光器1中，高反射镜12的反射波长频带的至少一部分与低反射镜13的反射波长频带的至少一部分相互重叠。由此，增益光纤11、高反射镜12、以及低反射镜13构成了：使属于这两个反射波长频带重叠部分的波长λ的激光递归地放大的谐振器O。在波长λ下，低反射镜13的反射率(例如为15％以下)比高反射镜12的反射率(例如为95％以上)低。因此，在谐振器O中递归地放大的波长λ的激光主要经由低反射镜13向谐振器O的外部输出。
[0018]前方激励光源组15a包含ma个(ma是任意的自然数)的激励光源。前方激励光源组15a中包含的各激励光源是用于生成属于976nm频带的激励光的结构。在此，976nm频带是指：包含Yb的吸收频带的、967.9nm以上且983.0nm以下的波本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光纤激光器，其特征在于，具备：在纤芯中添加有Yb的增益光纤、以及前方激励光源组，该前方激励光源组能够生成前方激励光，该前方激励光能够向所述增益光纤输入并属于976nm频带，关于所述增益光纤的将所述前方激励光入射的端面包含在内的长度为1m的区间中的所述前方激励光的吸收量，该区间中的按照∫P(λ)A(λ)dλ计算的所述前方激励光的吸收量为253W以上且1100W以下，在此，P(λ)[W]是所述前方激励光的功率谱，A(λ)[％/m]是所述增益光纤的纤芯中添加的Yb的吸收率谱。2.根据权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，所述吸收率谱A(λ)按照A(λ)＝A1(λ)
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A2进行计算，在此，A1(λ)[％/m]是基于波长978nm进行标准化后的Yb的标准吸收率谱，A2[％/m]是所述增益光纤的纤芯中添加的Yb在波长978nm的吸收率。3.根据权利要求1或2所述的光纤激光器，其特征在于，所述区间中的所述前方激励光的吸收量为634W/m以上。4.根据权利要求1～3的任一项所述的光纤激光器，其特征在于，所述前方激励光的总功率为1509W以上。5.根据权利要求1～4的任一项所述的光纤激光器，其特征在于，关于来自所述前方激励光源组的所述前方激励光的吸收量的值，按照∫P(λ)A1(λ)dλ计算的该前方激励光的吸收量的计算值、或者该前方激励光的吸收量的实测值
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A2的值为206W以上且358W以下，波长978nm下的所述增益光纤的每单位长度的激励光吸收量为2.58dB/m以上且3.07dB/m以下，在此，A1(...

【专利技术属性】
技术研发人员：西村亮一，市井健太郎，
申请(专利权)人：株式会社藤仓，
类型：发明
国别省市：