高功率光纤激光器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种高功率光纤激光器，包括种子光源、一个或多个泵浦光源、有源增益光纤以及功率放大单元。功率放大单元主要由外环体、内环体、环盖组成，外环体、内环体及环盖之间形成有密闭空间，在外环体、内环体及环盖内壁上镀有对泵浦光全反射的膜，有源光纤绕设在内环体上，其一端通过有源光纤导入孔与种子光源尾纤相熔接，另一端通过有源光纤导出孔露设在功率放大单元外部，泵浦光源的尾纤通过对应的穿孔固定设置在环盖上，通过将增益光纤设置在密闭空间内，泵浦光在封闭面内发生多次无规则反射折射，其光路经过纤芯的部分，能量被吸收，产生增益作用以达到光信号输出放大的目的。制成工艺较简单，成本较低，激光器的转换效率较高。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种激光器，尤其是光纤激光器。
技术介绍
现有光纤激光器结构多如图1所示，其主要由种子光源10、一个或多个泵浦光源20、合束器30、双包层有源增益光纤40以及剥离器50组成，双包层有源增益光纤40形成绕环。在工作状态下，种子光源10发出的信号光A和泵浦光源20发出的泵浦光B通过合束器30被引入至双包层增益光纤40，双包层增益光纤40的纤芯截面一般是不规则形状，不是圆形。信号光A在纤芯401里折射行进，泵浦光B在内包层402和纤芯401里折射行进，多次穿过纤芯，如图2所示。穿过纤芯的泵浦光在纤芯中造成粒子数反转，泵浦光能被吸收，在信号光光子的激励下释放出与信号光一样的光子，使信号光得以放大最终形成功率输出；多余的泵浦光通过剥除器50剥除。该种结构的光纤激光器工艺复杂，制成成本较高。而且泵浦光最终只有50%左右被吸收，多余的光能就通过剥除器以热的形式散发浪费掉了。
技术实现思路
本技术目的是为了克服现有技术的不足而制成工艺简单、结构紧凑的光纤激光器。为达到上述目的，本技术采用的技术方案是:一种高功率光纤激光器，包括种子光源、至少一个泵浦光源、单包层有源增益光纤以及功率放大单元，所述的功率放大单元主要由外环体、与外环体同轴设置的内环体、固定设置在外环体与内环体两端的环盖组成，所述的外环体、内环体及环盖之间形成有密闭空间，在所形成密闭空间的外环体、内环体及环盖内壁上镀有对泵浦光全反射的膜，所述的环盖上开设有与所述泵浦光源数目相对应的穿孔，所述的外环体上开设有有源光纤导入导出孔，所述的有源光纤绕设在所述的内环体上，其一端通过有源光纤导入孔与所述的种子光源尾纤相熔接，另一端通过有源光纤导出孔露设在功率放大单元外部，所述的泵浦光源的尾纤通过对应的穿孔固定设置在环盖上。工作状态下，所述的种子光源的信号光进入有源增益光纤的纤芯，所述的泵浦光源的泵浦光在密闭空间的反射折射下进入有源增益光纤纤芯，其能量被信号光吸收从而实现信号光的放大输出。对上述技术方案所作的进一步优化和变换方式包括:所述的功率放大单元的密闭空间为真空状态。或者所述的功率放大单元的密闭空间内填充有低折射率、高热稳性、高透明度和高热导率的胶体。所述的泵浦光源的尾纤端面镀有抗反膜。所述的密封空间形状为环柱形、棱柱形、碟形、球形中的一种。所述的外环体及内环体上设置或形成有散热片。所述环盖的穿孔为斜孔，所述的泵浦光源尾纤通过胶水密封设置在所述的穿孔中。由于上述技术方案运用，本技术与现有技术相比具有下列优点:本技术通过将增益光纤设置在密闭空间内，泵浦光在封闭面内发生多次无规则反射折射，其光路经过纤芯的部分，能量被吸收，产生增益作用以达到光信号输出放大的目的。没有被增益介质吸收的光继续在封闭面内无规则行进，再次经过纤芯，直到被彻底吸收或者以热效应形式散发。与现有技术相比，其省去了合束器和剥离器，以及若干熔接步骤。因此，制成工艺较简单，成本得以降低，而且激光器的转换效率得到较大的提高。附图说明附图1为现有光纤激光器的组成结构示意图；附图2为现有光纤激光器光路示意图；附图3为本技术光纤激光器整体结构示意图；附图4为图3所示光纤激光器爆炸图；其中:1、种子光源；2、泵浦光源；3、有源光纤；4、功率放大单元；41、外环体；411、有源光纤导出孔；42、内环体；43、环盖；431、穿孔；10、种子光源；20、泵浦光源；30、合束器；40、有源增益光纤；50、剥离器。具体实施方式下面将结合附图对本技术优选实施方案进行详细说明:如图3和图4所示的光纤激光器，其包括种子光源1、一个或多个泵浦光源2、单包层有源增益光纤3以及功率放大单元4。本实施例中，种子光源1、泵浦光源2以及单包层有源增益光纤3均采用常规器件，在此对其结构不在赘述。下面将对本技术的关键专利技术点功率放大单元作详细说明:所述的功率放大单元4主要由外环体41、与外环体41同轴设置的内环体42、固定设置在外环体41与内环体42两端的环盖43组成。本实施例中，内环体42呈圆柱形，有源增益光纤3盘绕在内环体42的圆柱上，环盖43由上环盖和下环盖组成，其将外环体41与内环体42密封住，从而在环盖43、外环体41与内环体42之间形成密闭空间，且在三者的内壁上镀有对泵浦光全反射的膜。封闭空间内可以抽成真空，或者填充低折射率、高热稳性、高透明度和热导率的胶质，又或者就是封闭一段洁净的空气。在环盖43上开设有与泵浦光源2数目相对应的穿孔431，也可以多留有预备孔。本实施例中，穿孔431为四个，为减少反射回来的泵浦光，穿孔431为斜孔，泵浦光源2尾纤通过胶水密封设置在对应的穿孔431中。且泵浦光源2的尾纤端面镀有抗反膜。在外环体41上开设有有源光纤导出孔411，有源增益光纤3绕设在内环体42上，其一端通过有源光纤导入孔411与种子光源I尾纤相熔接，另一端通过有源光纤导出孔411露设在功率放大单元4外部。由于泵浦光不可能全部被有源光纤吸收，多余的能力最终转化为热，并最终散发到环境中，因此，为了更好的散热，外环体41及内环42上可设置或形成有散热片(图中未显示)。上述对本实施例光纤激光器结构进行了说明，其工作原理为:种子光源I的信号光和泵浦光源2的泵浦光进入密闭空间，种子光源发出的信号光在螺旋形的有源光纤的纤芯内行进，泵浦光在密闭空间的反射折射下进入有源增益光纤3的纤芯，其光纤透过纤芯时能量被信号光吸收，信号光被放大，经放大的信号光最后经有源光纤的尾端输出，出射光就是高功率的激光。上述实施例只为说明本技术的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本技术的内容并据以实施，并不能以此限制本技术的保护范围，如密封空间形状还可以为棱柱形、碟形或球形，泵浦光不仅可以从顶面投射入封闭空间，也可在外环体上开设穿孔从侧面投射入封闭空间，凡根据本技术精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高功率光纤激光器，包括种子光源（1）、至少一个泵浦光源(2)、有源增益光纤(3)以及功率放大单元(4)，其特征在于：所述的有源增益光纤是单包层的，所述的功率放大单元(4)主要由外环体（41）、与外环体（41）同轴设置的内环体（42）、固定设置在外环体（41）与内环体（42）两端的环盖（43）组成，所述的外环体（41）、内环体（42）及环盖（43）之间形成一个密闭空间，在所形成密闭空间的外环体（41）、内环体（42）及环盖（43）内壁上镀有对泵浦光全反射的膜，所述的环盖（43）上开设有与所述泵浦光源（2）数目相对应的穿孔（431），所述的外环体（41）上开设有有源光纤导入导出孔（411），所述的有源光纤（3）绕设在所述的内环体（42）上，其一端通过有源光纤导入孔与所述的种子光源（1）尾纤相熔接，另一端通过有源光纤导出孔露设在功率放大单元（4）外部，所述的泵浦光源（2）的尾纤通过对应的穿孔（431）固定设置在环盖（43）上，工作状态下，所述的种子光源（1）的信号光进入有源增益光纤（3）的纤芯，所述的泵浦光源（2）的泵浦光在密闭空间内无规则反射折射，部分透过有源增益光纤（3）纤芯，其能量被信号光吸收从而实现信号光的放大输出。...

【技术特征摘要】
1.一种高功率光纤激光器，包括种子光源(I)、至少一个泵浦光源(2)、有源增益光纤(3)以及功率放大单元(4)，其特征在于:所述的有源增益光纤是单包层的，所述的功率放大单元(4)主要由外环体(41)、与外环体(41)同轴设置的内环体(42)、固定设置在外环体(41)与内环体(42)两端的环盖(43)组成，所述的外环体(41)、内环体(42)及环盖(43)之间形成一个密闭空间，在所形成密闭空间的外环体(41)、内环体(42)及环盖(43)内壁上镀有对泵浦光全反射的膜，所述的环盖(43)上开设有与所述泵浦光源(2)数目相对应的穿孔(431)，所述的外环体(41)上开设有有源光纤导入导出孔(411)，所述的有源光纤(3)绕设在所述的内环体(42)上，其一端通过有源光纤导入孔与所述的种子光源(I)尾纤相熔接，另一端通过有源光纤导出孔露设在功率放大单元(4)外部，所述的泵浦光源(2)的尾纤通过对应的穿孔(431)固定设置在环盖(43)上，工作状态下，所述的种子光源(I)的信号光进入有...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，赵青春，
申请(专利权)人：广东高聚激光有限公司，
类型：实用新型
国别省市：