本发明是集成高功率全光纤激光器，属于激光领域，尤其属于高功率全光纤激光器领域。
背景技术：
高功率全光纤激光器由于光束质量好、转换效率高，散热性好等诸多的优异特性，近年来在工业加工、国防军事、医疗等领域的受到广泛应用。随着高功率光纤激光器应用领域的不断拓展，对光纤激光器的输出功率和光束质量的要求越来越高。如汽车、飞机、大型船舶的制造业中，对厚金属板的激光成型、焊接和切割等加工，需要光纤激光器的输出功率达到千瓦级乃至万瓦级。
但是在高功率光纤激光器的制造中，受高功率光纤器件承受能力、熔接点的处理工艺、高亮度泵浦源功率水平、整体集成度等因素制约，目前商业化单纤光纤激光器的功率水平在千瓦量级。目前只有少数公司可以的生产2kw及以上的商业化光纤激光器，只有少数国外公司掌握着高功率全光纤器件的制备技术，如加拿大itf公司。也只有少数国外公司掌握这高功率高性能光纤的制备技术，如nufern，coractive公司。
而高功率全光纤激光器的制备都是由增益光纤和各全光纤器件熔接而成整体结构，其中全光纤器件种类较多，包括光纤光栅，合束器，包层光滤除器，高功率端帽等。而目前商业化的高功率全光纤器件都是相对分立制作和出售，在制作高功率光纤激光器时各个器件之间需要熔接连接，这样在一个高功率光纤系统中，包含谐振腔和多个放大级，那么包含的熔点就很多，在千瓦级以上的高功率光纤激光器中，各个熔点的发热都需要进行冷却装置保护。并且各全光纤器件的尾纤都在1～2m的长度，且在选择器件的时候需要考虑各器件尾纤数值孔径和纤径的匹配性。这样既增加了光纤激光器的传输光纤的长度，又降低非线性效应的阈值，又使得光纤激光器的集成度降低，同时熔点熔接需要比较高的工艺水平，完成纤芯和纤径精细对齐。并且各个全光纤器件在高功率光纤 激光器都要设计相对应的冷却保护装置，增加高功率全光纤激光器的体积。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种集成高功率全光纤激光器，以解决技术背景中存在的问题以及目前高功率全光纤器件存在的技术缺陷。
一种集成高功率全光纤激光器，其特征在于，
第一全光纤器件1的左端与第一增益光纤51的上端通过第一熔点61相连接；
第一增益光纤51的下端与第二全光纤器件2的左端通过第二熔点62相连接；
第二全光纤器件2的右端与第二增益光纤52的上端通过第三熔点63相连接；
第二增益光纤52的下端与第三全光纤器件3的右端通过第四熔点64相连接；
第三全光纤器件3的左端与第三增益光纤53的右端通过第五熔点65相连接；
第三增益光纤53的左端与第四全光纤器件4的右端通过第六熔点66相连接。
所述的第一全光纤器件1，包括第一光纤光栅11和第一泵浦合束器12，以及第一泵浦合束器12的多个泵浦臂；
所述的第二全光纤器件2，包括第二光纤光栅21和第二泵浦合束器22，以及第二泵浦合束器22的多个泵浦臂；还包括第一包层光滤除器24、第三泵浦合束器23，以及第三泵浦合束器23的多个泵浦臂。
所述的第三全光纤器件3，包括第四泵浦合束器31，以及第四泵浦合束器31的多个泵浦臂；还包括第二包层光滤除器32。
所述的第四全光纤器件4，包括第三包层光滤除器41和端帽42。
所述的第一增益光纤51、第二增益光纤52、第三增益光纤53均为稀土掺杂双包层光纤。
所述的第一全光纤器件1为一集成全光纤器件，总信号光纤长度小于0.5m；所述的第一光纤光栅11为高功率高反射光栅，对激光中心波长的反射率大于97％，承受2kw以上的激光功率；所述的第一泵浦合束器12为n×1型正向泵 浦合束器，对泵浦光的功率透过率大于92％；所述的第一泵浦合束器12的多个泵浦臂都为封装好的可直接对半导体激光器进行插拔式连接，每个泵浦臂承受高于400w的泵浦光功率，其中4≤n≤20；
第一光纤光栅11和第一泵浦合束器12的信号纤为同一光纤制作而成，并且纤径、数值孔径参数与第一增益光纤51一致。
总信号光纤长度小于1m；所述的第二光纤光栅21为高功率低反射率光纤，对激光中心波长的反射率为5－20％，能承受2kw以上激光功率；所述的第二泵浦合束器22，为(n+1)×1型反向泵浦合束器，对泵浦光的功率透过率大于90％；所述的第二泵浦合束器22的多个泵浦臂都为封装好的可直接对半导体激光器进行插拔式连接，每个泵浦臂能承受高于200w的泵浦光功率；所述的泵浦合束器23为(n+1)×1型正向泵浦合束器，对泵浦光的功率透过率大于92％；所述的泵浦合束器23的多个泵浦臂都为封装好的可直接对半导体激光器进行插拔式连接，每个泵浦臂能承受高于400w的泵浦光功率，其中4≤n≤10。
滤除谐振腔输出的包层内泵浦光的能力大于400w；第二光纤光栅21、第二泵浦合束器22的信号纤、第三泵浦合束器23的信号纤和第一包层光滤除器24信号纤为同一光纤制作而成，并且纤径参数与第二增益光纤52纤芯差异不超过15μm，数值孔径参数一致。
从本发明的技术方案看，本发明的有益效果是：
该集成高功率全光纤激光器具有结构紧凑比传统全光纤激光器更紧凑，可靠性高，易于集成，熔接点少，使用光纤长度短，非线性阈值高等优点。
该集成高功率全光纤器件可以实现模块化拼装，便于维护和组装，与半导体激光器通过插拔式连接，缩减商业化生产的时间成本。
附图说明
图1、本发明结构示意图。
具体实施方式
一种集成高功率全光纤激光器，其特征在于，
第一全光纤器件1的左端与第一增益光纤51的上端通过第一熔点61相连接；
第一增益光纤51的下端与第二全光纤器件2的左端通过第二熔点62相连接；
第二全光纤器件2的右端与第二增益光纤52的上端通过第三熔点63相连接；
第二增益光纤52的下端与第三全光纤器件3的右端通过第四熔点64相连接；
第三全光纤器件3的左端与第三增益光纤53的右端通过第五熔点65相连接；
第三增益光纤53的左端与第四全光纤器件4的右端通过第六熔点66相连接。
所述的第一全光纤器件1，包括第一光纤光栅11和第一泵浦合束器12，以及第一泵浦合束器12的多个泵浦臂；
所述的第二全光纤器件2，包括第二光纤光栅21和第二泵浦合束器22，以及第二泵浦合束器22的多个泵浦臂；还包括第一包层光滤除器24、第三泵浦合束器23，以及第三泵浦合束器23的多个泵浦臂。
所述的第三全光纤器件3，包括第四泵浦合束器31，以及第四泵浦合束器31的多个泵浦臂；还包括第二包层光滤除器32。
所述的第四全光纤器件4，包括第三包层光滤除器41和端帽42。
所述的第一增益光纤51、第二增益光纤52、第三增益光纤53均为稀土掺杂双包层光纤。
所述的第一全光纤器件1为一集成全光纤器件，总信号光纤长度小于0.5m；所述的第一光纤光栅11为高功率高反射光栅，对激光中心波长的反射率大于97％，承受2kw以上的激光功率；所述的第一泵浦合束器12为n×1型正向泵浦合束器，对泵浦光的功率透过率大于92％；所述的第一泵浦合束器12的多个泵浦臂都为封装好的可直接对半导体激光器进行插拔式连接，每个泵浦臂承受高于400w的泵浦光功率，其中4≤n≤20；
第一光纤光栅11和第一泵浦合束器12的信号纤为同一光纤制作而成，并且纤径、数值孔径参数与第一增益光纤51一致。
总信号光纤长度小于1m；所述的第二光纤光栅21为高功率低反射率光纤，对激光中心波长的反射率为5－20％，能承受2kw以上激光功率；所述的第二泵浦合束器22，为(n+1)×1型反向泵浦合束器，对泵浦光的功率透过率大于90％； 所述的第二泵浦合束器22的多个泵浦臂都为封装好的可直接对半导体激光器进行插拔式连接，每个泵浦臂能承受高于200w的泵浦光功率；所述的泵浦合束器23为(n+1)×1型正向泵浦合束器，对泵浦光的功率透过率大于92％；所述的泵浦合束器23的多个泵浦臂都为封装好的可直接对半导体激光器进行插拔式连接，每个泵浦臂能承受高于400w的泵浦光功率，其中4≤n≤10。
滤除谐振腔输出的包层内泵浦光的能力大于400w；第二光纤光栅21、第二泵浦合束器22的信号纤、第三泵浦合束器23的信号纤和第一包层光滤除器24信号纤为同一光纤制作而成，并且纤径参数与第二增益光纤52纤芯差异不超过15μm，数值孔径参数一致。
结合附图对本发明做如下详细说明。本发明的集成全光纤激光器的结构示意图如图1所示。其特征在于采用高度集成的全光纤器件，使得整个光纤激光系统中仅含有4个全光纤器件，3段增益光纤，熔点个数仅有6个，即可实现3kw以上激光功率输出。该集成高功率全光纤激光器包括：全光纤器件1，增益光纤51，全光纤器件2，增益光纤52，全光纤器件3，增益光纤53，全光纤器件4，其中各全光纤器件与增益光纤之间通过熔点相互连接。
全光纤器件1，与增益光纤51一端通过熔点61相连接。全光纤器件1为一集成器件，其包括光纤光栅11；泵浦合束器12，以及泵浦合束器12的泵浦臂101，泵浦臂102，…泵浦臂10n。全光纤器件1总信号光纤长度小于0.5m。其中光纤光栅11为高功率高反射光栅，对激光中心波长的反射率大于97％，可以承受2kw以上的激光功率；泵浦合束器12为n×1型正向泵浦合束器，对泵浦光的功率透过率大于92％；泵浦合束器12的泵浦臂101，泵浦臂102，…泵浦臂10n都为封装好的可直接对半导体激光器进行插拔式连接，每个泵浦臂可以承受高于400w的泵浦光功率，总的承受功率大于8000w，n大于4小于20。光纤光栅11和泵浦合束器12的信号纤为同一光纤制作而成，并且纤径，数值孔径参数与增益光纤51一致。器件整体信号纤的纤径可以为10/130μm，30/250μm，20/400μm，为无源传能光纤，光栅光栅11的栅区，泵浦合束器12的合束拉锥区域都采用金属封装保护。
一增益光纤51，其另一端通过熔点62与全光纤器件2一端相连接，其为稀土掺杂双包层光纤，纤径参数与全光纤器件1的信号纤参数一致，纤径可以为10/130μm，30/250μm，20/400μm等。增益光纤51的纤芯可以为掺镱，铥等 激光激活离子，高功率光纤激光器中最常见的为掺镱离子。
全光纤器件2，其另一端通过熔点63与增益光纤52一端相连接。其为集成的全光纤器件，包括光纤光栅21；泵浦合束器22，以及泵浦合束器21的泵浦臂201，泵浦臂202，…泵浦臂20n；包层光滤除器24；泵浦合束器23，以及泵浦合束器23的泵浦臂211，泵浦臂212，…泵浦臂21n。总信号光纤长度小于1m。所述的光纤光栅21为高功率低反射率光纤，对激光中心波长的反射率为5－20％，可以承受2kw以上激光功率；泵浦合束器22，为(n+1)×1型反向泵浦合束器，对泵浦光的功率透过率大于90％；泵浦合束器21的泵浦臂201，泵浦臂202，…泵浦臂20n都为封装好的可直接对半导体激光器进行插拔式连接，每个泵浦臂可以承受高于200w的泵浦光功率，总的承受功率大于4000w，n大于4小于10；所述的泵浦合束器23为(n+1)×1型正向泵浦合束器，对泵浦光的功率透过率大于92％；所述的泵浦合束器23的泵浦臂211，泵浦臂212，…泵浦臂21n都为封装好的可直接对半导体激光器进行插拔式连接，每个泵浦臂可以承受高于400w的泵浦光功率，总的承受功率大于4000w，n大于4小于10。所述的包层光滤除器24，可以滤除谐振腔输出的包层内泵浦光，滤除能力大于400w；光纤光栅21，泵浦合束器22的信号纤，泵浦合束器23的信号纤和包层光滤除器24信号纤为同一光纤制作而成，并且纤径参数与增益光纤52纤芯差异不超过15μm，数值孔径参数一致。
增益光纤52，其另一端通过熔点64与全光纤器件3一端相连接。其为稀土掺杂双包层掺杂光纤，纤径参数与全光纤器件2的信号纤纤芯直径可以有不超过15μm的差异，纤径可以为，30/250μm，20/400μm，25/400μm，30/400μm等。增益光纤52的纤芯可以为掺镱，铥等激光激活离子。
全光纤器件3，其另一端与增益光纤53通过熔点65相连接。其为集成全光纤器件包括泵浦合束器31，以及泵浦合束器31的泵浦臂301，泵浦臂302，…泵浦臂30n；包层光滤除器32。其中泵浦合束器31为(n+1)×1型正向泵浦合束器，对泵浦光的功率透过率大于92％；泵浦合束器31的泵浦臂301，泵浦臂302，…泵浦臂30n；包层光滤除器32都为封装好的可直接对半导体激光器进行插拔式连接，每个泵浦臂可以承受高于400w的泵浦光功率，n大于4小于10。包层光滤除器32为滤除第一级放大器输出的包层内传输的光，滤除能力大于600w。
一增益光纤53，其另一端与全光纤器件4的一端通过熔点66相连接。其为 稀土掺杂双包层增益光纤。与光纤器件3的信号纤纤芯直径可以有不超过15μm的差异，纤径可以为，30/250μm，20/400μm，25/400μm，30/400μm等。增益光纤53的纤芯可以为掺镱，铥等激光激活离子。
全光纤器件4，通过熔点66与增益光纤53相连接，其另一端为激光输出端。为一集成输出装置，总光纤长度小于0.5m。所述的包层光滤除器41为滤除第二级放大器的包层光，滤除能力大于800w；端帽42为激光的输出端，输出端面镀有激光波长的高增透膜，同时也是激光光束的扩束装置，其可以承受的激光功率大于10kw。
本发明提供一种集成度高，熔点少的高功率全光纤激光器。采用集成度高的全光纤器件，可以省去各分立全光纤器件之间熔点，缩减光纤激光器的整体光纤长度，提高高功率光纤激光器的非线性阈值以及光纤激光器的整体集成度。与半导体激光器之间实现插拔式连接，将高功率光纤激光器实现模块化组装。
一种集成高功率全光纤激光器，其特征在于采用高度集成的全光纤器件，整个高功率全光纤激光器系统中仅含有4个全光纤器件，3段增益光纤，熔点个数仅有6个，可以实现3kw以上激光功率输出。全光纤激光器的示意图如图1所示，其结构包括：
一全光纤器件1，与增益光纤51一端通过熔点61相连接；
一增益光纤51，其另一端通过熔点62与全光纤器件2一端相连接；
一全光纤器件2，其另一端通过熔点63与增益光纤52一端相连接；
一增益光纤52，其另一端通过熔点64与全光纤器件3一端相连接；
一全光纤器件3，其另一端与增益光纤53通过熔点65相连接；
一增益光纤53，其另一端与全光纤器件4的一端通过熔点66相连接；
一全光纤器件4，其另一端为激光输出端。
所述的全光纤器件1，包括光纤光栅11；泵浦合束器12，以及泵浦合束器12的泵浦臂101，泵浦臂102，…泵浦臂10n。
所述的增益光纤51，为稀土掺杂双包层光纤。
所述的全光纤器件2为集成的全光纤器件，包括光纤光栅21；泵浦合束器22，以及泵浦合束器21的泵浦臂201，泵浦臂202，…泵浦臂20n；包层光滤除器24；泵浦合束器23，以及泵浦合束器23的泵浦臂211，泵浦臂212，…泵浦 臂21n。
所述的增益光纤52，为稀土掺杂双包层光纤。
所述的全光纤器件3包括泵浦合束器31，以及泵浦合束器31的泵浦臂301，泵浦臂302，…泵浦臂30n；包层光滤除器32。
所述的增益光纤53，为稀土掺杂双包层光纤。
所述的全光纤器件4包括包层光滤除器41，端帽42。
所述的全光纤器件1为一集成全光纤器件，总信号光纤长度小于0.5m。所述的光纤光栅11为高功率高反射光栅，对激光中心波长的反射率大于97％，可以承受2kw以上的激光功率；所述的泵浦合束器12为n×1型正向泵浦合束器，对泵浦光的功率透过率大于92％；所述的泵浦合束器12的泵浦臂101，泵浦臂102，…泵浦臂10n都为封装好的可直接对半导体激光器进行插拔式连接，每个泵浦臂可以承受高于400w的泵浦光功率，其中4≤n≤20。光纤光栅11和泵浦合束器12的信号纤为同一光纤制作而成，并且纤径，数值孔径参数与增益光纤51一致。
所述的全光纤器件2为一集成器件，总信号光纤长度小于1m。所述的光纤光栅21为高功率低反射率光纤，对激光中心波长的反射率为5－20％，可以承受2kw以上激光功率；所述的泵浦合束器22，为(n+1)×1型反向泵浦合束器，对泵浦光的功率透过率大于90％；所述的泵浦合束器22的泵浦臂201，泵浦臂202，…泵浦臂20n都为封装好的可直接对半导体激光器进行插拔式连接，每个泵浦臂可以承受高于200w的泵浦光功率；所述的泵浦合束器23为(n+1)×1型正向泵浦合束器，对泵浦光的功率透过率大于92％；所述的泵浦合束器23的泵浦臂211，泵浦臂212，…泵浦臂21n都为封装好的可直接对半导体激光器进行插拔式连接，每个泵浦臂可以承受高于400w的泵浦光功率，其中4≤n≤10。所述的包层光滤除器24，可以滤除谐振腔输出的包层内泵浦光，滤除能力大于400w；光纤光栅21，泵浦合束器22的信号纤，泵浦合束器23的信号纤和包层光滤除器24信号纤为同一光纤制作而成，并且纤径参数与增益光纤52纤芯差异不超过15μm，数值孔径参数一致。
所述的全光纤器件3为集成器件。所述的泵浦合束器31为(n+1)×1型正向泵浦合束器，对泵浦光的功率透过率大于92％；泵浦合束器31的泵浦臂301，泵浦臂302，…泵浦臂30n；包层光滤除器32都为封装好的可直接对半导体激光器进行插拔式连接，每个泵浦臂可以承受高于400w的泵浦光功率，其中4≤n ≤10。包层光滤除器32为滤除第一级放大器输出的包层内传输的光，滤除能力大于600w。
所述的全光纤器件4为一集成输出装置，总光纤长度小于0.5m。所述的包层光滤除器41为滤除第二级放大器的包层光，滤除能力大于800w；端帽42为激光的输出端，输出端面镀有激光波长的高增透膜，同时也是激光光束的扩束装置，其可以承受的激光功率大于10kw。
本发明公开一种集成高功率全光纤激光器，熔点个数少，集成度高，可以实现模块化连接。并提高了非线性效应的阈值，一定程度上降低了千瓦级全光纤激光器的非线性效应。采用一体化全光纤器件，从整体上保证了光纤器件的一致性，可以提高高功率光纤激光器的稳定性。
采用高度集成一致的各种全光纤器件，其功能与分立的全光纤器件一致，但是集成度高，在同一根光纤上制备，一致性好，而且省去了中间熔点，缩减了光纤长度，同时也提高了全光纤器件的损伤阈值，减少了各全光纤器件之间的熔接损耗。并且一个集成的全光纤器件可以使用一个冷却保护装置，使得整个系统的冷却装置高效率集成，缩减高功率光纤激光器的体积。
本发明的主要核心器件是集成度高的全光纤器件，其中全光纤器件1集谐振腔的高反光纤光栅11和谐振腔的正向泵浦合束器12两者功能于一体，同时泵浦合束器12的各个泵浦臂(101－10n)都采用封装好的接头，可与高功率半导体激光器直接插拔式连接，省去泵浦臂与半导体激光器输出尾纤之间的多个熔点；全光纤器件2实现谐振腔与第一级放大级之间所需的所有分立器件的功能，集谐振腔的低反光纤光栅21，谐振腔的反向泵浦合束器22，谐振腔输出激光的包层光滤除器24以及第一级放大器的正向泵浦合束器23的功能于一体，可省去三个熔点，可缩减光纤长度大于5米；全光纤器件3集第一级放大输出光的包层光滤除器32和第二级放大器的正向泵浦合束器31功能于一体；全光纤器件4集第二级放大输出光的包层光滤除器41和输出端帽42。各核心器件之间通过三段增益光纤连接即可实现本发明的集成高功率全光纤激光器。
以上所述的具体实施方法，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，上述对各元件和方法 的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：将本发明中的集成全光纤器件的位置简单更替，都在本发明的保护范围之内。