一种光纤激光倍频器件的制作方法

本申请属于激光技术领域，具体地说，涉及一种光纤激光倍频器件。

背景技术：

光纤激光器以其体积小、电光转换效率高、光束质量好等优点，在工业激光应用领域发展迅速，目前广泛应用的有1064nm、1550nm、2000nm三种激光波长输出的连续或者脉冲形式的光纤激光器。但是在激光应用中，不同应用材料对激光波长的吸收特性不同，光纤激光器输出波长限制了其进一步的应用。为了拓展光纤激光器的输出波长范围，常采用非线性倍频晶体对光纤激光器输出的基频光进行二次谐波作用实现低波长的倍频激光输出。

在全固态激光器中利用非线性频率变换技术获得可见光波段激光输出的应用特别成熟，特别是全固态激光腔内倍频技术，但固体激光器的体积大、电光转换效率低、稳定性差、维护成本高。为了拓展激光输出波长的范围，非线性晶体倍频效应产生的倍频激光输出的研究备受关注。例如：专利“540nm全光纤结构大功率绿光光纤激光器（公开号为cn201210222630.4）”中采用腔内倍频的方式将具有准直聚焦功能的倍频晶体配合一个540nm全反射光纤光栅在1064nm的谐振腔内搭建倍频腔实现540nm的绿光输出。该系统为获得高功率的绿光输出要求所有的光纤均为保偏光纤，对器件熔接要求高，整机成本偏高。专利“一种绿光光纤激光器（公开号为cn201110302554.3）”采用腔外倍频的方式，使用透镜组将光纤激光器输出的基频光聚焦到布儒斯特片上，布儒斯特片透射光进行二次倍频实现绿光输出，该系统存在倍频效率低的问题，产生高功率倍频光输出比较困难。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请所要解决的技术问题是提供了一种光纤激光倍频器件，通过设置光纤准直器、偏振分光镜分束，倍频晶体以及偏振合束器合束，提高基频激光倍频效率，实现倍频激光尾纤输出。

为了解决上述技术问题，本申请公开了一种光纤激光倍频器件，其包括：光纤准直器，光纤准直器对光纤输出的基频激光进行准直输出；偏振分光镜，偏振分光镜将基频激光分离成两束传播方向成90度角且偏振态互相垂直的第一线偏振光和第二线偏振光；其中，第一线偏振光经过倍频晶体后形成二次谐波的倍频激光，倍频激光经第一反射镜实现传播光路的偏转进入偏振合束器；第二线偏振光经过第二反射镜实现光路偏转后进入倍频晶体形成倍频激光进入偏振合束器；偏振合束器将两束倍频激光进行叠加，耦合成一束倍频光进入光纤准直器。光纤准直器对合束后的倍频光进行聚焦，将倍频光耦合进光纤纤芯实现光纤输出。

根据本发明的一实施方式，其中上述光纤准直器由非掺杂的无源光纤末端熔接有自聚焦透镜实现。

根据本发明的一实施方式，其中上述偏振分光镜为一种在两个直角棱镜间交替的镀上高折射率和低折射率膜层材料，并胶合而成的立方棱镜。

根据本发明的一实施方式，其中上述倍频晶体为具有非线性作用的光学晶体。

根据本发明的一实施方式，其中上述第一反射镜镀有基频激光高投射且倍频激光全反射的膜层，第二反射镜为镀有基频激光全反射膜层。

根据本发明的一实施方式，其中上述第一反射镜与第二反射镜成预制角度放置，用来偏转激光传输方向，预制角度为45度。

根据本发明的一实施方式，其中上述偏振合束器与偏振分光镜结构相同，偏振分光镜对基频激光进行分束，偏振合束器对第一线偏振光与第二线偏振光形成的倍频激光进行合束。

根据本发明的一实施方式，其中使用两个光纤准直器，基频光输出时光纤准直器对基频光进行准直输出，倍频光输出时光纤准直器对倍频光进行聚焦耦合进光纤纤芯，实现倍频激光光纤输出。

与现有技术相比，本申请可以获得包括以下技术效果：

1）采用偏振分光镜将偏振态随机分布的基频光分离成两束偏振状态互相垂直的偏振光，两束偏振光分别采用倍频晶体进行二次倍频，提高基频基频光的利用率，有效提高激光的倍频效率。

2）采用偏振合束器将两束倍频激光叠加在一起输出，有效提高倍频激光的输出功率。

3）作为在线式激光倍频器采用光纤准直器，实现基频光的输入，倍频光的输出，作为独立的倍频器件使用方便。

当然，实施本申请的任一产品必不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本发明一实施方式的光纤激光倍频器件的光路示意图；

图2是本发明一实施方式的光纤准直器结构示意图；

图3是本发明一实施方式的偏振分光镜工作原理示意图。

附图标记

光纤准直器10，偏振分光镜20，倍频晶体30，第一反射镜40，第二反射镜50，偏振合束器60，光纤准直器70，光纤11，自聚焦透镜12，基频激光a，第一线偏振光a1，第二线偏振光a2，倍频光b，预制角度θ，入射光m，透射光m1，反射光m2。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

请参考图1至图3，图1是本发明一实施方式的光纤激光倍频器件的光路示意图；图2是本发明一实施方式的光纤准直器结构示意图；图3是本发明一实施方式的偏振分光镜工作原理示意图。一种光纤激光倍频器件包括光纤准直器10对光纤输出的基频光a进行准直形成平行光输出，偏振分光镜20将振动方向随机分布的基频光a分离成两束传播方向夹角成90度角且相互垂直的第一线偏振光a1与第二线偏振光a2；其中，第一线偏振a1光经过倍频晶体30及第一反射镜40进入偏振合束器60；第二线偏振光a2经过第二反射镜50及倍频晶体30进入偏振合束器60；偏振合束器60将叠加第一线偏振光a1与第二线偏振光a2成的倍频光b；倍频光b经光纤准直器70聚焦耦合到光纤输出。

光纤准直器10由纤芯直径10um、20um、25um无源光纤11末端熔接有自聚焦透镜12制作而成。值得一提的是光纤准直器70的制作和光纤准直器10相同，不同之处在于光纤准直器10将光纤输出的光整形成平行光输出，而光纤准直器70将平行光聚焦到光纤的纤芯中，实现倍频光b的光纤输出。

如图3所示，本发明一实施方式的偏振分光镜20工作原理示意图。如图所示，偏振分光镜20为一种在两个直角玻璃棱镜间交替地镀上高折射率和低折射率的膜层21，并胶合而成的一块立方棱镜，通过膜层及层数的设计可以得到高效的分光比。入射光m垂直于棱镜表面，以45度角入射到多层介质膜层21，经膜层21反射和透射后，反射光m2和透射光m1垂直于棱镜表面以分开90度方向出射。出射的反射光m2和透射光m1为两束振动方向互相垂直的线偏振光。

在本发明一实施方式中，倍频晶体30为三硼酸锂晶体lbo、偏硼酸钡晶体bbo、磷酸钛氧钾晶体kdp或者磷酸二氢钾晶体ktp的非线性晶体。非线性晶体透光性好，激光损伤阙值高。倍频晶体30将第一线偏振光a1与第二线偏振光a2进行二次谐波作用，能将基频光a转换成倍频光b。

图1中，第一反射镜24与第二反射镜25都与激光传输方向成预定角度θ，预定角度θ为45度。同时第一反射镜40镀有倍频光b全反射基频光a高投射膜层的镜片，实现第一线偏振光a1输出的光经倍频晶体30形成的倍频光b传输方向的偏转，第二反射镜50镀有基频光a全反射膜层的镜片，对基频光a的传播方向进行偏转。两束倍频光在偏振合束器60作用下实现合束输出。基频光b通过光纤准直器70的自聚焦作用耦合到光纤的纤芯中实现光纤输出。

值得一提的是，本发明的偏振合束器60与偏振分光镜20结构相同，偏振分光镜20对基频激光a进行分束，偏振合束器60对第一线偏振光a1与第二线偏振光a2进行合束，更详细而言，即偏振合束器60实现经过倍频晶体30作用的两束线偏振光的合束并叠加，得到高效率的倍频激光b，提高倍频光b的输出功率。

本发明的工作原理：本发明采用偏振分光镜20将自由偏振态输出的基频激光分离成两束传播方向呈90度角且振动方向互相垂直的两束线偏振光，两束线偏振光分别通过倍频晶体30的二次谐波作用产生倍频光b，提高了基频激光a的利用率。最后采用偏振合束器60将两束倍频光b耦合成一束光输出，提高倍频光b的输出功率。本发明采用光纤准直器70将倍频光b聚焦耦合到光纤的纤芯，实现倍频激光的光纤输出，本发明作为独立的激光倍频器件，有利于倍频光的应用。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。