可见光指示侧面耦合的光纤激光器的制作方法

本发明涉及激光技术和光纤技术领域，具体是涉及一种可见光指示侧面耦合的光纤激光器。

背景技术：

众所周知光纤激光器由于其独特的一体化集成、光束质量好、性能稳定、效率高、散热面积大、寿命长和易于量产等特点，受到了广大工业用户的广泛关注和欢迎，光纤激光器特别是脉冲光纤激光器取得了突飞猛进的发展和普及，在消费电子、新能源、生物医疗、激光微加工等领域获得了广泛的应用。

光纤激光器的光路由全光纤结构组成，参见图1，主光路结构通常包括由半导体激光器充当的泵浦源1，由光纤布拉格光栅3,5组成的谐振腔，由纤芯掺杂稀土离子的双包层光纤充当的增益介质4，泵浦源(pumpld)1通过泵浦合束器2，将泵浦光耦合进增益介质4(掺杂稀土离子的双包层增益光纤)中的内包层，为增益光纤提供能量，实现粒子数反转，在纤芯产生信号光；光纤激光器输出波长的高反射率、低透过率的光纤布拉格光栅3(简称为高反光栅)和低反射率、高透过率的光纤布拉格光栅5(简称为低反光栅)构成了谐振腔，使得光栅选定的特定波长的信号光(激光)能够在谐振腔内振荡放大；从低反光栅5输出的特定波长的激光经过剥模器6，剥除泵浦光，然后特定波长的信号光从输出器件qbh11输出，即光纤激光器输出激光的过程。一般情况下，光纤激光器的输出光纤8(连接输出器件qbh的光纤)和主光路的传输光纤7是不同的，输出光纤8比传输光纤7的纤芯和内包层的尺寸更大。传统情况下，为了减少传输的损耗，都会接一个模场适配器mfa15，以减少由于光纤型号改变而带来的较大损耗。

可见光指示是指利用可见光波段(比如现在普遍使用的红光)的可见光激光器13尾纤耦合进光纤激光器的纤芯中，模拟光纤激光器传输激光的传播路径，最后从激光输出器件qbh输出。可见光指示用于确定光纤激光器输出激光的光斑位置，以实现精确打标、切割定位等应用。在未开激光的情况下，首先打开可见光激光器确定光斑的位置。由于可见光激光器的功率很小，只有几十毫瓦，颜色清晰可分辨，相比起几十、几百、几千、上万瓦的且不可见的激光，具有极大的安全性和指示性。可见光指示还可以快速检查出整段光路的光纤上哪里有断路、损伤，方便激光器的维修保养。因此，可见光指示对于全光纤激光器有着重要作用。

传统结构的可见光指示为可见光同轴指示，参见图1，以红光指示为例，红光激光器13的尾纤经高反保护光栅12后与泵浦合束器的中心臂熔接，将红光激光器输出的红光耦合进主光路传输光纤的纤芯中，经过整个光路系统，最后从输出器件qbh输出。在将红光激光器的尾纤与(n+1)x1泵浦合束器的信号纤(中心臂)熔接时，要求红光激光器的尾纤型号与泵浦合束器的中心臂型号严格匹配，即两者必须完全匹配，才能将红光耦合进主光路传输光纤中，这就导致搭建光纤激光器的结构不够灵活，必须考虑光纤匹配的问题，或需要定制器件，大大增加了时间和成本。如果两者不能完全匹配，将会造成红光不必要的泄露，使输出的指示光减弱甚至不可见。

此外，由于指示光是在光路系统的始端耦合注入的，可见光激光器位于谐振腔之前，以红光指示为例，红光要在整个光路系统中传输，导致红光指示损耗较大；随着光纤的更新换代，对光纤的性能提出了更进一步的要求，导致红光光暗化效应很强，红光损耗更大，且随着功率的升高，光纤长度的增加，红光甚至损耗至不可见，导致从输出器件qbh输出的可见光很微弱或消失，很难准确确定激光器输出激光的光斑位置，也就无法对输出激光准确定位。且由于可见光同轴指示是将可见光激光器与光路系统的始端直接耦合，反射回来的激光将会直接打到可见光激光器上面，这个功率相对可见光激光器是相当高的，尤其随着各种功率的光纤激光器的不断产生，功率越高，在切割、打标等应用时，反射回来的光功率就越高，因此，很容易将红光激光器打坏。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种可见光指示侧面耦合的光纤激光器，降低了对光纤型号匹配的严格要求，使结构设计更灵活；同时大大减少了指示光的损耗，能够精确定位激光光斑位置；还能够有效保护可见光激光器被反射回来的激光打坏，延长可见光激光器的使用寿命。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种可见光指示侧面耦合的光纤激光器，包括激光器光路系统、可见光激光器、高反保护光栅和光纤耦合器，所述光纤耦合器具有至少两个输入光纤和一个输出光纤，所述光纤耦合器设于所述激光器光路系统的主光路传输光纤和输出器件qbh之间，所述主光路传输光纤与所述光纤耦合器的一个输入光纤相熔接，所述光纤耦合器的输出光纤与所述输出器件qbh相连接，所述激光器光路系统输出的特定波长的信号光经所述光纤耦合器的输出光纤后从所述输出器件qbh输出，所述可见光激光器的尾纤与所述高反保护光栅相熔接，且所述高反保护光栅与所述光纤耦合器的另一个输入光纤相熔接，使所述可见光激光器输出的用于指示的可见光经所述高反保护光栅后从侧面耦合进入所述光纤耦合器的输出光纤的内包层中，再从所述输出器件qbh输出。

进一步的，所述激光器光路系统包括泵浦源、泵浦合束器、由高反光栅、增益介质及低反光栅组成的谐振腔和剥模器，所述泵浦源通过所述泵浦合束器，以正向泵浦或反向泵浦或双向泵浦的方式将泵浦光耦合进所述增益介质的内包层中，为所述增益介质提供能量，实现粒子数反转，特定波长的信号光在所述谐振腔内振荡放大并输出，输出的特定波长的信号光经所述剥模器剥除泵浦光后，再经所述光纤耦合器的输出光纤从所述输出器件qbh输出。

进一步的，所述可见光激光器输出的指示光为红光或绿光或蓝光。

进一步的，所述泵浦源为光纤耦合输出半导体激光器，其泵浦光波长范围位于780nm～2000nm之间。

进一步的，所述半导体激光器的驱动和控制通过fpga/cpld实施，泵浦工作方式为脉冲方式或连续方式。

进一步的，所述增益介质为掺杂稀土离子的双包层增益光纤。

进一步的，所述泵浦合束器为基于单模光纤或多模光纤的波分复用泵浦合束器，或者，所述泵浦合束器为由熔融拉锥工艺制作的(1+1)x1或(2+1)x1或(n+1)x1或nx1泵浦合束器。

进一步的，所述光纤耦合器为(1+1)x1光纤耦合器。

本发明的有益效果是：本发明提出了一种可见光指示侧面耦合的光纤激光器，相比传统结构以直接耦合的方式将红光在光路系统的始端直接耦合进光纤的纤芯，使得红光在整个光路的结构中传输，本发明通过侧面耦合的方式将可见光耦合进入光纤耦合器的光纤内包层中，使得可见光仅在输出光纤的内包层发生全反射传输，并将光纤耦合器设置在光路系统的输出器件qbh之前，从而大大降低了可见光在光路系统中的传输距离，也就大大减少了光暗化效应的影响，同时传输距离和经过的光器件的减少，大大减少了可见光指示的损耗，能够精确定位激光光斑位置；由于本发明可见光激光器的可见光指示从侧面耦合进光路系统中，因此，能够有效保护可见光激光器被反射回来的激光打坏，延长可见光激光器的使用寿命。由于(1+1)x1光纤耦合器的光纤型号的可选择性，两根输入光纤和一根输出光纤都可以选择不同的型号，也就是进行了光纤型号的转变，因此，(1+1)x1光纤耦合器相当于将耦合器和模场适配器mfa两者的功能合二为一，极大的增加了光路结构设计的灵活性。也就是说通过(1+1)x1光纤耦合器，既能将可见光从侧面耦合进光路链路中，同时又能进行光纤型号的改变，实现了耦合器和模场适配器mfa的双重功能。且在光路系统的输出器件之前进行可见光侧边耦合，减少了对泵浦合束器的中心臂的依赖性，因此，泵浦合束器既可以选择nx1的型号，由于使用不到中心臂，所以没有中心臂也可以：也可以选择(n+1)x1的型号，只需要对中心臂进行处理，比如切八度角，并打墙。

附图说明

图1为本发明传统可见光指示的光纤激光器的结构示意图；

图2为本发明优选实施例1可见光指示侧面耦合的光纤激光器的结构示意图；

图3为本发明优选实施例2可见光指示侧面耦合的光纤激光器的结构示意图；

图4为本发明优选实施例3可见光指示侧面耦合的光纤激光器的结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明，其目的仅在于更好理解本发明的内容而非限制本发明的保护范围。

实施例一

如图2所示，一种可见光指示侧面耦合的光纤激光器，包括激光器光路系统、可见光激光器13、高反保护光栅12和光纤耦合器9，所述激光器光路系统包括泵浦源1、泵浦合束器2、由高反光栅3、增益介质4及低反光栅5组成的谐振腔和剥模器6，所述光纤耦合器具有至少两个输入光纤8,14和一个输出光纤10，输入光纤8的纤芯尺寸可以是几微米，十几微米，几十微米等各种尺寸，内包层与纤芯尺寸匹配。输出光纤10的类型为能够与输入光纤8的各种类型能够相匹配的输出光纤，一般情况下，满足输出光纤10分别大于或等于输入光纤8的纤芯和内包层尺寸。所述光纤耦合器设于所述激光器光路系统的主光路传输光纤7和输出器件qbh11之间，所述主光路传输光纤与所述光纤耦合器的一个输入光纤8相熔接，所述光纤耦合器的输出光纤10与所述输出器件qbh相连接，所述泵浦源通过泵浦合束器以正向泵浦方式将泵浦光耦合进所述增益介质的内包层中，为所述增益介质提供能量，实现粒子数反转，特定波长的信号光在所述谐振腔内振荡放大并输出，输出的激光经所述剥模器剥除泵浦光后，再经所述光纤耦合器的输出光纤从所述输出器件qbh输出。所述可见光激光器的尾纤与所述高反保护光栅相熔接，且所述高反保护光栅与所述光纤耦合器的另一个输入光纤14相熔接，使所述可见光激光器输出的用于指示的可见光经所述高反保护光栅后从侧面耦合进入所述光纤耦合器的输出光纤的内包层中，再从所述输出器件qbh输出。

上述结构中，通过侧面耦合的方式将可见光耦合进入光纤耦合器的光纤内包层中，使得可见光仅在输出光纤的内包层发生全反射传输，并将光纤耦合器设置在光路系统的输出器件qbh之前，从而大大降低了可见光在光路系统中的传输距离，也就大大减少了光暗化效应的影响，同时传输距离和经过的光器件的减少，大大减少了可见光指示的损耗，能够精确定位激光光斑位置；由于本发明可见光激光器的可见光指示从侧面耦合进光路系统中，因此，能够有效保护可见光激光器被反射回来的激光打坏，延长可见光激光器的使用寿命。对于熔接的光纤的型号没有严格的要求，只要符合“从细光纤传输的粗光纤”这一原则，不必使用完全相同型号的光纤也能够进行熔接，大大减少了结构设计的复杂性，同时减少了时间和成本。由于光纤耦合器的光纤型号的可选择性，两根输入光纤和一根输出光纤都可以选择不同的型号，也就是进行了光纤型号的转变，因此，光纤耦合器相当于将耦合器和模场适配器mfa两者的功能合二为一，极大的增加了光路结构设计的灵活性。也就是说通过光纤耦合器，既能将可见光从侧面耦合进光路链路中，同时又能进行光纤型号的改变，实现了耦合器和模场适配器mfa的双重功能。且在光路系统的输出器件之前进行可见光侧边耦合，减少了对泵浦合束器的中心臂的依赖性，因此，以(n+1)x1泵浦合束器为例，既可以选择nx1的型号，由于使用不到中心臂，所以没有中心臂也可以：也可以选择(n+1)x1的型号，只需要对中心臂进行处理，比如切八度角，并打墙。

本发明可见光激光器的可见光指示从侧面耦合进光路系统中，降低了对可见光的波段要求，因此，可以选择不同波段不同颜色的可见光，比如红光、绿光等；根据实际需要的指示光的颜色进行选择，更灵活方便。优选的，所述可见光激光器输出的指示光为红光或绿光或蓝光。

高反保护光栅12是对于特定波长具有一定反射率的光纤光栅，能够将一部分将要打到可见光激光器13上面的激光反射回去，主要用于保护可见光激光器。

优选的，所述泵浦源为光纤耦合输出半导体激光器，其泵浦光波长范围位于780nm～2000nm之间。其工作波长视具体掺杂增益光纤的吸收带而定。泵浦光波长范围位于780nm～2000nm之间，包括9xxnm，例如915nm、940nm、950nm和980nm等。

优选的，所述半导体激光器的驱动和控制通过fpga/cpld实施，泵浦工作方式为脉冲方式或连续方式。光纤激光器的输出功率和频率由半导体激光器决定，特别是在半导体激光器脉冲工作条件下，泵浦频率和功率决定了光纤激光器的工作频率和输出功率。

优选的，所述增益介质为掺杂稀土离子的双包层增益光纤。但不限于此，可以选择其他掺杂增益光纤，比如掺镱双包层光纤等。

泵浦合束器可以为基于单模光纤或多模光纤的波分复用泵浦合束器，也可以为由熔融拉锥工艺制作的(1+1)x1或(2+1)x1或(n+1)x1或nx1泵浦合束器。优选的，泵浦合束器为(n+1)x1泵浦合束器。泵浦源(pumpld)1通过(n+1)x1泵浦合束器，将泵浦光耦合进掺杂稀土离子的双包层增益光纤中的内包层，为增益光纤提供能量，实现粒子数反转，在纤芯产生信号光。

优选的，所述光纤耦合器为(1+1)x1光纤耦合器。激光器光路系统中前一光器件的主光路输出光纤熔接(1+1)x1耦合器的其中一根输入光纤，可见光激光器的尾纤与高反保护光栅相熔接，且高反保护光栅与光纤耦合器的另一个输入光纤相熔接，使可见光激光器输出的用于指示的可见光经所述高反保护光栅后从侧面耦合进入所述光纤耦合器的输出光纤的内包层中，再从所述输出器件qbh输出。

实施例二

如图3所示，本实施例二包含实施例一中所有技术特征，其区别在于，本实施例二中泵浦源通过泵浦合束器以反向泵浦方式将泵浦光耦合进增益介质的内包层中。

实施例三

如图4所示，本实施例三包含实施例一中所有技术特征，其区别在于，本实施例中泵浦源通过泵浦合束器以双向泵浦方式将泵浦光耦合进增益介质的内包层中。也就是说，设有两组泵浦源及泵浦合束器，两组泵浦源及泵浦合束器构成谐振腔增益介质的双向泵浦，两个泵浦源的泵浦光波长和功率相同或不同。

综上，本发明可见光指示侧面耦合的光纤激光器采用可见光侧边耦合的方式，在输出器件qbh之前，将各种颜色可见光(比如红光、绿光)通过侧边耦合的方式耦合进光纤激光器的光路系统中，而不是直接将可见光耦合进主光路的纤芯中；可见光直接通过输出器件qbh输出，大大减少了传输的光纤长度，因此损耗特别小，输出的可见光清晰可见，能够准确确定打标、切割等激光光斑的位置；同时，采用侧边耦合的方式，改变了可见光激光器相对于整个光路系统的结构，反射回来的激光的绝大部分功率在主光路中传输，不会以相对高的功率直接打到侧面光路的可见光激光器上面，因此，不会打坏可见光激光器。具体应用时，以1000w连续光纤激光器为例，(1+1)x1光纤耦合器9的一个输入光纤8的型号可以为14/250光纤(纤芯直径为14微米，内包层直径为250微米)，另一输入光纤14的型号可以是与保护可见光激光器的高反光栅型号相匹配的10/125光纤(纤芯直径为10微米，内包层直径为125微米)，输出光纤10型号可以为50/400(纤芯直径为50微米，内包层直径为400微米)，这样，就改变了传输光纤的类型，即主光路传输光纤的类型从14/250变为了50/400，相当于接入光路系统一个规格为14/250-50/400的模场适配器mfa。1000w连续光纤激光器采用的可见光指示可采用红光指示，可见光激光器13的尾纤型号可以为10/125，熔接高反保护光栅12，而后熔接(1+1)x1耦合器9的另一输入光纤(光纤型号为10/125)，将指示红光耦合进光纤的内包层，完成侧边耦合过程。在这个过程中，(1+1)x1耦合器9既作为耦合器，将红光通过侧边耦合的方式耦合进光路，又相当于模场适配器mfa，进行了传输光纤的型号的低损耗转换。

以上实施例是参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明。本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本发明的实质的情况下，都落在本发明的保护范围之内。