一种基于侧面泵浦技术的窄线宽光纤激光器的制作方法

本实用新型涉及光电子技术领域，具体而言，涉及一种基于侧面泵浦技术的窄线宽光纤激光器。

背景技术：

全光纤激光器具有结构紧凑、散热性能好、转换效率高、光束质量优良和性能稳定等优点已经逐步取代固体激光器、化学激光器和气体激光器成为当前激光市场上的主流产品。而全光纤结构的千瓦级光纤激光器大多采用下列三种激光谐振腔结构，1)通过正向泵浦合束器，多个相同泵源单向泵浦单纤珐珀腔结构；2)通过两个泵浦合束器，其中反向泵浦/信号合束器为侧面泵浦结构，采用多个相同泵源双向泵浦单纤珐珀腔结构；3)采用种子源加放大器的主振荡器功率放大器(mopa)结构。第一种单向泵浦光纤激光器腔体结构在腔内有源光纤前段部分存在泵浦功率过高，受激自发辐射严重，温度过高，容易导致光纤非线性效应，产生克尔效应和受激拉曼散射，甚至出现多模振荡，影响了激光器的稳定。第二种双向泵浦光纤激光器腔体结构在腔内有源光纤上泵浦光功率分布和温度均匀性较第一种显著改善，但是由于有源光纤纤芯本身对于正向和反向传输泵浦光的有限吸收，内包层中正向传输和反向传输的泵浦光都存在部分残余泵浦光，这些残余泵浦光将通过正向泵浦信号合束器和反向泵浦信号合束器传输到泵浦光纤，进入泵源，从而对泵源芯片造成干扰和伤害，影响泵源的寿命和光纤激光器的稳定性。第三种mopa结构的光纤激光器由于分为两级，其电路控制及光路结构都较前两种复杂，在脉冲工作状态下其成本、光束质量和工作稳定性逊于单腔结构的光纤激光器。

发明专利cn103986046a-一种窄线宽光纤激光器公开了，此发明1)正向泵浦方式实现激光放大，但是非线性效应阈值不能得到很好的抑制。2)采用合束器端面泵浦方式而非侧面泵浦，注入能力不够，并且端泵合束器内部焊点，导致光束质量裂化。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种基于侧面泵浦技术的窄线宽光纤激光器，以解决现有技术存在的技术问题。采用全反向泵浦方式能更好的抑制非线性效应阈值，提高最大输出功率。

本实用新型包括以下技术方案：

一种基于侧面泵浦技术的窄线宽光纤激光器，包括种子源产生单元和放大单元：所述种子源产生单元是用于在注入ld泵浦源时，根据采用的高反光栅、低反输出光栅参数产生对应的种子光的谐振腔；放大单元是用于在注入ld泵浦源时，放大所述种子光的侧面泵浦光纤；所述谐振腔包括高反光栅、有源光纤和低反输出光纤；所述高反光栅、有源光纤和低反输出光纤依次连接。

优选的，所述种子源产生单元还包括设置在谐振腔与侧面泵浦光纤之间的光隔离器。

优选的，所述种子源产生单元还包括设置在光隔离器与侧面泵浦光纤之间的模场适配器。

优选的，所述种子源产生单元还包括第一包层光剥离器，所述第一包层光剥离器设置在谐振腔与光隔离器之间；所述放大单元还包括第二包层光剥离器，所述第二包层光剥离器设置在侧面泵浦光纤两端。

优选的，ld泵源注入所述侧面泵浦光纤的泵浦光纤输入端、泵浦光纤输出端，通过侧面泵浦光纤的有源光纤对预放大单元输出的种子光进行放大；当所述ld泵浦源与侧面泵浦光纤中的泵浦光纤输入端连接，用以达到多路泵源的正向注入；当所述ld泵浦源与侧面泵浦光纤中的泵浦光纤输出端连接，用以达到多路泵源的反向注入；当所述ld泵浦源同时与侧面泵浦光纤中的泵浦光纤输入端、侧面泵浦光纤中的泵浦光纤输出端连接时，用于实现侧面泵浦光纤双向注入。

优选的，所述高反光栅光纤尾纤纤芯直径、低反输出光栅光纤尾纤纤芯直径范围是5-30μm；高反光栅光纤尾纤包层直径和低反输出光栅光纤尾纤包层直径参数范围是125-400μm。

优选的，所述有源光纤纤芯范围5-30μm；有源光纤包层最大直径范围125-400μm。

优选的，所述种子光谱范围是1050-1090nm，3db带宽为0.05-0.2nm的激光信号。

优选的，所述的窄线宽光纤激光器还包括激光输出头，所述激光输出头用于输出放大后的种子光。

优选的，所述ld泵浦源通过合束器注入至谐振腔，所述合束器用于对多个泵浦源进行信号合成，形成ld泵浦源。

由于采用了上述技术方案，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本申请基于侧面泵浦技术搭建的窄线宽光纤激光器具有更强的泵浦注入能力。

(2)本申请基于侧面泵浦技术搭建的窄线宽光纤激光器特别适合双向泵浦以及全反向泵浦，能较好的抑制光谱展宽和非线性效应。

(3)本申请基于侧面泵浦技术搭建的窄线宽光纤激光器热分布均匀，更加安全可靠。

(4)本申请基于侧面泵浦技术，不存在由于端泵合束器内部焊点带来的光束质量裂化。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型方式的技术方案，下面对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因为不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的基于侧面泵浦技术的窄线宽光纤激光器分块示意图；

图2为本申请实施例提供的基于侧面泵浦技术的窄线宽光纤激光器分块示意图详细结构示意图；

图3为本申请实施例提供的侧面泵浦光纤结构示意图；

图4是本实用新型一实施例提供的侧面泵浦光纤截面示意图；

图5(a)、(b)是本实用新型又一实施例提供的侧面泵浦光纤截面示意图；

图6(a)、(b)是本实用新型再一实施例提供的侧面泵浦光纤截面示意图。

1-种子源产生单元2-放大单元3-激光输出头

4-指示光5-泵浦源6-合束器

7-高反光栅8-有源光纤9-低反输出光栅

10-包层光剥离器11-隔离器12-模场适配器

13-侧面泵浦光纤14-一级涂覆层15-二级涂覆层

131-侧面泵浦光纤中有源光纤输入端

132-侧面泵浦光纤中有源光纤输出端

133-侧面泵浦光纤中泵浦光纤输入端

134-侧面泵浦光纤中泵浦光纤输出端。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

本申请提供一种基于侧面泵浦技术的窄线宽光纤激光器，应用于各个需要应用场景，例如；科研及军用。

所述基于侧面泵浦技术的窄线宽光纤激光器包括种子源产生单元和放大单元：所述种子源产生单元是用于在注入ld泵浦源时，根据采用的高反光栅、低反输出光栅参数产生对应的种子光的谐振腔；放大单元是用于在注入ld泵浦源时，放大所述种子光的侧面泵浦光纤；所述谐振腔包括高反光栅、有源光纤和低反输出光纤；所述高反光栅、有源光纤和低反输出光纤依次连接。

其中，1)种子光产生过程：

步骤101：ld泵浦源注入合束器在经过谐振腔处理，产生种子光；

步骤102：种子光经过光隔离器隔离，防止激光信号反向输入至谐振腔，影响谐振腔工作。

2)放大单元放大过程：

种子光在经过放大单元时，可以根据ld泵浦源注入谐振腔的情况实现ld泵浦光源的正向注入、反向注入和双向注入；

3)高反保护光栅、低反输出光栅是对于特定波长具有一定反射率的光纤光栅，能够将返回的激光反射回去，主要用于保护激光器；低反输出光栅的光信号反射率为5％-30％；高反光栅的光信号反射率大于99％。

工作过程：指示光直接通过合束器注入到激光光路中，贯穿整个光路经激光输出头，主要辅助人眼观察激光的输出光路；泵浦光首先注入谐振腔产生激光震荡。所产生的震荡激光经过低反输出光纤，输出部分激光。输出激光依次经包层剥离器、隔离器、模场适配器过后输出作为种子光。种子光经侧面泵浦光纤有源光纤输入端输入，在泵浦光的泵浦下于具有放大功能的侧面泵浦光纤完成种子光放大。

为了详述上述实施例公开的窄线宽光纤激光器，所述侧面泵浦光纤的有源光纤为掺杂稀土元素的增益光纤。例如纤芯为稀土元素掺杂的石英玻璃，稀土元素为镱、铒、铥、钬、镨、铷中的至少一种。侧面泵浦的有源光纤的有源光纤均为掺杂有稀土元素的增益光纤。

其中，侧面泵浦光纤具体结构：如图3所述，侧面泵浦光纤具有中部熔接合束区b及位于中部熔接合束区b两端的分开区域a和分开区域c(为双包层或多包层结构。中部熔接合束区b外径为250μm-1000μm，芯区直径为15-300μm)。侧面泵浦光纤包括至少一根有源光纤和至少一根泵浦光纤，所述泵浦光纤围绕有源光纤轴向扭转缠绕并实现侧面熔接，形成侧面泵浦光纤纤芯(指的是有源光纤的纤芯)和侧面泵浦光纤(指的是有源光纤除过纤芯之外的包层和泵浦光纤的溶解部分、一级涂覆层和二级涂覆层)。所述有源光纤包括有源纤芯和有源包层，且所述纤芯的折射率小于包层的折射率；所述泵浦光纤为无芯光纤，所述泵浦光纤的折射率小于或等于有源光纤包层的折射率。

进一步的，所述泵浦光纤绕有源光纤轴向缠绕并熔接为一体，且其中部熔接合束区设有一级涂覆层和二级涂覆层。一级涂覆层可选用低折射率涂料沿复合功能光纤熔接合束区周向包裹涂覆，二级涂覆层可选用有机涂料沿一级涂覆层外层周向包裹涂覆，纤芯为稀土元素掺杂的石英玻璃，稀土元素为镱、铒、铥、钬、镨、铷中的至少一种。

进一步的，所述有源光纤(如图2、3、4和5中的有源光纤输入端131和有源光纤输出端132，有源光纤输入端131与有源光纤输出端132是有源光纤两端)和泵浦光纤(如图2、3、4、和5中的泵浦光纤输入端133和泵浦光纤输出端134，泵浦光纤输入端133和泵浦光纤输出端134是泵浦光纤两端)的截面形状为圆形或者多边形结构。例如可以为d形、圆形、正六边形、正八边形、正十二边形或梅花形等，可适应多种有源光纤和泵浦光纤平整或不平整包层表面结构，均可通过泵浦光纤围绕有源光纤轴向扭转缠绕并进行侧面熔接为一体而达到泵浦光纤与有源光纤较好的熔融合束效果，降低对有源光纤和泵浦光纤包层表面处理要求，其中泵浦光纤为无芯光纤，各泵浦光纤包层折射率无差异。

优点1、本专利中侧面泵浦光纤实现了传统的光纤合束器和有源光纤两者的功能，更容易消除熔接合束区中的空气层，实现激光从泵浦光纤到有源光纤高效耦合，使其形成为一体，并可有效保证耦合结构的稳定性。

优点2、本专利中侧面泵浦光纤熔接合束区各光纤均匀熔融，泵浦光纤的泵浦光沿有源光纤侧向均匀注入热量，以使复合功能光纤注入的泵浦光产生的热量分布更加均匀，单根泵浦臂可实现千瓦级的泵浦注入，并可实现同时双端泵浦，具有更好的实用性。

为了详述上述实施例公开的窄线宽光纤激光器，所述种子源产生单元还包括设置在谐振腔与侧面泵浦光纤之间的光隔离器。

为了详述上述实施例公开的窄线宽光纤激光器，所述种子源产生单元还包括设置在光隔离器与侧面泵浦光纤之间的模场适配器。模场适配器匹配前后光纤的芯径和包层直径并将种子光注入到放大级中。

为了详述上述实施例公开的窄线宽光纤激光器，所述种子源产生单元还包括设置在谐振腔与光隔离器之间的第一包层光剥离器，用于将残余的泵浦光彻底剥离。

其中，包层光剥离器能实现500w包层光剥离，信号承受功率＞3000w。

为了详述上述实施例公开的窄线宽光纤激光器，所述放大单元还包括设置在侧面泵浦光纤两端的第二包层光剥离器，用于将残余的泵浦光彻底剥离。

为了详述上述实施例公开的窄线宽光纤激光器，所述第一包层光剥离器和第二包层光剥离器可以同时存在在整个窄线宽光纤激光器中或者择一存在。

为了详述上述实施例公开的窄线宽光纤激光器，所述ld泵源注入所述侧面泵浦光纤的泵浦光纤输入端、泵浦光纤输出端，通过侧面泵浦光纤的有源光纤对预放大单元输出的种子光进行放大，当所述ld泵浦源与侧面泵浦光纤中的泵浦光纤输入端连接，用以达到多路泵源的正向注入；当所述ld泵浦源与侧面泵浦光纤中的泵浦光纤输出端连接，用以达到多路泵源的反向注入；当所述ld泵浦源同时与侧面泵浦光纤中的泵浦光纤输入端、侧面泵浦光纤中的泵浦光纤输出端连接时，用于实现侧面泵浦光纤双向注入。

其中，当所述ld泵浦源与侧面泵浦光纤中的泵浦光纤输入端连接，泵浦光注入到泵浦光纤中，泵浦光纤与侧面泵浦光纤中的有源光纤成熔融贴附状态，通过倏逝波耦合的方式将泵浦纤里的泵浦光耦合入侧面泵浦光纤中的有源光纤中，用以达到多路泵源的正向注入；

当所述ld泵浦源与侧面泵浦光纤中的泵浦光纤输出端连接，泵浦光注入到泵浦光纤中，泵浦光纤与侧面泵浦光纤中的有源光纤成熔融贴附状态，通过倏逝波耦合的方式将泵浦纤里的泵浦光耦合入侧面泵浦光纤中的有源光纤中，用以达到多路泵源的反向注入。

当所述ld泵浦源同时与侧面泵浦光纤中的泵浦光纤输入端、侧面泵浦光纤输出端连接时，泵浦光注入到泵浦光纤中，泵浦光纤与侧面泵浦光纤中的有源光纤成熔融贴附状态，通过倏逝波耦合的方式将泵浦纤里的泵浦光耦合入侧面泵浦光纤中的有源光纤中，用于实现侧面泵浦光纤双向注入。

为了详述上述实施例公开的窄线宽光纤激光器，所述高反光栅光纤尾纤纤芯直径、低反输出光栅光纤尾纤纤芯直径范围是5-30μm；高反光栅光纤尾纤包层直径和低反输出光栅光纤尾纤包层直径参数范围是125-400μm。

例如：高反光栅光纤纤芯、低反输出光栅光纤纤芯为5μm、6μm、7μm、8μm、……、28μm、29μm、30μm等以及大于或者小于上述步进的各种纤芯尺寸。高反光栅光纤包层和低反输出光栅包层为125μm、140μm、155μm、……、355μm、370μm、385μm、400μm等以及大于或者小于上述步进的各种包层尺寸。

为了详述上述实施例公开的脉冲光纤激光器，所述ld泵浦源尾纤纤芯范围105-400μm；ld泵浦源尾纤包层范围为125-440μm。ld泵浦源纤芯尺寸小于ld泵浦源包层尺寸。

例如：ld泵浦源纤芯尺寸/ld泵浦源包层尺寸为105μm/125μm、150μm/180μm、236μm/278μm、300μm/370μm、350μm/400μm、……、400μm/440μm等以及大于或者小于上述步进的各种包层尺寸各种尺寸。

所述，所述种子光谱范围是1050-1090nm，3db带宽为0.05-0.2nm的激光信号。

例如：种子光谱可以是1050nm、1060nm、1070nm、……、1090nm等以及大于或者小于上述步进的各种光谱值。

为了详述上述实施例公开的窄线宽光纤激光器，所述窄线宽光纤激光器还包括激光束出头，所述激光输出头用于输出放大后的种子光。激光输出采用qbh输出头。qbh输出头能耐受＞5000w信号激光输出。

为了详述上述实施例公开的窄线宽光纤激光器，所述窄线宽光纤激光器还包括合束器，所述ld泵浦源通过合束器注入至谐振腔，所述合束器用于对多个泵浦源进行信号合成，形成ld泵浦源。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。