半导体直接泵浦光纤激光器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于激光技术领域，涉及一种采用半导体直接栗浦增益光纤的光纤激光器及光纤放大器。
【背景技术】
[0002]近几年，双包层光纤等大功率光纤器件和高功率二极管栗浦技术逐渐成熟带来光纤激光器输出功率水平的快速提升。然而，随着高功率光纤激光器在材料加工、激光打标、生物医学、空间通信和国防安全等领域的广泛应用，能够实现输出功率大幅度提升的新型栗浦耦合技术成为高功率光纤激光技术研究的热点。端面栗浦技术是一种出现较早且较为成熟的栗浦技术，现有输出功率在千瓦以内的工业级全光纤激光器一般采用该技术对增益光纤的进行栗浦。
[0003]如图1所示为现有全光纤激光器的基本原理，端面栗浦耦合技术需要先将半导体栗浦模块的芯片发出的栗浦光耦合进栗浦输出光纤，再将栗浦输出光纤与栗浦耦合器10的栗浦输入光纤相熔接，为与栗浦耦合器的输出光纤相熔接的增益光纤提供栗浦。现有高功率全光纤激光器一般使用的栗浦耦合器为“(6+1) XI”型，可用6个半导体栗浦模块为增益光纤11提供栗浦光功率，其缺点是:高功率的栗浦耦合器很容易由于光热损伤而使光纤激光器系统崩溃；全光纤激光器的输出功率不能通过增加半导体栗浦模块的数目进行提升；同时，半导体栗浦模块中发光芯片所发出的栗浦光，在由光学整形和耦合透镜耦合进栗浦输出光纤的过程中，会产生较大的栗浦光功率损耗，降低了全光纤激光器系统的整体效率；此外，半导体栗浦模块在对增益光纤进行栗浦时，栗浦光沿光纤长度方向被逐渐吸收，会造成增益光纤中栗浦光功率分布不均匀以及热分布不均匀等问题。因此，采用端面栗浦耦合技术的光纤激光系统存在栗浦功率扩展性差、栗浦耦合器件易损、增益分布不均匀以及光纤端面热效应等缺陷，最终限制了光纤激光器输出功率的进一步提升。
[0004]侧面栗浦耦合技术是通过双包层光纤侧面将栗浦光耦合进内包层的技术，相比于端面栗浦耦合技术具有很多优点，如栗浦功率扩展性强、增益光纤中栗浦光分布及热分布均匀、结构紧凑等。但目前已有的侧面栗浦方案大多对制作工艺要求十分苛刻，且在一定程度上破坏了光纤的结构，实现起来成本高、难度大，最终限制了该技术的实际应用以及光纤激光器输出功率的提升。
【发明内容】
[0005]为了解决【背景技术】中存在的上述技术问题，本发明提供了一种半导体直接栗浦光纤激光器以及采用该栗浦方式的光纤放大器和光纤激光器，制作工艺简单、结构紧凑，不破坏光纤结构且易于实现。
[0006]本发明的技术解决方案是:半导体直接栗浦光纤激光器，其特殊之处在于:包括外柱面、内柱面以及盘绕在内柱面上的增益光纤；所述内柱面与外柱面同心设置；所述外柱面、内柱面对栗浦光全反射，形成栗浦光波导；栗浦光的两端设置有半导体栗浦模块的发光芯片。
[0007]上述发光芯片是多个，平均分布设置。
[0008]上述外柱面和内柱面的表面是光滑平面。
[0009]上述同轴光滑柱面采用金属材料或非金属材料。
[0010]金属材料是铜或铝。
[0011]本发明的优点是:
[0012]本发明提所涉及的光纤放大器和光纤激光器采用半导体直接栗浦增益光纤的栗浦方案。该栗浦方案具有独特的栗浦结构，制作工艺简单、结构紧凑，不破坏光纤结构且易于实现。该栗浦结构具有相对独立的光纤激光波导和栗浦光波导，栗浦光在栗浦光波导内来回反射并多次穿过增益光纤纤芯，极大提高栗浦光耦合效率，同时增益光纤中的栗浦光分布以及热分布均匀。增益光纤缠绕在具有一定弯曲直径的光滑柱面上，可将光纤激光高阶模滤除掉，使输出的激光具有更高的光束质量。两同轴光滑柱面采用热导性好的材料制作，可使光纤激光器或光纤放大器具有高效的热管理能力。
[0013]该栗浦方案省去了现有光纤激光器必须使用的大功率栗浦耦合器，避免了因使用该器件造成的栗浦光功率损耗，提高了光纤激光器和光纤放大器的能源利用率，同时简化了光纤激光器和光纤放大器的结构，降低了光纤激光器和光纤放大器的成本。
【附图说明】
[0014]图1是全光纤激光器的基本原理图；
[0015]图2.1—图2.2是半导体直接栗浦结构示意图；
【具体实施方式】
[0016]本发明提供了一种半导体直接栗浦增益光纤的光纤激光器以及光纤放大器，区别于现有的光纤激光器及光纤放大器，本发明具有独特的栗浦方式及结构设计。
[0017]参见图2.1，图2.2，将增益光纤1盘绕填充于两直径不同的同轴内柱面2和外柱面3之间，内柱面2和外柱面3是光滑柱面，使之形成光纤激光和栗浦光的两个波导:增益光纤纤芯是光纤激光波导；内、外两光滑柱面对栗浦光全反射，形成栗浦光波导。半导体栗浦模块的发光芯片4直接封装在栗浦光波导两端，对增益光纤1进行直接栗浦。增加发光芯片4的数量可为光纤激光器提供更高的栗浦光功率，进而能够提升光纤激光器的输出功率。
[0018]光纤激光器或光纤放大器工作时，半导体发光芯片发射的栗浦光在栗浦波导内来回反射，多次穿过增益光纤纤芯，能够实现沿增益光纤长度的均匀栗浦，极大提升了栗浦光的利用率和耦合效率。
[0019]同轴光滑柱面采用热导性好的材料制作，可使光纤激光器或光纤放大器具有高效的热管理能力。同时，增益光纤缠绕在具有一定弯曲直径的光滑柱面上，可将光纤激光高阶模滤除掉，从而使输出的激光具有更高的光束质量。
【主权项】
1.半导体直接栗浦光纤激光器，其特征在于:包括外柱面、内柱面以及盘绕在内柱面上的增益光纤；所述内柱面与外柱面同心设置；所述外柱面、内柱面对栗浦光全反射，形成栗浦光波导；栗浦光的两端设置有半导体栗浦模块的发光芯片。2.根据权利要求1所述的半导体直接栗浦光纤激光器，其特征在于:所述发光芯片是多个，平均分布设置。3.根据权利要求2所述的半导体直接栗浦光纤激光器，其特征在于:所述外柱面和内柱面的表面是光滑平面。4.根据权利要求3所述的半导体直接栗浦光纤激光器，其特征在于:所述同轴光滑柱面采用金属材料或非金属材料。5.根据权利要求4所述的半导体直接栗浦光纤激光器，其特征在于:金属材料是铜或招ο
【专利摘要】本发明提供了一种半导体直接泵浦光纤激光器，包括外柱面、内柱面以及盘绕在内柱面上的增益光纤；内柱面与外柱面同心设置；外柱面、内柱面对泵浦光全反射，形成泵浦光波导；泵浦光的两端设置有半导体泵浦模块的发光芯片。本发明半导体直接泵浦光纤激光器以及采用该泵浦方式的光纤放大器和光纤激光器，制作工艺简单、结构紧凑，不破坏光纤结构且易于实现。
【IPC分类】H01S3/067, H01S3/0941
【公开号】CN105428982
【申请号】CN201510939255
【发明人】赵保银, 李刚, 高奇, 赵卫
【申请人】中国科学院西安光学精密机械研究所
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年12月14日