光纤盘纤结构及光纤激光器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及光纤激光器领域，尤其涉及一种光纤盘纤结构及光纤激光器。
【背景技术】
[0002] 激光光束的参数（特别是光束质量M2)和平均功率对激光器的应用起着决定性的 作用。但是在光纤激光系统中，平均功率与光束质量是两个相互矛盾的参数（一般是功率 越大，光束质量越差；功率越小，光束质量越好），所以一直以来如何在保证功率的情况下 减小激光器的光束质量是一个重要的研究热点。
[0003] 上式中，光束在空间域中的束宽和空间频率域中的角谱宽度（远场发散角）的乘 积称为光束的空间束宽积，也称为光束参数乘积。
[0004]
[0005] 共Τ ω攸测兀米同别·兀米k腰宽度，ω。为基模理想高斯光束的束腰宽度，Θ 和分别称为被测光束和基模理想高斯光束的远场发散角。光束质量M2 = 1为最好基 模高斯光束，理想情况下高斯光束在通过无像差和无衍射效应的聚焦光学系统，或扩束系 统时，M2因子是一个不变量。
[0006] 光束质量差，大部分是受到高阶模的影响，因此可以通过以下几种方式来进行改 善激光器的光束质量：（1)微结构技术：光子晶体光纤，具有设计自由度高，无截止单模，模 场面积提升大的优点，但是其制作成本高，减少了光纤本身的柔性，很少采用。（2)传统设 计：增大芯径，降低纤芯和包层折射率差。易于操作与制作，但是易于受弯曲损耗影响。（3) 复合引导技术：增益引导，可获得较大模场面积，但易受外界因素（温度、弯曲等）干扰而且 稳定性不好。（4)模式控制技术：a.锥形光纤滤波：制作难度较小，但是功率密度分布不均 匀；b.模式转换法：效果不错，但是存在结构复杂，制作工艺不成熟而且稳定性不高；c.弯 曲选模法：弯曲选模法具有无需特殊设计光纤，只需设计盘绕方式和盘绕半径，易于实现和 操作，具有广泛的用途。
[0007] 综上可知，现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。 【实用新型内容】
[0008] 针对上述的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种光纤盘纤结构和光纤激光器获 得比较小的光束质量使得能量越集中，进而易于增加的功率密度。
[0009] 为了实现上述目的，本实用新型提供一种光纤盘纤结构，应用于光纤激光器中，在 所述光纤激光器中的光路一级输出端光纤设置延长段，所述延长段通过打圈成至少一个圆 圈，在二级有源光纤尾纤处，二级有源纤输出端盘绕至少两圈所述二级有源光纤，所述二级 有源光纤通过S形瓣状弯曲首尾相接并设置为至少五个S形瓣状弯曲。
[0010] 根据本实用新型所述光纤盘纤结构，所述S形瓣状弯曲为椭圆状，当所述延长段 为1. 5m时，所述圆圈直径5cm。
[0011] 根据本实用新型所述光纤盘纤结构，所述S形瓣状弯曲为长轴15cm和短轴10cm 的椭圆。
[0012] 根据本实用新型所述光纤盘纤结构，所述二级有源光纤为盘绕两圈所述二级有源 光纤。
[0013] 根据本实用新型所述光纤盘纤结构，所述S形瓣状弯曲设置为5个。
[0014] 本实用新型还提供一种包括上述任一项所述的光纤盘纤结构的光纤激光器，所述 光纤激光器还包括一种子源、注入种子振荡器、掺镱光纤、功率合成器以及至少一个激光二 极管。
[0015] 根据本实用新型所述光纤激光器，所述注入种子振荡器包括第一注入种子振荡 器、第二注入种子振荡器、所述掺镱光纤包括第一掺镱光纤、第二掺镱光纤，所述功率合成 器包括第一功率合成器、第二功率合成器，所述种子源产生信号光进入所述第一注入种子 振荡器进行放大，再输入到所述第一掺镱光纤并经过所述第一功率合成器进行一级放大， 所述激光二极管分别连接所述第一功率合成器、所述第二功率合成器，信号光进入所述第 二注入种子振荡器进行放大，再输入到所述第二掺镱光纤并经过所述第二功率合成器进行 放大后输出。
[0016] 本实用新型通过新型盘纤方式来改善产品性能，减少激光器的光束质量，在确保 不大幅增加器件性能（器件本身的椭圆度和M2)、激光器复杂性和不稳定性、激光器成本的 前提下使激光器能获得比较小的光束质量使得能量越集中，进而易于增加的功率密度，具 有很高的市场应用价值。
【附图说明】
[0017] 图1是本实用新型光纤激光器的内部结构示意图；
[0018] 图2是本实用新型光纤激光器的光纤盘纤结构示意图。
【具体实施方式】
[0019] 为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施 例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释 本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0020] 如图2所示，本实用新型提供一种光纤盘纤结构100,应用于光纤激光器中，在所 述光纤激光器中的光路一级输出端光纤设置延长段，所述延长段通过打圈成至少一个圆圈 (图中未示出），在二级有源光纤尾纤处，二级有源纤输出端盘绕至少两圈所述二级有源光 纤，所述二级有源光纤通过S形瓣状弯曲首尾相接并设置为至少五个S形瓣状弯曲30。优 选的，所述S形瓣状弯曲30还可以设置为5个。另外如图2中，细线实为两圈所述二级有 源光纤重叠在一起，共有6个S形瓣状弯曲。
[0021]更好的是，所述S形瓣状弯曲30为椭圆状，当所述延长段为1. 5m时，所述圆圈直 径为5cm。所述S形瓣状弯曲30为长轴15cm和短轴10cm的椭圆。如图2所示，
[0022] 图2中示出的盘纤结构100,盘绕在安装板20上，螺孔21为激光器上的，S形瓣 状弯曲30首尾连接形成梅花状的盘绕方式，可以是五瓣或六瓣，在不影响功率的情况下， 对二级有源光纤的输出端和输入端尾纤进行一定的处理，满功率下测试激光器的M2,实验 结果二级有源光纤后端用S型方式盘纤，测得M2均值为1. 396,改变盘纤结构前后输出功 率、脉冲波形基本一致，改善后分别对机器进行烤机半小时，无明显亮点，用热像仪检测温 度<35°C，在正常范围内。对机器的二级YB纤的后输出端进行S形弯曲盘绕，能明显改善机 器的M2。通过实验可知，机器本身M2值越大，改善后M2提高的越多；机器本身M2值越小， 改善后M2提高的较小。
[0023] 首先在整个光路一级输出端光纤延长1. 5米并打圈成5cm直径圆圈，之后再通过 对二级有源光纤尾纤进行特殊的处理进而改善激光器的M2。盘纤方式为：将二级有源纤输 出端盘两圈S形，大致为长轴15cm，短轴10cm椭圆，有五个S形瓣状弯曲，构成梅花状，或者 中心对称的通过S形瓣状弯曲连成的环状。原理为：根据介质波导理论，当光纤弯曲时，纤 芯的束缚模式沿弯曲半径会有不同程度的辐射，成为弯曲损耗。这种损耗因不同模式而异， 高阶模的损耗大于低阶模的损耗。因此，采用一级输出端1. 5米长度5cm直径打圈的方式 可将进入最后一级放大光路信号光净化为较纯净的基膜光，后再对二级有源光纤的盘纤方 式进行特殊处理，选择合适的弯曲半径来抑制高阶模的传输使得最终输出光束变得纯净达 到改善光束质量的目的。
[0024] 如图1所示，还提供一种激光器，所述激光器包括种子源1(seedlaser)、镱光 纤（Ytterbium-dopedfiber，简称YDF)、功率合成器（combiner)，注入种子振荡器（ISO， injectionseededoscillator)以及至少一个激光二极管 5(LaserDiode) 〇
[0025] 如图1所示所述光纤激光器，所述注入种子振荡器包括第一注入种子振荡器2、第 二注入种子振荡器6、所述掺镱光纤包括第一掺镱光纤3、第二掺镱光纤7,所述功率合成器 包括第一功率合成器4、第二功率合成器8,所述种子源1产生信号光进入所述第一注入种 子振荡器2进行放大，再输入到所述第一掺镱光纤3并经过所述第一功率合成器4进行一 级放大，所述激光二极管5分别连接所述第一功率合成器4、所述第二功率合成器8,信号光 进入所述第二注入种子振荡器6进行放大，再输入到所述第二掺镱光纤7并经过所述第二 功率合成器8进行放大后输出。
[0026] 综上所述，本实用新型对有源光纤的尾纤进行特殊的盘纤处理来改善激光器的 M2。最后发现对有源光纤的输出端进行梅花型盘绕对M2的改善效果最明显。因为梅花型 盘绕不仅有弯曲作用同时有拉应力的作用，可以更好的去除高阶模式的影响。
[0027] 当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的 情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些 相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
【主权项】
1. 一种光纤盘纤结构，其特征在于，在光纤激光器中的光路一级输出端光纤设置延长 段，所述延长段通过打圈成至少一个圆圈，在二级有源光纤尾纤处，二级有源纤输出端盘绕 至少两圈所述二级有源光纤，所述二级有源光纤通过S形瓣状弯曲首尾相接并设置至少五 个S形瓣状弯曲。2. 根据权利要求1所述光纤盘纤结构，其特征在于，所述S形瓣状弯曲为椭圆状，当所 述延长段为1. 5m时，所述圆圈直径5cm。3. 根据权利要求2所述光纤盘纤结构，其特征在于，所述S形瓣状弯曲为长轴15cm和 短轴10cm的椭圆。4. 根据权利要求1所述光纤盘纤结构，其特征在于，所述二级有源光纤输出端盘绕两 圈所述二级有源光纤。5. 根据权利要求1所述光纤盘纤结构，其特征在于，所述S形瓣状弯曲设置为5个。6. -种包括1~5任一项所述的光纤盘纤结构的光纤激光器，其特征在于，所述光纤激 光器还包括一种子源、注入种子振荡器、掺镱光纤、功率合成器以及至少一个激光二极管。7. 根据权利要求6所述的光纤激光器，其特征在于，所述注入种子振荡器包括第一注 入种子振荡器、第二注入种子振荡器、所述掺镱光纤包括第一掺镱光纤、第二掺镱光纤，所 述功率合成器包括第一功率合成器、第二功率合成器，所述种子源产生信号光进入所述第 一注入种子振荡器进行放大，再输入到所述第一掺镱光纤并经过所述第一功率合成器进行 一级放大，所述激光二极管分别连接所述第一功率合成器、所述第二功率合成器，信号光进 入所述第二注入种子振荡器进行放大，再输入到所述第二掺镱光纤并经过所述第二功率合 成器进行放大后输出。
【专利摘要】本实用新型适用于光纤激光器领域，提供了一种光纤盘纤结构，应用于光纤激光器中，在所述光纤激光器的光路一级输出端光纤设置延长段，所述延长段通过打圈成至少一个圆圈，在二级有源光纤尾纤处，二级有源纤输出端盘绕至少两圈所述二级有源光纤，所述二级有源光纤通过S形首尾相接并设置为至少五个S形瓣状弯曲。借此，本实用新型获得比较小的光束质量使得能量越集中，进而易于增加的功率密度。
【IPC分类】H01S3/10, H01S3/067
【公开号】CN205004614
【申请号】CN201520717176
【发明人】居剑, 刘一然, 李连城, 蒋峰
【申请人】深圳市创鑫激光股份有限公司
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年9月16日