专利名称：输出激光光束质量连续可调的光纤激光器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光纤激光器，特别是一种输出激光光束质量连续可调的光纤激 光器，利用粗芯多模双包层光纤中不同模式的弯曲损耗特性，进行模式控制，实现 输出激光光束质量的连续可调。
背景技术：
双包层光纤激光器的特点和优点在于其独特的波导结构，可以实现近衍射极限 的单模激光输出。但是单模条件的限制使得光纤的纤芯直径依然很小。采用粗芯多
模光纤虽然解决了高功率下光纤端面可能的光损伤和非线性效应问题，但输出激光 的光束质量下降，为了提高光束质量，人们采用各种方法来改善光束质量。但有关 输出光束质量连续可变的光纤激光器，目前尚未见报道。
人们根据Marcuse的弯曲损耗理论提出了一种基于光纤宏弯损耗的模式选择技 术，将光纤紧密地缠绕在一定半径的圆柱体上实现了多模双包层光纤的单模激光振 荡或放大输出。但是在这种方法中，圆柱体的半径是固定的，因而光纤盘绕弯曲的 半径也是固定的，无法实现可变光束质量的激光输出。若要改变输出激光的光束质 量，必须将光纤重新缠绕在另一不同半径的圆柱体上，费时费力，操作不便，并且 容易损坏光纤。
发明内容
为了克服上述现有光纤激光器激光光束质量不可连续改变的技术难题，本实用 新型提出了一种输出激光光束质量连续可调的光纤激光器，该光纤激光器不需要重 新进行光纤缠绕，就能够实现输出光束质量的方便调节。
本实用新型的技术解决方案如下
采用粗芯多模的双包层光纤作为增益介质，利用纤芯中不同模式的弯曲损耗特 性不同来进行选模，通过改变光纤弯曲的程度来控制光束质量。采用的技术方案是 将粗芯双包层光纤依靠其自身张力紧贴于金属筒的内壁，通过外力挤压金属筒使之 横截面变成椭圆，在椭圆的长轴两端，曲率半径比原来的圆柱面要小，达到光纤盘 绕半径变小的目的。当需要不同输出光束质量的激光时，通过改变圆筒横截面的形 状就可以方便快捷的实现。本实用新型的具体技术解决方案如下
一种输出激光光束质量连续可调的光纤激光器，包括半导体激光泵浦源、光纤 光栅和有源粗芯双包层光纤，所述的半导体激光泵浦源的尾纤与所述的光纤光栅熔 接，其特征在于还有金属筒、调节器和准直透镜，所述的有源粗芯双包层光纤紧贴 于所述的金属筒的内侧盘绕，所述的有源粗芯双包层光纤的输入端与所述的光纤光 栅熔接，该有源粗芯双包层光纤的输出端接所述的准直透镜，所述的调节器是由从 侧面穿过所述的金属筒直径的螺栓和套在该螺栓另一端的调节螺母组成。
所述的有源粗芯双包层光纤的纤芯材料是掺杂稀土镱离子或钕离子的石英或是 玻璃。
所述的有源粗芯双包层光纤纤芯的直径大于18拜，光纤内包层的横截面是矩 形，或D形，或其它多边形。
所述的半导体激光泵浦源是通过尾纤输出的半导体激光器，其发射波长与所述 的有源粗芯双包层光纤纤芯材料的吸收波长相匹配，所述的尾纤的直径和数值孔径 均不大于所述的有源粗芯双包层光纤内包层的相应参数。
所述的光纤光栅是双包层结构的光纤光栅，是刻写有与所述的有源粗芯双包层 光纤的激射波长相一致的高反射率的光纤光栅，所述的光纤光栅纤芯和内包层的直 径和数值孔径与所述的有源粗芯双包层光纤的直径和数值孔径一致。
所述的金属筒由具有良好的弹性和柔韧性的金属片制成，该金属筒的直径小于 10cm。
所述的半导体激光泵浦源发出的泵浦光通过光纤光栅耦合入有源粗芯双包层光 纤的内包层，实现纤芯中的粒子数反转，产生的激光通过准直透镜准直输出。通过 调节器使圆筒的横截面从圆变成椭圆，双包层光纤的盘绕曲率半径也随之相应改变， 从而实现对输出激光光束质量的调节。
本实用新型的技术效果
本实用新型的输出激光光束质量连续可调的光纤激光器通过改变金属筒柱面的 形状来改变双包层光纤的弯曲半径，从而实现了输出光束质量的调节。与在先技术 相比较，不需要重新缠绕光纤，通过调节调节器的螺母即可实现光束质量的调节， 本^f用新型具有结构简单，调节方便的特点。
图1为本实用新型输出激光光束质量连续可调的光纤激光器的结构示意图
图2是本实用新型的金属筒及调节器的俯视图
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明，但不应以此限制本实用新 型的保护范围。
先请参阅图1和图2，由图可见，本实用新型输出激光光束质量连续可调的光 纤激光器，包括半导体激光泵浦源l、光纤光栅2和有源粗芯双包层光纤3，所述的 半导体激光泵浦源1的尾纤与所述的光纤光栅2熔接，其特点是还有金属筒4、调 节器5和准直透镜6，所述的有源粗芯双包层光纤3紧贴于所述的金属筒4的内侧 盘绕，所述的有源粗芯双包层光纤3的输入端与所述的光纤光栅2熔接，该有源粗 芯双包层光纤3的输出端接所述的准直透镜6，所说的调节器5是由从侧面穿过所 述的金属筒4直径的螺栓和套在该螺栓另一端的调节螺母组成。
下面是实施例情况
本实施例中，有源粗芯双包层光纤3的纤芯材料是掺杂￥1>3+离子的石英玻璃， 波长的吸收峰在915nm， 940nm和975nm。半导体激光泵浦源1发出的光经过光纤 光栅2进入有源粗芯双包层光纤3，光纤光栅2是对泵浦光全透，对有源粗芯双包 层光纤3的激发波长全反的光纤光栅，在双包层光纤3中，受到光纤弯曲产生的模 式损耗，进行模式控制，通过准直透镜6输出光束质量好的激光。
列举一个具体实施例的物理参数如下
如图1所示，泵浦源1为半导体激光器，中心波长在975nm，通过尾纤输出， 光纤直径为400Mm，数值孔径为0.44，输出功率为30W。半导体激光器的尾纤和双 包层光纤光栅2直接熔接在一起，该光纤光栅2的纤芯直径为30pm,数值孔径NA 为0.08，中心波长在1085nm，带宽0.5nm，反射率99.4%。光纤光栅2与有源粗芯 双包层光纤3直径熔接，使泵浦光全部耦合入有源粗芯双包层光纤3的内包层中。 有源粗芯双包层光纤3为掺￥1)3+粗芯多模光纤，纤芯直径为30jim，数值孔径NA为 0.08,内包层直径为400nm,数值孔径NA为0.46，光纤长度为10米。有源粗芯双 包层光纤3紧贴于金属筒4的内侧，金属筒的直径为10cm,材料为具有较好弹性和 韧性的铜基合金，金属筒的高度为5cm。调节器5安装在金属筒4侧面中央正对的 位置，通过旋转调节螺母对金属筒4施加压力，改变其形状为椭圆，在椭圆面的长 轴两端，弯曲半径比原来的圆柱面要小，使有源粗芯双包层光纤3的弯曲半径变小，增加高阶模的损耗，提髙输出光束质量。通过调节器5连续改变金属筒4的截面形 状，就可获得不同光束质量的激光输出，光束质量因子\12可在2.4 1.1连续改变。 综上所述，本实用新型的输出激光光束质量连续可调的光纤激光器，釆用一个 半导体激光器作为泵浦源，釆用一个髙反射率在1085nm波长的光纤光栅2作为谐 振腔镜，将有源粗芯双包层光纤紧贴于金属筒内壁盘绕，通过改变金属筒的截面形 状实现了输出激光光束质量的调节。本实用新型可以获得光束质量连续可调的输出 激光，具有结构简单和操作方便的特点，便于推广应用。
权利要求1、一种输出激光光束质量连续可调的光纤激光器，包括半导体激光泵浦源(1)、光纤光栅(2)和有源粗芯双包层光纤(3)，所述的半导体激光泵浦源(1)的尾纤与所述的光纤光栅(2)熔接，其特征在于还有金属筒(4)、调节器(5)和准直透镜(6)，所述的有源粗芯双包层光纤(3)紧贴于所述的金属筒(4)的内侧盘绕，所述的有源粗芯双包层光纤(3)的输入端与所述的光纤光栅(2)熔接，该有源粗芯双包层光纤(3)的输出端接所述的准直透镜(6)，所述的调节器(5)是由从侧面穿过所述的金属筒(4)直径的螺栓和套在该螺栓另一端的调节螺母组成。
2、根据权利要求1所述的输出激光光束质量连续可调的双包层光纤激光器，其 特征在于所述的有源粗芯双包层光纤(3)的纤芯材料是掺杂稀土镱离子或钕离子的 石英或是玻璃。
3、 根据权利要求2所述的输出激光光束质量连续可调的双包层光纤激光器，其 特征在于所述的有源粗芯双包层光纤(3)纤芯的直径大于18阿，光纤内包层的横 截面是矩形，或D形，或其它多边形。
4、 根据权利要求1所述的输出激光光束质量连续可调的双包层光纤激光器，其 特征在于所述的半导体激光泵浦源(1)是通过尾纤输出的半导体激光器，其发射波 长与所述的有源粗芯双包层光纤(3)纤芯材料的吸收波长相匹配，所述的尾纤的直 径和数值孔径均不大于所述的有源粗芯双包层光纤(3)内包层的相应参数。
5、 根据权利书要求1所述的输出激光光束质量连续可调的双包层光纤激光器， 其特征在于所述的光纤光栅(2)是双包层结构的光纤光栅，是刻写有与所述的有源 粗芯双包层光纤(3)的激射波长相一致的高反射率的光纤光栅，所述的光纤光栅(2) 纤芯和内包层的直径和数值孔径与所述的有源粗芯双包层光纤(3)的直径和数值孔 径一致。
6、 根据权利书要求1所述的输出激光光束质量连续可调的双包层光纤激光器， 其特征在于所述的金属筒(4)由具有良好的弹性和柔韧性的金属片制成，该金属筒(4)的直径小于10cm。
专利摘要一种输出激光光束质量连续可调的光纤激光器，包括半导体激光泵浦源、光纤光栅和有源粗芯双包层光纤，所述的半导体激光泵浦源的尾纤与所述的光纤光栅熔接，其特征在于还有金属筒、调节器和准直透镜，所述的有源粗芯双包层光纤紧贴于所述的金属筒的内侧盘绕，所述的有源粗芯双包层光纤的输入端与所述的光纤光栅熔接，该有源粗芯双包层光纤的输出端接所述的准直透镜，所述的调节器是由从侧面穿过所述的金属筒直径的螺栓和套在该螺栓另一端的调节螺母组成。本实用新型可以获得光束质量连续可调的输出激光，具有结构简单和操作方便的特点，便于推广。
文档编号H01S3/067GK201160194SQ200820055758
公开日2008年12月3日 申请日期2008年2月27日 优先权日2008年2月27日
发明者军 周, 楼祺洪, 董景星, 薛宇豪, 魏运荣 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所