专利名称：100w连续全光纤激光器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种IOOW连续全光纤激光器。
背景技术：
高功率光纤激光器因其具有效率高、体积小、散热性能好、输出光束质量好和易于 实现高功率等特点，与其他固体激光器及气体激光器相比，具有比较明显的优势，已引起人 们的极大兴趣。可广泛应用于打标、整形、微机械加工和激光医学等领域，是当今光电信息 领域比较前沿的方向之一。 国内外只有少数几家单位在做这方面的研究，国外比较著名的主要有英国的南安 普顿大学光电研究中心、德国Jena大学、法国的以AmmarHideur为首的研究组等。国内的 南开大学、中科院上海光机所，清华大学等单位也对这方面进行了研究。但这些研究主要是 在实验室内进行的，大多采用了较多的自由空间元件，如光学镜片、精密机械调整架等，不 是全光纤结构，不易于实现产品化。
发明内容本实用新型的目的为了克服上述现有技术存在的问题及缺点，提供一种100W连 续全光纤激光器，本实用新型为全光纤结构，整个系统只需简单风冷。具有紧凑、高可靠性、 光束质量好、转换效率高、散热效果好等显著优点，易于实现产品化。 本实用新型的技术方案为 100W连续全光纤激光器的结构，如图1所示，由主振荡器1和功率放大器2两部 分构成，其特征在于其中主振荡器1由带尾纤二极管泵浦源101、侧边耦合器102、信号光 反射光纤光栅103、双包层掺镱光纤104、输出耦合光纤光栅105组成，侧边耦合器102中泵 浦输入光纤与带尾纤二极管泵浦源101相连，侧边耦合器102中输出光纤和信号光反射光 纤光栅103相连，信号光反射光纤光栅103另一端经双包层掺镱光纤104与输出耦合光纤 光栅105相连；输出耦合光纤光栅105的输出端与功率放大器2的侧边耦合器202的信号 输入端相连。所述的功率放大器2由带尾纤二极管泵浦源201、侧边耦合器202、双包层掺 镱光纤203、输出耦合光纤204构成，侧边耦合器202中泵浦输入光纤与带尾纤二极管泵浦 源201相连，侧边耦合器202中输出光纤经双包层掺镱光纤203与输出耦合光纤204相连。 在主振荡器1中，输出平均功率IOW左右的种子激光，随后注入功率放大器2进行放大，可 获得平均功率100W的激光，随后通过输出耦合光纤204输出。 所述的主振荡器1的带尾纤二极管泵浦源101输出波长为915nm，输出功率为 20W，尾纤为多模光纤。掺镱光纤激光器的泵浦源一般采用915nm或975nm波长半导体激光 器，由于掺镱光纤在915nm附近具有更宽的吸收谱线，故本实用新型选用915nm带尾纤的半 导体激光器用作泵浦源。 所述的主振荡器1的侧边耦合器102具有较大的反向隔离度，保证带尾纤半导体 泵浦源101不会因为反馈过大而致损坏；同时具有较小的耦合损耗，一般小于0. 2dB，保证泵浦光能通过其有效注入掺镱光纤。其结构参见先专利(专利号ZL 03128067. 6)，其中一 根输入光纤为多模光纤，与带尾纤二极管泵浦源101熔接在一起。 所述的信号光反射光纤光栅103对915nm泵浦光高透，透射率大于99% ;对信号 光1064nm高反，一般反射效率在98%以上。 所述的主振荡器1的双包层掺镱光纤104，为双包层光纤，其纤芯材料是激光工作 物质，为掺镱石英玻璃；内包层的横截面是矩形、D形、六角形或是非圆形的其它形状。为单 模光纤，保证了主振荡1输出的种子光具有近衍射极限的光束质量。 所述的主振荡器1的输出耦合光纤光栅105对915nm泵浦光高透，透射率大于 99%;对信号光1064nm部分反射，反射率一般为5% -20%。其与主振荡器1的信号光反射 光纤光栅103构成激光器的谐振腔，反射波长与主振荡器1的信号光反射光纤光栅103的 反射波长严格匹配。 所述的功率放大器2的带尾纤二极管泵浦源201输出波长为915nm，输出功率为 200W，尾纤为多模光纤。掺镱光纤激光器的泵浦源一般采用915nm或975nm波长半导体激 光器，由于掺镱光纤在915nm附近具有更宽的吸收谱线，故本实用新型选用915nm带尾纤的 半导体激光器用作泵浦源。 所述的功率放大器2的侧边耦合器202具有较大的反向隔离度、较小的插入损耗 和耦合损耗，一般均小于0. 2dB，保证泵浦光能通过其有效注入掺镱光纤。其结构参见先专 利(专利号ZL 03128067.6)。输入光纤其中一根为多模光纤，与带尾纤二极管泵浦源201 的输出光纤熔接在一起；另一根输入光纤为双包层光纤，与主振荡器1中的输出耦合光纤 光栅105相熔接。 所述的功率放大器2的双包层掺镱光纤203，为大模面积双包层光纤。其纤芯材料 是激光工作物质，为掺镱石英玻璃；内包层的横截面是矩形、D形、六角形或是非圆形的其 它形状。与主振荡器1的的双包层掺镱光纤104相比，其具有更大的纤芯尺寸。根据所采 用的不同参数光纤，选用适当的直径盘绕起来，保证从放大器输出的激光具有较好的光束质量。 所述的功率放大器2的输出耦合光纤204，为被动光纤，其纤芯直径和数值孔径与 功率放大器2的双包层掺镱光纤203相匹配，保证两者之间较小的熔接损耗。输出端呈8 度倾角抛光并镀有信号光增透膜，以抑制功率放大器2的双包层掺镱光纤203内的自激振 荡。 与先技术相比，本实用新型为全光纤结构，整个系统只需简单风冷。具有紧凑、高 可靠性、光束质量好、转换效率高、散热效果好等显著优点，易于实现产品化。
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进行详细的说明 如图1所示，本实用新型由主振荡器1和功率放大器2两部分构成，其中主振荡器 1由带尾纤二极管泵浦源101、侧边耦合器102、信号光反射光纤光栅103、双包层掺镱光纤104、输出耦合光纤光栅105组成，侧边耦合器102中泵浦输入光纤与带尾纤二极管泵浦源 101相连，侧边耦合器102中输出光纤和信号光反射光纤光栅103相连，信号光反射光纤光 栅103另一端经双包层掺镱光纤104与输出耦合光纤光栅105相连；输出耦合光纤光栅105 的输出端与功率放大器2的侧边耦合器202的信号输入端相连。所述的功率放大器2由带 尾纤二极管泵浦源201 、侧边耦合器202、双包层掺镱光纤203、输出耦合光纤204构成，侧边 耦合器202中泵浦输入光纤与带尾纤二极管泵浦源201相连，侧边耦合器202中输出光纤 经双包层掺镱光纤203与输出耦合光纤204相连。在主振荡器1中，输出平均功率IOW左 右的种子激光，随后注入功率放大器2进行放大，可获得平均功率100W的激光，随后通过输 出耦合光纤204输出。 所述的主振荡器1的带尾纤二极管泵浦源101输出波长为915nm，输出功率为 20W，尾纤为多模光纤。掺镱光纤激光器的泵浦源一般采用915nm或975nm波长半导体激光 器，由于掺镱光纤在915nm附近具有更宽的吸收谱线，故本实用新型选用915nm带尾纤的半 导体激光器用作泵浦源。 所述的主振荡器1的侧边耦合器102具有较大的反向隔离度，保证带尾纤半导体 泵浦源101不会因为反馈过大而致损坏；同时具有较小的耦合损耗，一般小于0. 2dB，保证 泵浦光能通过其有效注入掺镱光纤。其结构参见先专利(专利号ZL 03128067. 6)，其中一 根输入光纤为多模光纤，与带尾纤二极管泵浦源101熔接在一起。 所述的信号光反射光纤光栅103对915nm泵浦光高透，透射率大于99% ;对信号 光1064nm高反，一般反射效率在98%以上。 所述的主振荡器1的双包层掺镱光纤104，为双包层光纤，其纤芯材料是激光工作 物质，为掺镱石英玻璃；内包层的横截面是矩形、D形、六角形或是非圆形的其它形状。为单 模光纤，保证了主振荡1输出的种子光具有近衍射极限的光束质量。 所述的主振荡器1的输出耦合光纤光栅105对915nm泵浦光高透，透射率大于 99%;对信号光1064nm部分反射，反射率一般为5% -20%。其与主振荡器1的信号光反射 光纤光栅103构成激光器的谐振腔，反射波长与主振荡器1的信号光反射光纤光栅103的 反射波长严格匹配。 所述的功率放大器2的带尾纤二极管泵浦源201输出波长为915nm，输出功率为 200W，尾纤为多模光纤。掺镱光纤激光器的泵浦源一般采用915nm或975nm波长半导体激 光器，由于掺镱光纤在915nm附近具有更宽的吸收谱线，故本实用新型选用915nm带尾纤的 半导体激光器用作泵浦源。 所述的功率放大器2的侧边耦合器202具有较大的反向隔离度、较小的插入损耗 和耦合损耗，一般均小于0. 2dB，保证泵浦光能通过其有效注入掺镱光纤。其结构参见先专 利(专利号ZL 03128067.6)。输入光纤其中一根为多模光纤，与带尾纤二极管泵浦源201 的输出光纤熔接在一起；另一根输入光纤为双包层光纤，与主振荡器1中的输出耦合光纤 光栅105相熔接。 所述的功率放大器2的双包层掺镱光纤203，为大模面积双包层光纤。其纤芯材料 是激光工作物质，为掺镱石英玻璃；内包层的横截面是矩形、D形、六角形或是非圆形的其 它形状。与主振荡器1的双包层掺镱光纤104相比，其具有更大的纤芯尺寸。根据所采用的 不同参数光纤，选用适当的直径盘绕起来，保证从放大器输出的激光具有较好的光束质量。[0028] 所述的功率放大器2的输出耦合光纤204，为被动光纤，其纤芯直径和数值孔径与 功率放大器2的双包层掺镱光纤203相匹配，保证两者之间较小的熔接损耗。输出端呈8 度倾角抛光并镀有信号光增透膜，以抑制功率放大器2的双包层掺镱光纤203内的自激振 荡。 如图1所示的结构。将主振荡器1的带尾纤半导体泵浦源101的尾纤分别与主振 荡器1的侧边耦合器10)输入端的多模光纤熔接在一起；侧边耦合器102输出端与信号光 反射光纤光栅103相熔接；然后跟双包层掺镱光纤104熔接在一起；随后跟输出耦合光纤 光栅105熔接在一起。然后，输出耦合光纤光栅105与功率放大器2的侧边耦合器202输 入端的双包层光纤相熔接，功率放大器2的带尾纤半导体泵浦源201的输出端分别与功率 放大器2的侧边耦合器202输入端的多模光纤熔接在一起；功率放大器2的侧边耦合器202 的输出端跟双包层掺镱光纤203相熔接，最后再熔接输出耦合光纤204。这就完成了 MOPA 结构的100W连续全光纤激光器。 我们采用这种结构，得到主振荡器的输出功率为10.5W，经过放大器放大后，输出 平均功率可达ioow。
权利要求100W连续全光纤激光器，由主振荡器(1)和功率放大器(2)两部分构成，其特征在于其中主振荡器(1)由带尾纤二极管泵浦源(101)、侧边耦合器(102)、信号光反射光纤光栅(103)、双包层掺镱光纤(104)、输出耦合光纤光栅(105)组成，侧边耦合器(102)中泵浦输入光纤与带尾纤二极管泵浦源(101)相连，侧边耦合器(102)中输出光纤和信号光反射光纤光栅(103)相连，信号光反射光纤光栅(103)另一端经双包层掺镱光纤(104)与输出耦合光纤光栅(105)相连；输出耦合光纤光栅(105)的输出端与功率放大器(2)的侧边耦合器(202)的信号输入端相连。
2. 根据权利要求1所述的IOOW连续全光纤激光器的结构，其特征在于所述的功率放 大器(2)由带尾纤二极管泵浦源(201)、侧边耦合器(202)、双包层掺镱光纤(203)、输出耦 合光纤(204)构成，侧边耦合器(202)中泵浦输入光纤与带尾纤二极管泵浦源(201)相连， 侧边耦合器(102)中输出光纤经双包层掺镱光纤(203)与输出耦合光纤(204)相连。
3. 根据权利要求1所述的IOOW连续全光纤激光器的结构，其特征在于所述的主振荡 器(1)的带尾纤二极管泵浦源(101)输出波长为915nm，输出功率为20W，尾纤为多模光纤。
4. 根据权利要求1所述的IOOW连续全光纤激光器的结构，其特征在于所述的主振荡 器(1)的侧边耦合器(102)的输入光纤中一根为多模光纤，与带尾纤二极管泵浦源(101) 熔接。
5. 根据权利要求1所述的IOOW连续全光纤激光器的结构，其特征在于所述的主振荡 器(1)的信号光反射光纤光栅(103)对915nm泵浦光高透，透过率一般在99X以上，对信号 光高反，反射率一般高于98%。
6. 根据权利要求书1所述的IOOW连续全光纤激光器的结构，其特征在于所述的主振 荡器(1)的双包层掺镱光纤(104)，为单模双包层光纤。
7. 根据权利要求1所述的IOOW连续全光纤激光器的结构，其特征在于所述的主振荡 器(1)的输出耦合光纤光栅(105)对915nm泵浦光高透，透过率在99X以上，对信号光部分 反射，反射率为5% _20%，并与信号光反射光纤光栅(103)构成激光器的谐振腔。
8. 根据权利要求2所述的IOOW连续全光纤激光器的结构，其特征在于所述的功率放 大器(2)的带尾纤二极管泵浦源(201)输出波长为915nm，输出功率为200W，尾纤为多模光 纤。
9. 根据权利要求2所述的IOOW连续全光纤激光器的结构，其特征在于所述的功率放 大器(2)的侧边耦合器(202)的输入光纤中一根为双包层光纤，与主振荡器(1)中的输出 耦合光纤光栅(105)熔接在一起，另一根为多模光纤，与带尾纤的泵浦源(201)熔接在一 起。
10. 根据权利要求2所述的IOOW连续全光纤激光器的结构，其特征在于所述的功率 放大器(2)的双包层掺镱光纤(203)为大模面积双包层光纤。
11. 根据权利要求2所述的IOOW连续全光纤激光器的结构，其特征在于所述的功率 放大器(2)的输出耦合光纤(204)，输出端呈8度倾角抛光并镀有信号光增透膜。
专利摘要本实用新型涉及一种100W连续全光纤激光器的结构，由主振荡器和功率放大器两部分构成，其中主振荡器由带尾纤二极管泵浦源、侧边耦合器、信号光反射光纤光栅、双包层掺镱光纤、输出耦合光纤光栅组成，侧边耦合器中泵浦输入光纤与带尾纤二极管泵浦源相连，侧边耦合器中输出光纤和信号光反射光纤光栅相连，信号光反射光纤光栅另一端经双包层掺镱光纤与输出耦合光纤光栅相连；输出耦合光纤光栅的输出端与功率放大器的侧边耦合器的信号输入端相连。本实用新型为全光纤结构，整个系统只需简单风冷。具有紧凑、高可靠性、光束质量好、转换效率高、散热效果好等显著优点，易于实现产品化。
文档编号H01S3/08GK201490563SQ200920162478
公开日2010年5月26日 申请日期2009年7月29日 优先权日2009年7月29日
发明者刘晓旭, 李乔, 李 杰, 李立波, 闵大勇, 阎大鹏, 阎长鹍 申请人:武汉锐科光纤激光器技术有限责任公司