连续光纤激光模块的制作方法

本实用新型涉及光纤激光技术领域，特别是涉及一种连续光纤激光模块。

背景技术：

光纤激光器具有具有体积小、重量轻、结构紧凑灵活、免调节、免维护、高稳定性的优点，能在恶劣的环境中工作，即对灰尘、振荡、冲击、湿度和温度具有很高的容忍度，这是传统激光器无法比的。在一些特殊应用场合需要高度集成、要求体积小、重量轻、稳定性良好、输出质量好的激光器，例如激光枪中，就需要集成度极高的激光器发生模块。

激光器的体积及重量问题限制光纤激光器在特殊领域的应用。例如在激光枪中，要求激光器要有较高的集成度，且重量要求极低。

需要在保证激光器性能的前提下，减小激光光源的体积和重量，传统的光纤激光器，当激光输出功率达到百瓦级时通常采用水冷或者风冷的冷却方式，其中使用水冷方式冷却激光器需要水冷板和水冷机，而风冷则利用了散热风扇，两种散热方式均大大增加了激光器的重量和体积。

技术实现要素：

基于此，有必要针对水冷或风冷的冷却方式导致激光器的重量和体积较大的问题，提供一种连续光纤激光模块。

一种连续光纤激光模块，包括外壳组件、及安装在所述外壳组件中的光路组件；所述外壳组件包括底盖、及连接所述底盖的中盖；所述底盖包括第一圆盘部、及连接所述第一圆盘部的第一外延部；所述第一圆盘部的内侧设有吸热槽，所述吸热槽承线状且螺旋设置；所述光路组件包括泵浦合束器、连接所述泵浦合束器的若干泵浦源、及连接所述泵浦合束器的光纤谐振腔；所述泵浦源连接所述泵浦合束器的输入端；所述光纤谐振腔包括连接所述泵浦合束器输出端的高反光栅、连接所述高反光栅的有源光纤、及连接所述有源光纤的低反光栅；所述有源光纤包括接收段及出射段，所述有源光纤的接收段连接所述高反光栅；所述有源光纤的接收段与所述吸热槽对应螺旋设置，且所述有源光纤的接收段容置在所述吸热槽中。

上述连续光纤激光模块，通过第一圆盘部的内侧设有吸热槽，吸热槽承线状且螺旋设置，同时，有源光纤的接收段与吸热槽对应螺旋设置，且容置在吸热槽中，接收段的重合处受到第一圆盘部的限制而相互间隔，故接收段与第一圆盘部之间具有较大的接触面积，从而在被动散热的条件下，能将有源光纤上的热量快速传导底盖的外侧表面。

在其中一个实施例中，所述中盖包括与所述第一圆盘部对应的第二圆盘部、及连接所述第二圆盘部的第二外延部；所述第二外延部与所述第一外延部对应设置；所述高反光栅及所述低反光栅安装在所述第二圆盘部上且背向所述第一圆盘部的一侧；所述第二圆盘部与所述第一圆盘部叠合连接。

在其中一个实施例中，所述第二圆盘部上设有通孔，所述有源光纤穿过所述通孔后连接所述高反光栅或所述低反光栅。

在其中一个实施例中，所述外壳组件还包括安装在所述中盖一侧的上盖，所述上盖与所述中盖对应设置。

在其中一个实施例中，所述中盖及所述上盖的材质为镁铝合金。

在其中一个实施例中，所述高反光栅设有第一入射端及反射端，所述低反光栅设有第二入射端及出射端，所述高反光栅的第一入射端连接所述泵浦合束器，所述高反光栅的反射端连接所述有源光纤的接收段，所述低反光栅的第二入射端连接所述有源光纤的出射段。

在其中一个实施例中，所述高反光栅的反射端与所述有源光纤的连接处、及所述低反光栅的第二入射端与所述有源光纤的连接处附着有低折射胶点。

在其中一个实施例中，所述泵浦合束器包括第一泵浦臂、第二泵浦臂和信号臂；所述泵浦合束器的第一泵浦臂及第二泵浦臂分别连接所述泵浦源，所述信号臂的端部作为合束端，连接所述高反光栅。

在其中一个实施例中，所述泵浦源为半导体激光器。

在其中一个实施例中，所述光路组件还包括连接所述低反光栅的QBH尾纤，所述QBH尾纤的输入端与所述低反光栅出射端连接。

附图说明

图1为本实用新型的一较佳实施例的连续光纤激光模块的立体示意图；

图2为图1所示的连续光纤激光模块的分解示意图；

图3为图1所示的连续光纤激光模块在另一角度的分解示意图；

图4为连续光纤激光模块的光路结构图；

图5为吸热槽与有源光纤的接收段之间的配合关系图；

图6为连续光纤激光模块的光谱输出图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将对本实用新型进行更全面的描述。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

请参阅图1至图6，为本实用新型一较佳实施方式的连续光纤激光模块100，用于产生激光输出。该连续光纤激光模块100包括外壳组件20、及安装在外壳组件20中的光路组件30；外壳组件20包括底盖21、及连接底盖21的中盖22；底盖21包括第一圆盘部211、及连接第一圆盘部211的第一外延部212；第一圆盘部211的内侧设有吸热槽213，吸热槽213承线状且螺旋设置；光路组件30包括泵浦合束器31、连接泵浦合束器31的若干泵浦源32、及连接泵浦合束器31的光纤谐振腔；泵浦源32连接泵浦合束器31的输入端；光纤谐振腔包括连接泵浦合束器31输出端的高反光栅331、连接高反光栅331的有源光纤332、及连接有源光纤332的低反光栅333；有源光纤332包括接收段及出射段，有源光纤332的接收段连接高反光栅331；有源光纤332的接收段与吸热槽213对应螺旋设置，且有源光纤332的接收段容置在吸热槽213中。

通过第一圆盘部211的内侧设有吸热槽213，吸热槽213承线状且螺旋设置，同时，有源光纤332的接收段与吸热槽213对应螺旋设置，且容置在吸热槽213中，接收段的重合处受到第一圆盘部211的限制而相互间隔，故接收段与第一圆盘部211之间具有较大的接触面积，从而在被动散热的条件下，能将有源光纤332上的热量快速传导底盖21的外侧表面，有效减少激光器的重量和体积。

请参阅图2，在其中一个实施方式中，为有效控制连续光纤激光模块100的面积，中盖22包括与第一圆盘部211对应的第二圆盘部221、及连接第二圆盘部221的第二外延部222；第二外延部222与第一外延部212对应设置；高反光栅331及低反光栅333安装在第二圆盘部221上且背向第一圆盘部211的一侧；第二圆盘部221与第一圆盘部211叠合连接，由于高反光栅331及低反光栅333安装在第二圆盘部221的一侧，令高反光栅331、低反光栅333可与有源光纤332重叠，从而可避免因安装高反光栅331及低反光栅333而使底盖21的面积增大，由于高反光栅331、低反光栅333与有源光纤332之间受到第二圆盘部221的隔离，从而可减少有源光纤332散热对高反光栅331及低反光栅333所产生的影响；在本实施方式中，泵浦源32设置在外壳组件20外侧，且与泵浦源32耦合的尾纤通过第二外延部222进入外壳组件20内，为使外壳组件20内的光路简洁，泵浦合束器31安装在第二外延部222上，从而减少与泵浦源32耦合的尾纤的延伸长度。

请参阅图2及图3，在其中一个实施方式中，方便有源光纤332与高反光栅331、低反光栅333的连接，第二圆盘部221上设有通孔223，有源光纤332穿过通孔223后连接高反光栅331或低反光栅333。

在其中一个实施方式中，为向安装在中盖22上的高反光栅331、低反光栅333及泵浦合束器31提供保护，外壳组件20还包括安装在中盖22一侧的上盖23，上盖23与中盖22对应设置；具体地，中盖22的边缘与上盖23的边缘贴合设置，从而使高反光栅331、低反光栅333及泵浦合束器31密封在中盖22内。

在其中一个实施方式中，为减少连续光纤激光模块100的重量及保证外壳组件20对光路组件30的散热效果，中盖22及上盖23的材质为镁铝合金。

请参阅图4，在其中一个实施方式中，高反光栅331设有第一入射端及反射端，低反光栅333设有第二入射端及出射端，高反光栅331的第一入射端连接泵浦合束器31，高反光栅331的反射端连接有源光纤332的接收段，低反光栅333的第二入射端连接有源光纤332的出射段；具体地，有源光纤332作为增益介质，用于接收泵浦合束器31输出的泵浦光，有源光纤332使用规格为12/250的双包层掺镱光纤；具体地，泵浦源32产生的泵浦光经泵浦合束器31合束后，透射高反光栅331进入有源光纤332，有源光纤332对合束后的泵浦光进行吸收，并产生相应波长的激光信号，并经低反光栅333部分输出；高反光栅331是指反射率高的光纤光栅，主要用于反射放大后的激光信号，待反射的激光信号通过其反射端射入高反光栅331的反射部件，经高反光栅331的反射部件反射后的激光信号也通过其反射端射出；可选地，高反光栅331的反射率为99.5％；低反光栅333是指反射率低的光纤光栅，也用于部分反射放大后的激光信号，待反射的激光信号通过第二入射端射入低反光栅333的反射部件，经低反光栅333的反射部件反射后的激光信号也通过其第二入射端部分反射，未经反射的激光信号则从其出射端射出；可选地，低反光栅333的反射率为10％；可选地，高反光栅331及低反光栅333为在12/250双包层光纤刻写的啁啾光栅。

在其中一个实施方式中，为保证泵浦光不泄露出光纤，高反光栅331的反射端与有源光纤332的连接处、及低反光栅333的第二入射端与有源光纤332的连接处附着有低折射胶点；具体地，泵浦合束器31的合束端与高反光栅331的第一入射端的连接处也附着有低折射胶点。

在其中一个实施方式中，泵浦合束器31包括第一泵浦臂、第二泵浦臂和信号臂；泵浦合束器31的第一泵浦臂及第二泵浦臂分别连接泵浦源32，信号臂的端部作为合束端，连接高反光栅331；具体地，第一泵浦臂、第二泵浦臂为105/125um的双包层光纤，其纤芯直径是105um，包层直径是125um；信号臂为12/250um的双包层光纤，其纤芯直径是12um，包层直径是250um；泵浦源32产生的泵浦光通过泵浦臂耦合到信号臂的内包层中。

在其中一个实施方式中，泵浦源32为半导体激光器；在本实施方式中，为实现70w连续光纤激光的输出，泵浦源32的数量为二，第一泵浦臂及第二泵浦臂分别连接泵浦源32，泵浦源32的功率为85w，波长为915nm。

在其中一个实施方式中，为避免从低反光栅333出射的激光信号被反射回光纤激光谐振腔内，光路组件30还包括连接低反光栅333的QBH尾纤34，QBH尾纤34的输入端与低反光栅333出射端连接；具体地，QBH尾纤34为12/250光纤，且设置在外壳组件20外侧。

在其中一个实施方式中，为滤除未被吸收的泵浦光，保证输出激光的光束质量，QBH尾纤34的输入端与低反光栅333出射端的连接处附着有低折射胶点。

连续光纤激光模块100在运行时，由于有源光纤332的接收段靠近泵浦源32，故光路组件30的主要热量集中在有源光纤332的接收段上，由于吸热槽213螺旋设置在第一圆盘部211内侧，有源光纤332的接收段容置在吸热槽213中，故吸热槽213具有较大的接触面积，与有源光纤332的接收段的表面充分接触，有源光纤332的接收段所产生的热量能充分传递到底盖21上，从而能有效保证有源光纤332的散热效率；在本实施方式中，吸热槽213的延伸长度为3m。

具体地，第一圆盘部211的内侧延伸有定位环214，有源光纤332的出射段依次盘绕在定位环214与吸热槽213之间，可根据出射段的长度分层重叠，从而避免因吸热槽213延伸长度过长，而导致外壳组件20的体积过大，同时保证出射段也可以得到有效的散热；为保证对有源光纤332的散热效果，底盖21采用铝合金材质。进一步地，为减少连续光纤激光器的重量，底盖21的第一延伸部上设有空置槽215；具体地，有源光纤332为12/250um的双包层掺镱光纤。

请参阅图6，本实用新型的连续光纤激光模块100可将重量控制在1.3KG一下，在这种轻重量小体积的情况下，输出功率可达73.8W；光谱中心波长为1080.56nm，3dB谱宽为1.30nm，能够保持较窄线宽输出；在连续开光3分钟过程中，输出功率从73.45W上升至73.83W，功率波动小于1％。

本实施例中，通过第一圆盘部的内侧设有吸热槽，吸热槽承线状且螺旋设置，同时，有源光纤的接收段与吸热槽对应螺旋设置，且容置在吸热槽中，接收段的重合处受到第一圆盘部的限制而相互间隔，故接收段与第一圆盘部之间具有较大的接触面积，从而在被动散热的条件下，能将有源光纤上的热量快速传导底盖的外侧表面。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。