一种阵列光纤激光器的制作方法

本发明属于光纤激光器技术领域，涉及一种列光纤激光器。

背景技术：

在工业加工、科研等领域，对单模光纤激光和多模光纤激光都有着广泛的应用。一种应用是同时使用多个单模的中等功率光纤激光器，另一种情况是使用一个高功率的多模光纤激光器。比如，在科研领域，需要使用多个中低功率的短波长光纤激光器对波长的光纤激光器进行泵浦，获得更高功率的激光输出；在工业领域，需要将多中低功率的光纤激光合为一束，用于金属焊接熔覆等领域。在这些应用场合，一个共同的需求就是需要多路输出的中低功率光纤激光器。对于第一类应用，当前一般需要采购多台中低功率的光纤激光器，将各个激光器独立输出的激光应用到设计系统中此外；对于第二种应用，当前一般采用多台独立的光纤激光器进行功率合束。这两种应用场合中，由于每台光纤激光器为一个独立的模块，集成度不高，存在系统体积大、重量重、成本高等问题；对于第二类多模合束的情况，还需要激光器输出光纤要夸不同模块进行熔接，存在应力损坏的风险。

技术实现要素：

本发明的目的，在于提供一种阵列光纤激光器，该阵列光纤激光器在提高激光器集成化程度下，保证了阵列光纤激光器的稳定性，且体积小和重量轻。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案实现：

一种阵列光纤激光器，所述阵列光纤激光器包括依次连接的光纤耦合半导体激光器阵列1、泵浦合束器阵列2、高反射光纤光栅阵列3、增益光纤阵列4、低反射光纤光栅阵列5和包层光滤除器阵列6；

所述高反射光纤光栅阵列3、增益光纤阵列4、低反射光纤光栅阵列5和包层光滤除器阵列6均固定在光纤器件面板7的正面上；

所述增益光纤阵列4中的增益光纤呈“∽”形分布，且通过光纤槽固定；所述光纤槽设置在所述光纤器件面板7的正面上；所述高反射光纤光栅阵列3和低反射光纤光栅阵列5分布在所述增益光纤阵列4的左右两侧；

所述光纤耦合半导体激光器阵列1固定在光纤器件面板7的背面上；所述泵浦合束器阵列2固定在所述光纤器件面板7的正面或背面上。

进一步的，当所述泵浦合束器阵列2固定在所述光纤器件面板7的正面上时，所述泵浦合束器阵列2和包层光滤除器阵列分布在所述增益光纤阵列4的上下两侧。

进一步的，所述光纤耦合半导体激光器阵列1、泵浦合束器阵列2、高反射光纤光栅阵列3、增益光纤阵列4、低反射光纤光栅阵列5和包层光滤除器阵列6中各个阵列均按照先从外到里、再从里到外的方式布局。

进一步的，所述泵浦合束器阵列2、高反射光纤光栅阵列3、增益光纤阵列4、低反射光纤光栅阵列5和包层光滤除器阵列6各自对应的泵浦合束器、高反射光纤光栅、增益光纤、低反射光纤光栅和包层光滤除器的数量至少为2，且数量相同。

进一步的，所述光纤器件面板7内设置有密封空间；所述光纤器件面板7上还设置有输入接口8和输出接口9；

在所述阵列光纤激光器工作过程中，冷却液从所述输入接口8注入所述密封空间内，再从所述输出接口9排出所述密封空间。

进一步的，所述冷却液为去离子水或防冻液。

进一步的，所述阵列光纤激光器还包括激光信号合束器10；所述激光信号合束器10设置在所述光纤器件面板7的正面上；

所述包层光滤除器阵列6的输出光纤与所述激光信号合束器10的输入光纤连接。

进一步的，所述光纤槽为“u”形光纤槽；

所述u形光纤槽的底部直径比所述增益光纤的涂覆层直径大0.1～1mm。

本发明的有益效果描述：

1、本发明通过增益光纤“∽”形布局和其他光纤器件的阵列布局，实现了多个激光器的集成，既可以极大地提高的激光器集成度，又可以极大地降低了激光器的体积和重量。

2、本发明中的光纤器件的输入输出光纤构成的阵列借助增益光纤“∽”形布局、按照从外到里、在从里到外的方式布局，保证各个激光器内部的光纤和多台激光器之间的光纤都互不交叠，避免一个激光器发生故障对其他激光器的影响，提高激光器阵列的稳定性。

3、本发明将光纤耦合半导体激光器阵列与泵浦合束器阵列置于一个平面，可以极大减少增益光纤所在平面的光纤数量和光纤连接点数量，降低实际熔接操作和光纤布局的工艺难度，提高生产效率。

4、本发明将包层光滤除器阵列输出光纤与激光信号合束器输入光纤连接，可将多路激光通过激光信号合束器合为一束输出，能够在单一结构模块上实现更高功率的多模激光输出，极大降低了传统通过多个模块进行功率的多模激光的体积和重量。

附图说明

图1为一实施例给出的阵列光纤激光器结构立体示意图；

图2为一实施例给出的阵列光纤激光器结构主视图；

图3为一实施例给出的阵列光纤激光器结构后视图；

图4为一实施例的激光信号合束器连接关系示意图；

图5为又一实施例给出的阵列光纤激光器结构主视图；

图6为又一实施例给出的阵列光纤激光器结构后视图；

图7为又一实施例的激光信号合束器连接关系示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作出详细说明。

本实施例给出了一种阵列光纤激光器，其结构参考图1、2和3，该阵列光纤激光器包括阵列光纤激光器包括固定在光纤器件面板7上且依次连接的光纤耦合半导体激光器阵列1、泵浦合束器阵列2、高反射光纤光栅阵列3、增益光纤阵列4、低反射光纤光栅阵列5和包层光滤除器阵列6。本实施例的泵浦合束器阵列2、高反射光纤光栅阵列3、增益光纤阵列4、低反射光纤光栅阵列5和包层光滤除器阵列6各自对应的泵浦合束器、高反射光纤光栅、增益光纤、低反射光纤光栅和包层光滤除器的数量至少为2，且数量相同，每个阵列器件的输入输出光纤至多与另一个阵列器件的输入输出光纤连接。

本实施例的增益光纤4为掺稀土离子的增益光纤，用于激光产生和传输的光纤；且光纤的横截面结构选自双包层或三包层结构的光纤横截面结构中的一种；当横截面结构为双包层结构时，纤芯直径在5～100微米之间；内包层直径或内包层外接圆直径在100～1000微米之间；外包层的直径在250～2000微米之间。本实施例的增益光纤阵列4中的增益光纤呈“∽”形分布，且通过光纤槽固定。光纤槽设置在光纤器件面板7的正面7-a上，用于固定和放置增益光纤，确保相邻增益光纤之间不交叠。本实施例的光纤槽为“u”形光纤槽，该u形光纤槽的底部直径比增益光纤的涂覆层直径大0.1～1mm。增益光纤固定在“u”型槽的底部，由于增益光纤为圆形，u形光纤槽的底部直径比增益光纤的涂覆层直径大0.1～1mm，使得增益光纤可以放到“u”型槽中，并与“u”型槽有效贴合并实现高效冷却。在“∽”形外围根据实际需要以“∽”两个长边为起点布置一定长度的增益光纤。增益光纤阵列4输入输出分别位于“∽”两个长边的外围延长线上，高反射光纤光栅阵列3和低反射光纤光栅阵列5固定在光纤器件面板7的正面7-a上，且分布在增益光纤阵列4的左右两侧，即“∽”形外围短边。

本实施例的光纤耦合半导体激光器阵列1是增益光纤4产生上能级粒子的激励源，其数目根据激光器实际需要决定；单个光纤耦合半导体激光器是与增益光纤吸收峰匹配的各个波段的半导体激光器，各个波段的半导体激光器包括波段为808纳米、915纳米、940纳米、976纳米、1550纳米中的一个或多个的组合。光纤耦合半导体激光器阵列1一般固定在光纤器件面板7的背面7-b上。

本实施例的泵浦合束器阵列2中的每个泵浦合束器有若干个泵浦注入臂、一个泵浦输出臂；泵浦合束器的每个泵浦臂至多与一个光纤耦合半导体激光器输入光纤连接。泵浦合束器阵列2可设置在光纤器件面板7的正面或背面上。

当泵浦合束器阵列2固定在光纤器件面板7的正面7-a上，泵浦合束器阵列2和包层光滤除器阵列6分布在增益光纤阵列4的上下两侧，即泵浦合束器阵列2和包层光滤除器阵列6置于“∽”形外围长边，参考图1、2和3，光纤耦合半导体激光器阵列1输出光纤从光纤器件面板7的背面7-b绕过光纤器件面板7的侧边、到达光纤器件面板7的正面7-a，与泵浦合束器阵列2的泵浦臂输入臂连接。

当固定在光纤器件面板7的背面7-b上，参考图5和6，光纤耦合半导体激光器阵列1输出光纤与泵浦合束器阵列2的泵浦臂输入臂连接，泵浦合束器阵列2输出臂从光纤器件面板7的背面7-b上、绕过光纤器件面板7的侧边、到达光纤器件面板7的正面7-a，与高反射光纤光栅阵列3连接。将光纤耦合半导体激光器阵列与泵浦合束器阵列置于一个平面，可获得高功率输出，同时极大减少增益光纤所在平面的光纤数量和光纤连接点数量，降低实际熔接操作和光纤布局的工艺难度，提高生产效率。

为了保证阵列光纤激光器中的各个器件阵列内部的光纤和各个器件阵列之间的光纤都互不交叠，避免一个激光器发生故障对其他激光器的影响，提高激光器阵列的稳定性。本实施例将光纤耦合半导体激光器阵列1、泵浦合束器阵列2、高反射光纤光栅阵列3、增益光纤阵列4、低反射光纤光栅阵列5和包层光滤除器阵列6中各个阵列按照先从外到里、再从里到外的方式布局，即光纤耦合半导体激光器阵列1输出光纤与泵浦合束器阵列2的泵浦输入臂连接，泵浦合束器阵列2输出光纤与高反射光纤光栅阵列3输入光纤连接，高反射光纤光栅阵列3输出光纤与“∽”形增益光纤阵列4的一个长边延长端连接，低反射光纤光栅阵列5输入光纤与“∽”形增益光纤阵列4的另一个长边延长端连接，包层光滤除器阵列6输入光纤与低反射光纤光栅阵列5输出光纤连接。泵浦合束器阵列2、高反射光纤光栅阵列3、增益光纤阵列4、低反射光纤光栅阵列5和包层光滤除器阵列6按照光纤激光的走向依次连接，包层光滤除器阵列6滤除残留的泵浦光和高阶模式，输出高光束质量的激光。

本实施例的光纤器件面板7内设置有密封空间；光纤器件面板7上还设置有输入接口8和输出接口9，如可设置在光纤器件面板7的侧面7-c上，参考图1～7。在阵列光纤激光器工作过程中，冷却液从输入接口8注入密封空间内，再从输出接口9排出所述密封空间，从而带走光纤器件面板7和置于光纤器件面板7的全部光纤器件产生的热量。本实施例的冷却液可以是去离子水、防冻液等导热流动介质。

本实施例的阵列光纤激光器还包括激光信号合束器10，激光信号合束器10固定在光纤器件面板7的正面7-a上，包层光滤除器阵列6的输出光纤与激光信号合束器10的输入光纤连接，参考图4和7，通过将多路激光通过激光信号合束器合为一束，输出更高功率的多模激光，实现了紧凑化的高功率多模激光输出，且能够在单一结构模块上实现更高功率的多模激光输出，极大降低了传统通过多个模块进行功率的多模激光的体积和重量。

本实施例的光纤耦合半导体激光器阵列1、泵浦合束器阵列2、高反射光纤光栅阵列3、低反射光纤光栅阵列5、包层光滤除器阵列6等全部阵列器件的输入输出光纤都是传能光纤。其中，光纤耦合半导体激光器输出光纤直径不大于对应的泵浦合束器输入臂光纤的直径，确保光纤耦合半导体激光器输出的泵浦光能够全部耦合到泵浦合束器中；泵浦合束器输出光纤纤芯直径不大于对应的高反射光纤光栅输入光纤纤芯直径，确保泵浦合束器输出的泵浦光能够全部耦合到高反射光纤光栅中；高反射光纤光栅输出光纤纤芯直径不大于对应的增益光纤输入光纤纤芯直径，确保高反射光纤光栅反射的激光能够全部回到增益光纤中；增益光纤输出光纤纤芯直径不大于对应的低反射光纤光栅输入光纤纤芯直径，确保增益光纤发射的激光能够全部耦合到低反射光纤光栅中；低反射光纤光栅输出光纤纤芯直径不大于对应的包层光滤除器输入光纤纤芯直径，确保光纤光栅输出的激光能够全部耦合到包层光滤除器中。

本实施例高反射光纤光栅是激光谐振腔的高反射器件，其反射率大于90％，反射中心波长与所述低反射光纤光栅5匹配，用于将信号激光的绝大部分反射会谐振腔内。低反射光纤光栅5的反射率在4％～50％范围内，纤芯直径与信号传能光纤的直径匹配，是激光谐振腔的低反射与输出端，用于将部分信号反射会谐振腔内，大部分激光输出到谐振腔外。

本实施例通过增益光纤“∽”形布局和其他光纤器件的阵列布局，实现了多个激光器的集成，既可以极大地提高的激光器集成度，又可以极大地降低了激光器的体积和重量；本实施例的光纤器件的输入输出光纤构成的阵列借助增益光纤“∽”形布局、按照从外到里、在从里到外的方式布局，保证各个激光器内部的光纤和各个激光器之间的光纤都互不交叠，避免一个激光器发生故障对其他激光器的影响，提高激光器阵列的稳定性；本实施例将光纤耦合半导体激光器阵列与泵浦合束器阵列置于一个平面，可以极大减少增益光纤所在平面的光纤数量和光纤连接点数量，降低实际熔接操作和光纤布局的工艺难度，提高生产效率；本实施例将包层光滤除器阵列输出光纤与激光信号合束器输入光纤连接，可将多路激光通过激光信号合束器合为一束输出，能够在单一结构模块上实现更高功率的多模激光输出，极大降低了传统通过多个模块进行功率的多模激光的体积和重量。

对于本领域技术人员而言，显然本发明实施例不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明实施例的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明实施例。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明实施例的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明实施例内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统、装置或终端权利要求中陈述的多个单元、模块或装置也可以由同一个单元、模块或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

最后应说明的是，以上实施方式仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。