一种轻量化的光纤激光器的制作方法

本实用新型涉及激光器领域，特别是一种轻量化的光纤激光器。

背景技术：

激光器是一种能够发射激光的装置。目前，激光器在各个领域得到了广泛的应用，比如在工业应用领域的激光焊接、激光切割、激光打标等技术。以及应用于军事领域的激光雷达、激光测距、激光制导等诸多方面。随着激光器的发展，以光纤作为增益介质的光纤激光器应运而生。

光纤激光器是以半导体激光器作为泵浦源，掺杂光纤作为增益介质，一对不同反射率的光纤光栅组成谐振腔。相比于传统的固体激光器，具有体积小，电光效率高，易维护等诸多优点，将是未来激光器的发展方向。

但是，目前市场上的光纤激光器存在有如下技术缺陷：(1)现有光纤激光器普遍对运行环境有着较为严格的要求，在高温、低温环境里都会对激光器的性能产生严重影响，激光器能量转换效率较低。(2)现有的连续功率10w以上的光纤激光器由于需要额外配备的制冷、制热结构，导致激光器整体体积和重量较大原因较难被植入一些便携的设备中，壳体结构笨重壳体装配过程复杂。(3)激光器内组件与安装结构强度较低，激光器无法承受较大强度的振动和强冲击，易导致激光器元器件损坏。

技术实现要素：

为了解决上述存在的问题，本实用新型公开了一种轻量化的光纤激光器，其具体技术方案如下：一种轻量化的光纤激光器，包括壳体、半导体激光器、红光激光器、泵浦合束器、光学谐振腔和硅橡胶；

壳体，用于支撑、保护激光器内部元器件；壳体包括底板、侧板与盖板，所述侧板设置于所述底板两侧，与底板垂直固定连接，呈一体式结构，所述盖板设置于所述底板上表面，与所述侧板、底板固定连接；

半导体激光器，设置于所述底板上表面一端，呈对称设置，与底板固定连接；每个所述半导体激光器输出端通过光纤与泵浦合束器输入端进行熔接；用于作为泵浦合束器输入的泵浦光源；

红光激光器，设置于所述底板上表面一端，设置于半导体激光器一侧，与底板固定连接；所述红光激光器输出端通过光纤与泵浦合束器输入端进行熔接；用于技术人员进行调试激光器，即在不开启半导体激光器情况下，对红光激光器发出的激光光束进行调试；

泵浦合束器，设置于所述底板上表面中端，设置于所述半导体激光器输出端一侧，与底板固定连接；用于将多个半导体激光器发射的泵浦光合束到一根光纤中输出，实现光束耦合，提高泵浦功率；

光学谐振腔，设置于所述底板上表面一端，设置于所述泵浦合束器输出端一侧，与底板固定连接，光学谐振腔的输入端通过与泵浦合束器输出端进行熔接；用于为激光振荡的建立提供正反馈，使光波在光纤内多次循环振荡传输，并在输出端形成多光束干涉；光学谐振腔内设有高反光栅、掺杂光纤和低反光栅；高反光栅，输入端与泵浦合束器输出端进行熔接，输出端与掺杂光纤输入端进行熔接，用于无泄漏的传输经泵浦合束器后发出的泵浦光；掺杂光纤，作为增益介质，用于将泵浦光能量转化为激光输出；低反光栅，输入端与掺杂光纤输出端进行熔接，用于输出激光；

硅橡胶，填充设置于壳体内，并覆盖于半导体激光器、红光激光器、泵浦合束器、光学谐振腔和光纤表面。

进一步的，所述底板两侧设有底板卡槽，所述底板两端设有底板连接孔；所述侧板数量为两块，每块所述侧板顶侧和两侧呈凹槽状结构，形成侧板凹槽，每块侧板四角设有侧板连接孔，每块所述侧板中心设有侧板通孔；所述盖板截面呈“匚”形结构，所述盖板两端内侧呈凸块结构，形成侧板卡块，所述盖板两端四角设有侧板连接桶，所述盖板两侧底面呈凸块结构，形成底板卡块，所述盖板底端设有底板连接桶；所述盖板设置于底板顶面，通过侧板卡块嵌入侧板凹槽内，底板卡块嵌入底板卡槽内，并通过紧固件贯穿侧板连接孔和侧板连接桶螺纹连接，通过紧固件贯穿底板连接孔和底板连接桶螺纹连接，实现盖板与底板、侧板固定连接。

进一步的，所述半导体激光器数量为四个，所述半导体激光器选择至少两种不同发射波长的型号；每个所述半导体激光器底端设有激光器底座，所述激光器底座与所述底板固定连接，呈一体式结构，所述激光器底座上表面设有激光器固定片，所述激光器固定片呈“ω”形状，所述激光器固定片一端与所述激光器底座一端通过铰链实现转动连接，所述半导体激光器卡入激光器固定片内，所述激光器固定片另一端通过紧固件与所述激光器固定座固定连接，实现半导体激光器与底板固定连接。

进一步的，所述红光激光器设置于激光器底座顶端，所述红光激光器卡入激光器固定片内，通过激光器固定片与激光器底座配合，实现红光激光器与底板固定连接。

进一步的，所述底板表面设有光纤支架，所述半导体激光器与所述红光激光器输出端的光纤，通过嵌入光纤支架进行固定。

进一步的，所述泵浦合束器外壁四角设有泵浦合束器底脚，所述泵浦合束器底脚数量为四个，所述泵浦合束器底端设有底板固定块，所述底板固定块与所述底板固定连接，呈一体式结构，所述底板固定块表面呈凹槽状，所述泵浦合束器底脚嵌入底板固定块凹槽内，并通过紧固件贯穿泵浦合束器底脚和底板固定块，实现泵浦合束器与底板固定连接。

进一步的，所述光学谐振腔外壁四角设有光学谐振腔底脚，光学谐振腔底脚数量为四个，所述底板固定块设置于光学谐振腔底端，所述光学谐振腔底脚嵌入底板固定块凹槽内，并通过紧固件贯穿光学谐振腔底脚和底板固定块，实现光学谐振腔与底板固定连接。

进一步的，所述高反光栅的输入端与所述泵浦合束器的输出端之间、所述高反光栅的输出端与所述掺杂光纤之间均涂覆有低折射率胶水；低折射率胶水，用于进一步防止高反光栅中泵浦光泄漏。

进一步的，所述掺杂光纤与所述的低反光栅之间涂覆有高折射率胶水；高折射率胶水，用于滤除低反光栅多余的泵浦光，保证输出光波波长的干净。

进一步的，所述紧固件为铆钉、膨胀螺丝、螺栓、螺母、螺钉、自攻螺钉中的一种或多种。

本实用新型的使用原理是：

(1)本实用新型调试时，启动红光激光器，关闭所有半导体激光器；红光激光器发射激光穿过泵浦合束器，再经过光学谐振器后，直接通过侧板通孔射出激光器的壳体外。

(2)本实用新型使用时，关闭红光激光器，开启所有半导体激光器；半导体激光器发射光源经光纤传输至泵浦合束器内，泵浦合束器将多个泵浦光合束到一根光纤中输出，经光纤传输至光学谐振器内，形成激光通过侧板通孔射出激光器的壳体外。

本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型对激光器内结构及元器件进行研究设计选型，采用了两种以上波长的半导体激光器作为泵浦源进行泵浦，提高了激光器的能量转换效率，激光器可在-40℃至55℃环境下稳定输出20w以上的激光功率，克服低温或高温谱线漂移对激光输出的影响，保证了激光器在低温、常温和高温的环境里都能维持较好的工作状态，适应各种恶劣的运行环境，激光器的环境适应能力强，拓宽了适用范围。

(2)本实用新型通过改良设计激光器的整体结构形式，摒弃了传统的连续功率10w以上光纤激光器需额外配备的制冷、制热结构，并采用超轻的铝合金壳体材料，降低的激光器的重量，减小了激光器的外形尺寸，轻量化、小型化的紧凑结构设计方便激光器应用于小型设备中。

(3)本实用新型对壳体件的连接结构进行合理设计，采用插接和螺栓连接的方式，保证了激光器的壳体的结构强度；壳体内各元器件通过设置对应的固定结构，可克服切向和横向偏移的力，实现个元器件与底板的牢固固定；并且在激光器内填充满高导热系数的硅橡胶，可进一步有效固定壳体内的各元器件，也可对壳体进一步的进行辅助支撑，保证激光器可承受强振动和强冲击，且高导热系数的硅橡胶可辅助光路结构进行散热，减少高温环境对光路的影响。

附图说明

图1是本实用新型的系统结构示意图。

图2是本实用新型的外形结构示意图。

图3是本实用新型内部结构示意图。

图4是图2的a-a向剖视结构示意图。

图5是本实用新型盖板的结构示意图。

附图标记列表：壳体1、底板1-1、底板卡槽1-11、底板连接孔1-12、激光器底座1-13、激光器固定片1-14、光纤支架1-15、底板固定块1-16、侧板1-2、侧板凹槽1-21、侧板连接孔1-22、侧板通孔1-23、盖板1-3、侧板卡块1-31、侧板连接桶1-32、底板卡块1-33、底板连接桶1-34、半导体激光器2、红光激光器3、泵浦合束器4、泵浦合束器底脚4-1、光学谐振腔5、高反光栅5-1、掺杂光纤5-2、低反光栅5-3、光学谐振腔底脚5-4、硅橡胶6。

具体实施方式

为使本实用新型的技术方案更加清晰明确，下面结合附图对本实用新型进行进一步描述，任何对本实用新型技术方案的技术特征进行等价替换和常规推理得出的方案均落入本实用新型保护范围。本实施例中所提及的固定连接，固定设置、固定结构均为焊接、热熔一次成型、螺钉连接、螺栓螺母连接、铆接等本领域技术人员所知晓的公知技术。

本实用新型中所述的半导体激光器采用10w的光纤耦合半导体激光器，激光器的发射波长包含有915nm，940nm，976nm的其中两种以上，半导体激光器输出光纤为105um/125um的光纤。

本实用新型中所述的红光激光器采用的是同轴封装尾纤式红光激光器，波长为650nm，输出功率为30mw，红光激光器输出光纤为6um/125um的单模光纤。

本实用新型中所述的泵浦合束器采用(6+1)*1的结构，即输入端由6根泵浦光纤和一根信号光纤组成，信号光纤采用10um/125um的双包层光纤。使用时，半导体激光器输出的激光经泵浦合束器耦合进信号光纤内包层中传输，红光激光器输出的激光经泵浦合束器耦合进信号光纤纤芯中传输。

本实用新型中所述的高反光栅和低反光栅均为刻写于10um/125um双包层光纤的啁啾光栅。高反光栅反射率为99.9％，低反光栅的反射率为10％。

本实用新型中所述的掺杂光纤采用10um/125um的双包层掺镱光纤。

本实用新型中所述的硅橡胶采用道康宁184硅橡胶。

结合附图可见，一种轻量化的光纤激光器，包括壳体、半导体激光器、红光激光器、泵浦合束器、光学谐振腔和硅橡胶；

壳体，用于支撑、保护激光器内部元器件；壳体包括底板、侧板与盖板，所述侧板设置于所述底板两侧，与底板垂直固定连接，呈一体式结构，所述盖板设置于所述底板上表面，与所述侧板、底板固定连接；

半导体激光器，设置于所述底板上表面一端，呈对称设置，与底板固定连接；每个所述半导体激光器输出端通过光纤与泵浦合束器输入端进行熔接；用于作为泵浦合束器输入的泵浦光源；

红光激光器，设置于所述底板上表面一端，设置于半导体激光器一侧，与底板固定连接；所述红光激光器输出端通过光纤与泵浦合束器输入端进行熔接；用于技术人员进行调试激光器，即在不开启半导体激光器情况下，对红光激光器发出的激光光束进行调试；

泵浦合束器，设置于所述底板上表面中端，设置于所述半导体激光器输出端一侧，与底板固定连接；用于将多个半导体激光器发射的泵浦光合束到一根光纤中输出，实现光束耦合，提高泵浦功率；

光学谐振腔，设置于所述底板上表面一端，设置于所述泵浦合束器输出端一侧，与底板固定连接，光学谐振腔的输入端通过与泵浦合束器输出端进行熔接；用于为激光振荡的建立提供正反馈，使光波在光纤内多次循环振荡传输，并在输出端形成多光束干涉；光学谐振腔内设有高反光栅、掺杂光纤和低反光栅；高反光栅，输入端与泵浦合束器输出端进行熔接，输出端与掺杂光纤输入端进行熔接，用于无泄漏的传输经泵浦合束器后发出的泵浦光；掺杂光纤，作为增益介质，用于将泵浦光能量转化为激光输出；低反光栅，输入端与掺杂光纤输出端进行熔接，用于输出激光；

硅橡胶，填充设置于壳体内，并覆盖于半导体激光器、红光激光器、泵浦合束器、光学谐振腔和光纤表面。

进一步的，所述底板两侧设有底板卡槽，所述底板两端设有底板连接孔；所述侧板数量为两块，每块所述侧板顶侧和两侧呈凹槽状结构，形成侧板凹槽，每块侧板四角设有侧板连接孔，每块所述侧板中心设有侧板通孔；所述盖板截面呈“匚”形结构，所述盖板两端内侧呈凸块结构，形成侧板卡块，所述盖板两端四角设有侧板连接桶，所述盖板两侧底面呈凸块结构，形成底板卡块，所述盖板底端设有底板连接桶；所述盖板设置于底板顶面，通过侧板卡块嵌入侧板凹槽内，底板卡块嵌入底板卡槽内，并通过紧固件贯穿侧板连接孔和侧板连接桶螺纹连接，通过紧固件贯穿底板连接孔和底板连接桶螺纹连接，实现盖板与底板、侧板固定连接。

进一步的，所述半导体激光器数量为四个，所述半导体激光器选择至少两种不同发射波长的型号；每个所述半导体激光器底端设有激光器底座，所述激光器底座与所述底板固定连接，呈一体式结构，所述激光器底座上表面设有激光器固定片，所述激光器固定片呈“ω”形状，所述激光器固定片一端与所述激光器底座一端通过铰链实现转动连接，所述半导体激光器卡入激光器固定片内，所述激光器固定片另一端通过紧固件与所述激光器固定座固定连接，实现半导体激光器与底板固定连接。

进一步的，所述红光激光器设置于激光器底座顶端，所述红光激光器卡入激光器固定片内，通过激光器固定片与激光器底座配合，实现红光激光器与底板固定连接。

进一步的，所述底板表面设有光纤支架，所述半导体激光器与所述红光激光器输出端的光纤，通过嵌入光纤支架进行固定。

进一步的，所述泵浦合束器外壁四角设有泵浦合束器底脚，所述泵浦合束器底脚数量为四个，所述泵浦合束器底端设有底板固定块，所述底板固定块与所述底板固定连接，呈一体式结构，所述底板固定块表面呈凹槽状，所述泵浦合束器底脚嵌入底板固定块凹槽内，并通过紧固件贯穿泵浦合束器底脚和底板固定块，实现泵浦合束器与底板固定连接。

进一步的，所述光学谐振腔外壁四角设有光学谐振腔底脚，光学谐振腔底脚数量为四个，所述底板固定块设置于光学谐振腔底端，所述光学谐振腔底脚嵌入底板固定块凹槽内，并通过紧固件贯穿光学谐振腔底脚和底板固定块，实现光学谐振腔与底板固定连接。

进一步的，所述高反光栅的输入端与所述泵浦合束器的输出端之间、所述高反光栅的输出端与所述掺杂光纤之间均涂覆有低折射率胶水；低折射率胶水，用于进一步防止高反光栅中泵浦光泄漏。

进一步的，所述掺杂光纤与所述的低反光栅之间涂覆有高折射率胶水；高折射率胶水，用于滤除低反光栅多余的泵浦光，保证输出光波波长的干净。

进一步的，所述紧固件为铆钉、膨胀螺丝、螺栓、螺母、螺钉、自攻螺钉中的一种或多种。

本实用新型的使用原理是：

(1)本实用新型调试时，启动红光激光器，关闭所有半导体激光器；红光激光器发射激光穿过泵浦合束器，再经过光学谐振器后，直接通过侧板通孔射出激光器的壳体外。

(2)本实用新型使用时，关闭红光激光器，开启所有半导体激光器；半导体激光器发射光源经光纤传输至泵浦合束器内，泵浦合束器将多个泵浦光合束到一根光纤中输出，经光纤传输至光学谐振器内，形成激光通过侧板通孔射出激光器的壳体外。

本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型对激光器内结构及元器件进行研究设计选型，采用了两种以上波长的半导体激光器作为泵浦源进行泵浦，提高了激光器的能量转换效率，激光器可在-40℃至55℃环境下稳定输出20w以上的激光功率，克服低温或高温谱线漂移对激光输出的影响，保证了激光器在低温、常温和高温的环境里都能维持较好的工作状态，适应各种恶劣的运行环境，激光器的环境适应能力强，拓宽了适用范围。

(2)本实用新型通过改良设计激光器的整体结构形式，摒弃了传统的连续功率10w以上光纤激光器需额外配备的制冷、制热结构，并采用超轻的铝合金壳体材料，降低的激光器的重量，减小了激光器的外形尺寸，轻量化、小型化的紧凑结构设计方便激光器应用于小型设备中。

(3)本实用新型对壳体件的连接结构进行合理设计，采用插接和螺栓连接的方式，保证了激光器的壳体的结构强度；壳体内各元器件通过设置对应的固定结构，可克服切向和横向偏移的力，实现个元器件与底板的牢固固定；并且在激光器内填充满高导热系数的硅橡胶，可进一步有效固定壳体内的各元器件，也可对壳体进一步的进行辅助支撑，保证激光器可承受强振动和强冲击，且高导热系数的硅橡胶可辅助光路结构进行散热，减少高温环境对光路的影响。