一种基于泵浦纤芯的大功率双向泵浦光纤激光器的制作方法

本实用新型属于光线和激光技术领域，具体涉及一种基于泵浦纤芯的大功率双向泵浦光纤激光器。

背景技术：

高功率光纤激光器具有高效率、高光束质量、结构紧凑等优点，广泛应用于工业、医疗、军事等领域。特别是千瓦级全光纤激光器，可以直接进行金属切割、焊接、转孔等工业加工，而通过将多台千瓦级全光纤激光器进行功率合成，很容易得到万瓦级激光输出，从而满足一些特殊领域的需求。

目前，光纤激光器主要分为单端泵浦光纤激光器和双向泵浦光纤激光器。单端泵浦光纤激光器结构简单，但有源区增益呈指数衰减，分布极不均匀，适合功率不是非常高的情况。双向泵浦光纤激光器结构相对复杂，主要由正向泵浦源、正向泵浦耦合器、反向泵浦源、反向泵浦耦合器、高反射光栅、低反射光栅以及双包层有源光纤组成，其有源区增益分布均匀性得到改善，可实现更高功率输出。

然而，随着输出功率的增大，光纤中的泵浦光和信号光容易在泵浦耦合器两端光纤的熔接点处发生泄漏，降低激光的输出功率。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种基于泵浦纤芯的大功率双向泵浦光纤激光器。本实用新型要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本实用新型实施例提供了一种基于泵浦纤芯的大功率双向泵浦光纤激光器，包括：双包层有源光纤、第一泵浦源、第一泵浦源输入光纤、第二泵浦源、第二泵浦源输入光纤、第一光栅、第二光栅和包层光剥离器，其中，

所述双包层有源光纤由内至外依次包括掺杂纤芯、内包层和外包层，且所述内包层中设置有泵浦纤芯，所述双包层有源光纤的一端连接第一光栅，所述双包层有源光纤的另一端连接第二光栅，所述包层光剥离器设置在所述双包层有源光纤的中部；

所述第一泵浦源的输出端连接所述第一泵浦源输入光纤的输入端，所述第一泵浦源输入光纤的输出端连接所述泵浦纤芯的一端；

所述第二泵浦源的输出端连接所述第二泵浦源输入光纤的输入端，所述第二泵浦源输入光纤的输出端连接所述泵浦纤芯的另一端。

在本实用新型的一个实施例中，还包括：分束器和反射器，其中，所述分束器设置在所述第二光栅之后，所述分束器的第一输出端与所述反射器的输入端连接，所述分束器的第二输出端用于输出激光。

在本实用新型的一个实施例中，所述掺杂纤芯的折射率随着掺杂纤芯半径的增加而逐渐减小。

在本实用新型的一个实施例中，所述泵浦纤芯的数量为多个，多个所述泵浦纤芯围绕所述掺杂纤芯均匀分布。

在本实用新型的一个实施例中，所述第一光栅的反射率大于99％，所述第二光栅的反射率大于95％。

在本实用新型的一个实施例中，所述掺杂纤芯中掺稀土离子，所述稀土离子包括饵、镒、铥、钬、钕中的一种或多种。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

1、本实用新型在双包层有源光纤的内包层中设置泵浦纤芯，使得第一泵浦源和第二泵浦源直接通过光纤与泵浦纤芯连接，避免采用泵浦耦合器，减少了泵浦耦合器的熔接点，从而避免了光线中的泵浦光和信号光在熔接点处发生泄漏，进而提高了激光的输出功率。

2、本实用新型的光纤激光器在双包层有源光纤的中部设置包层光剥离器，能够减少包层中的光进入第一泵浦源和第二泵浦源中，降低了包层光对第一泵浦源和第二泵浦源造成损害，进而提高了光纤激光器的使用寿命。

3、本实用新型的光纤激光器在第二光栅之后设置分束器和反射器，可以将从第二光栅输出的目标激光和残余泵浦光分离，反射器再将残余泵浦光反射入有源光纤中进行再次放大，提高了泵浦光的利用率，提高了光纤激光器的效率。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种基于泵浦纤芯的大功率双向泵浦光纤激光器的结构示意图。；

图2为本实用新型实施例提供的一种双包层有源光纤的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的另一种基于泵浦纤芯的大功率双向泵浦光纤激光器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型做进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例一

请参见图1，图1为本实用新型实施例提供的一种基于泵浦纤芯的大功率双向泵浦光纤激光器的结构示意图。该光纤激光器包括双包层有源光纤1、第一泵浦源2、第一泵浦源输入光纤3、第二泵浦源4、第二泵浦源输入光纤5、第一光栅6、第二光栅7和包层光剥离器8。

具体地，双包层有源光纤1的一端连接第一光栅6，另一端连接第二光栅7，第一光栅6和第二光栅7形成了谐振腔，且第一光栅6为高反射率光栅，第二光栅7为低反射率光栅；包层光剥离器8设置在双包层有源光纤1的中部。第一泵浦源2的输出端连接第一泵浦源输入光纤3的输入端，第一泵浦源输入光纤3的输出端连接至第一光栅6一侧的双包层有源光纤1。第二泵浦源4的输出端连接第二泵浦源输入光纤5的输入端，第二泵浦源输入光纤5的输出端连接至第二光栅7一侧的双包层有源光纤1。上述第一泵浦源2、第一泵浦源输入光纤3依次是指正向泵浦源、正向泵浦源输入光纤，第二泵浦源4、第二泵浦源输入光纤5依次是指反向泵浦源、反向泵浦源输入光纤。

请参见图2，图2为本实用新型实施例提供的一种双包层有源光纤的结构示意图。双包层有源光纤1由内之外依次包括掺杂纤芯11、内包层12和外包层13，在内包层12的中设置有泵浦光纤14。进一步地，第一泵浦源输入光纤3的输入端和第二泵浦源输入光纤5的输入端分别连接至双包层有源光纤1中的泵浦光纤14，使得泵浦源直接将泵浦光泵入泵浦光纤14中。

进一步地，掺杂纤芯11、内包层12和外包层13的折射率依次减小，使得大部分能量可以在掺杂纤芯11中传输。外包层13可以选用高分子材料层，从而起到保护掺杂纤芯11、提高光纤机械强度和抗微弯强度并降低衰减的作用。泵浦纤芯14的折射率小于内包层12的折射率，使得大部分能量能够耦合进内包层12中，从而在掺杂纤芯11中进行传输。

上述光纤激光器的工作过程为：第一泵浦源2产生激光，通过第一泵浦源输入光纤3传输至泵浦纤芯14；进入泵浦纤芯14的激光被耦合至内包层12中，经过内包层12与外包层13界面的反射进入掺杂纤芯11；激光在掺杂纤芯11中产生受激辐射而得到放大，放大后的激光在谐振腔中进行振荡，当放大后的光到达第二光栅7后，绝大部分被重新反射进双包层有源光纤1中，从而在双包层有源光纤1再次发生受激辐射进行放大；当再次放大的光到达第一光栅6后，光源全部被反射；光源每反射一次，激光就产生一次放大过程，直到光强度达到阈值后，放大光的一小部分通过第二光栅7输出，剩余的光继续被反射回去产生光放大。在激光被振荡放大的过程中，每反射一次，包层光剥离器8对在内包层12产生的包层光进行一次剥离。

本实施例的光纤激光器在双包层有源光纤的中部设置包层光剥离器，能够减少包层中的光进入第一泵浦源和第二泵浦源中，降低了包层光对第一泵浦源和第二泵浦源造成损害，进而提高了光纤激光器的使用寿命。

本实施例在双包层有源光纤的内包层中设置泵浦纤芯，使得第一泵浦源和第二泵浦源直接通过光纤与泵浦纤芯连接，避免采用泵浦耦合器，减少了泵浦耦合器的熔接点，从而避免了光线中的泵浦光和信号光在熔接点处发生泄漏，进而提高了激光的输出功率。

在一个具体实施例中，掺杂纤芯11的折射率随着掺杂纤芯11半径的增加而逐渐减小，形成渐变光纤。

本实施例中将掺杂纤芯11设置为渐变光纤，可以降低光在掺杂纤芯11中的损耗，使得双包层有源光纤输出较高的脉冲，进而提高光纤激光器的输出能量。

在一个具体实施例中，泵浦纤芯14的数量为多个，多个泵浦纤芯14围绕掺杂纤芯11均匀分布。图2中，泵浦纤芯14的数量为6个，6个泵浦纤芯14围绕在掺杂纤芯11的周围且均匀分布。

本实施例中多个泵浦纤芯14均匀分布在掺杂纤芯11的周围，可以使得激光在由泵浦纤芯14均匀耦合至内包层12，避免激光光束品质降低，从而保证大功率高光束品质的加工要求。

在一个具体实施例中，第一光栅6的反射率大于99％，第二光栅7的反射率大于95％，使得光纤激光器可以具有较高的光学增益和较低的噪声增益，实现高增益、高功率、高信噪比的目的。

在一个具体实施例中，掺杂纤芯11中掺稀土离子，所述稀土离子包括饵、镒、铥、钬、钕中的一种或多种。

请参见图3，图3为本实用新型实施例提供的另一种基于泵浦纤芯的大功率双向泵浦光纤激光器的结构示意图。该光纤激光器除了双包层有源光纤1、第一泵浦源2、第一泵浦源输入光纤3、第二泵浦源4、第二泵浦源输入光纤5、第一光栅6、第二光栅7和包层光剥离器8外，还包括分束器9和反射器10。其中，分束器9设置在第二光栅7之后，其输入端连接第二光栅7的输出端；分束器9具有两个输出端，其第一输出端连接反射器10，其第二输出端用于输出经振荡放大后的目标激光。

具体地，分束器9用于分出目标激光和从第二光栅7输出的残余泵浦光，反射器10可以为反射镜，经分束器9分出的残余泵浦光经光纤传输至反射器10中，反射器10将残余泵浦光进行反射，再次进入光纤中反向传输，反向传输的光进入双包层有源光纤中进行再次放大。

本实施例设置分束器和反射器，可以将从第二光栅输出的目标激光和残余泵浦光分离，反射器再将残余泵浦光反射入有源光纤中进行再次放大，提高了泵浦光的利用率，提高了光纤激光器的效率。

在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术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，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。