一种高功率全光纤连续激光器的制作方法

1.本实用新型实施例涉及光纤激光器技术领域，特别涉及高功率全光纤光纤激光器。


背景技术：

2.光纤激光器因其具有光束质量好、效率高、散热好、结构紧凑等特点，已作为新一代的工业激光器，从全球范围看，光纤激光器发展备受瞩目，被广泛应用于激光打标、激光切割、激光焊接、激光医疗及增材制造等方面。
3.专利号cn202011541245.7揭示了一种低功率的光纤激光器，光纤激光器依次包括：泵浦源1、石英光纤2、稀土离子掺杂zblan光纤4和光纤端帽5，石英光纤2刻写有石英光纤光栅，石英光纤光栅与光纤端帽5之间构成的激光谐振腔。该激光器具有光纤器件较少，结构简单，但该激光器的功率较低，不能满足激光切割和焊接等高功率加工环境。
4.高功率全光纤连续激光器因加工效率高、稳定性强、能耗低等优点迅速在宏观加工领域替代了传统加工设备，并在高端装备制造领域需求旺盛。随着对光纤激光器多方面需求的增多，对其要求也随之增加。
5.而高功率全光纤连续激光器作为众多终端应用设备的光源，更小的体积更便于终端应用设备集成，减少占用空间；因此采用高集成度大功率的泵浦源，结构简单紧凑的光路方案，制作小体积激光器是目前光纤激光器市场的重要发展趋势；
6.其中，限制光纤激光器体积及其结构复杂度主要原因之一为实现泵浦光传输至谐振腔的方式比较复杂；譬如双程泵浦方法，需要由多个泵浦源分别连接至光纤合束器泵浦端，经由光纤合束器耦合，再将泵浦光传输至谐振腔。此种泵浦耦合方式，除了增加光路方案复杂程度外，结构、硬件也需要做出相应设计，综合产生泵源集成度低、激光器成本高、结构复杂等不足。


技术实现要素：

7.针对现有技术的上述缺陷，本实用新型实施例主要解决的技术问题是提供一种高功率全光纤连续激光器，光路结构简化紧凑，结构硬件相应设计简化，激光器体积可大幅缩小，节约成本，光光转化效率较高。
8.本使用新型实施例的目的是通过如下技术方案实现的：
9.为解决上述技术问题，第一方面，本实用新型实施例提供了一种高功率全光纤连续激光器，其特征在于，包括:依次连接的泵浦源、第一反射型光纤光栅、增益光纤、第二反射型光纤光栅，所述第一反射型光纤光栅和所述第二反射型光纤光栅构成激光谐振腔，所述泵浦源用于输出泵浦光，所述泵浦光从所述泵浦源输出端光纤纤芯直接传输至所述激光谐振腔光纤包层。
10.进一步，所述泵浦源为半导体激光器，所述泵浦光的中心波长为915nm或976nm，所述泵浦源的功率为1000w-10000w之间，所述泵浦源的功率为泵浦电流最大时的泵浦源输出
功率。
11.进一步，所述泵浦光从所述泵浦源输出端光纤纤芯输进所述第一反射型光纤光栅的包层内，通过所述第一反射型光纤光栅，包层泵浦光会传输到所述增益光纤的包层内，所述增益光纤在所述泵浦光的激励下，可以产生和传输信号激光，所述信号激光经过多次反射和放大，并通过第二反射型光纤光栅输出到所述激光谐振腔外。
12.进一步，还包括正向剥模器和激光输出端帽，所述第二反射型光纤光栅输出端连接所述正向剥模器，所述正向剥模器的输出端连接所述激光输出端帽。
13.进一步，还包括正向剥模器，高功率光放大器，所述第二反射型光纤光栅输出端连接所述正向剥模器，所述正向剥模器输出端连接所述高功率光放大器。
14.进一步，所述第一反射型光纤光栅、所述增益光纤、所述第二反射型光纤光栅具有相同几何尺寸的纤芯和相同几何尺寸的包层；所述泵浦源输出端光纤纤芯与第一反射型光纤光栅、增益光纤、第二反射型光纤光栅的包层的几何尺寸相同；所述正向剥模器的光纤包层与所述第一反射型光纤光栅、所述增益光纤、所述第二反射型光纤光栅的光纤包层相同。
15.进一步，所述泵浦源包括壳体，可见光光源，泵浦芯片，所述泵浦芯片和所述可见光光源均位于同一所述壳体内。
16.进一步，所述可见光光源为红外激光器，所述红外激光器的工作波长为660nm。
17.进一步，所述泵浦芯片和所述可见光光源均通过所述泵浦源输出端光纤与所述第一反射型光纤光栅连通。
18.进一步，所述第一反射型光纤光栅为高反射光栅，其反射中心波长为1070nm或1080nm，所述第二反射型光纤光栅为低反射光栅，其反射中心波长为1070nm或1080nm，所述第一反射型光纤光栅和所述第二反射型光纤光栅的中心波长匹配，所述第一反射型光纤光栅和所述第二反射型光纤光栅的反射率在0～1之间。
19.本实用新型实施方式的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型实施例提供一种高功率全光纤连续激光器，泵浦光从所述泵浦源输出端光纤纤芯直接传输至所述激光谐振腔光纤包层，替代使用多个泵浦源分别连接至光纤合束器泵浦端，经由光纤合束器耦合，再将泵浦光传输至谐振腔；光路结构大幅简化且更为紧凑，结构硬件相应设计简化，激光器体积可大幅缩小，节约成本。另外，在高功率加工环境中，由于省去了光纤合束器，熔接点较少，光传输损耗小，并且发散角得到控制，提高增益光纤转化效率，光光转化效率提高，输入同样的电功率，可输出更高光功率，因此可提高产品的电光效率。
附图说明
20.一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/单元表示为类似的元件/单元，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
21.图1是本实用新型一实施例提供的高功率全光纤连续激光器的结构示意图。
具体实施方式
22.下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领
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。
23.为了便于理解本技术，下面结合附图和具体实施例，对本技术进行更详细的说明。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本技术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，不是用于限制本技术。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
24.本实用新型提供的高功率全光纤连续激光器100可以广泛用于激光打标、激光切割、激光焊接及增材制造等方面，实际使用中不作限定。
25.本实用新型实施例提供一种高功率全光纤连续激光器100，请参阅图1，高功率全光纤连续激光器100包括泵浦源1、第一反射型光纤光栅21、增益光纤3、第二反射性光纤光栅22，剥模装置4和激光输出端帽5。激光谐振腔2由第一反射型光纤光栅21和第二反射型光纤光栅22构成。
26.高功率全光纤连续激光器100中光路的连接关系如下，泵浦源1、第一反射型光纤光栅21、增益光纤3、第二反射型光纤光栅22依次连接，第二反射型光纤光栅22的输出端连接剥模装置4，剥模装置4的输出端连接激光输出端帽5，在一些其他光路结构中，剥模装置4的输出端连接高功率光放大器。
27.泵浦源1的功率为1000w-10000w之间，泵浦源的功率为泵浦电流最大时的泵浦源输出功率。泵浦源为高集成度大功率泵浦源，替代使用多个小功率泵浦源，高功率全光纤连续激光器100体积缩小。
28.在本实施例中，泵浦源1为半导体激光器，泵浦源1输出泵浦光的中心波长为915nm或976nm，泵浦光从泵浦源1输出端光纤纤芯直接传输至激光谐振腔2光纤包层。
29.泵浦源1包括壳体，可见光光源6，泵浦芯片，可见光光源6在激光光路中起指示作用，泵浦芯片和可见光光源均位于同一壳体内，可见光光源工作波长为390-780nm。
30.泵浦芯片与可见光光源均通过泵浦源输出端光纤与所述第一反射型光纤光栅21连通。
31.在本实施例中，可见光光源6为红外激光器，红外激光器的工作波长为660nm。
32.泵浦芯片和可见光光源6均位于同一壳体，光路结构大幅简化且更为紧凑，泵浦芯片与可见光光源均通过泵浦源输出端光纤与所述第一反射型光栅连通，减少了光纤的使用，并且降低熔接点的数量，方便制作。
33.第一反射型光纤光栅21和第二反射型光纤光栅22是通过紫外光或飞秒激光照射的方法，使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性变化的衍射光栅。第一反射型光纤光栅21为高反射型光纤光栅，第二反射型光纤光栅22为低反射型光纤光栅，第一反射型光纤光栅21中心波长和第二反射型光纤光栅22中心波长相同，第一反射型光纤光栅21和第二反射型光纤光栅22的反射率在0-1之间。第一反射型光纤光栅21反射波长为1070或1080nm，第二反射型光纤光栅22反射波长为1070或1080nm。
34.增益光纤3是纤芯掺杂稀土元素的双包层或三包层光纤，掺杂的稀土元素为镱、铒、钬、铥、钐、铋等中的一种或几种元素。
35.在本实施例中，增益光纤3为双包层掺镱光纤。
36.所述剥模装置4为正向剥模器，其用于滤除包层泵浦光及高阶模式的激光。
37.在高功率全光纤连续激光器100的光路结构中，泵浦源1输出端光纤、增益光纤3、正向剥模器光纤、以及传输光纤均为模场匹配的双包层或三包层光纤。其中第一反射型光纤光栅21、增益光纤3、第二反射型光纤光栅22具有相同几何尺寸的纤芯和相同几何尺寸的包层，泵浦源1输出端光纤纤芯与第一反射型光纤光栅21、增益光纤3、第二反射型光纤光栅22的包层几何尺寸相同。剥模装置4的光纤包层与第一反射型光纤光栅21、增益光纤3、第二反射型光纤光栅22的光纤包层相同。
38.激光输出端帽5作为光纤输出器件(光纤输出头)，用于输出信号激光的扩束输出，激光输出端帽5可以降低输出激光的能量密度，提高激光器系统可靠性。激光输出端帽5包括光纤，石英柱和机械件，光纤熔接于石英柱内，机械件封装于石英柱外。
39.高功率全光纤连续激光器100在工作状态下，泵浦光从泵浦源输出端光纤纤芯传输进第一反射型光纤光栅21的包层内，第一反射型光纤光栅21的包层泵浦光传输到增益光纤3的包层内，增益光纤3在泵浦光的激励下产生和传输信号激光，产生的信号激光从增益光纤3的两端输出。向左传输的信号激光绝大部分被第一反射型光纤光栅21反射回增益光纤3并得到放大，向右传输的信号激光被第二反射型光纤光栅22反射回增益光纤3并得到放大，在激光谐振腔2内产生的信号激光经过第一反射型光纤光栅21和第二反射型光纤光栅22的多次反射和增益光纤3的多次放大，其中满足第一、第二反射型光纤光栅22中心波长的激光起振并通过第二反射型光纤光栅22输出激光谐振腔2外，输出到激光谐振腔2外的信号激光通过剥模装置4，最后通过激光输出端帽5扩束输出信号激光。在一些其它光路结构中，输出到激光谐振腔2外的信号通过剥模装置4后输入到高功率光放大器。
40.本实用新型中，在高功率加工环境中，泵浦源1为高集成度并且具有大功率，从泵浦源1输出光纤纤芯直接传输至谐振腔光纤包层，替代了原有的技术中需要使用多个泵浦源分别连接至光纤合束器泵浦端，经由光纤合束器耦合后，再将泵浦光传输至谐振腔内，用一个大功率泵浦源1替代多个小功率泵浦源，激光器体积缩小，并且由于省去了光纤合束器和多个小功率泵浦源，高功率全光纤连续激光器100结构简单紧凑，光路结构简化，结构硬件设计简化，节省了大量成本。
41.在高功率加工环境中，由于省去光纤合束器，熔接点减少，光传输损耗小，可提高产品光光转化效率；并且常规高功率加工环境中，由于使用了光纤合束器，输出泵浦光的发散角较大，而本技术方案中，由于省去了光纤合束器，高集成度大功率泵源输出泵浦光发散角有效控制，提高增益光纤转化效率，也可提高光光转化效率。由于光光转化效率提高，输入同样的电功率，可输出更高光功率，因此可提高产品的电光效率。
42.本实用新型中的高功率全光纤连续激光器100可应用于多种波长的激光器系统光路中或放大光路中，可实现光路的全光纤化，易于封装，可用于产业化生产应用，且可制造型强，制作简便。
43.通过本实用新型方案，实现了一种基于高集成度大功率泵浦源，结构简单紧凑型高功率全光纤连续激光器；产生光路结构简化，结构硬件相应设计简化，激光器体积缩小、电光效率提高、方便制作，节约成本等优势；
44.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，
并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。