一种高稳定性光纤激光器的制作方法

1.本发明实施方式涉及光学技术领域，特别是涉及一种高稳定性光纤激光器。


背景技术：

2.光纤激光器因其具有高效率、高稳定性、高光束质量等显著优势在工业加工、生物医疗等领域中起到了越来越重要的作用。但高功率掺镱光纤激光器在长时间的使用过程中会产生光子暗化现象，导致激光器输出功率降低。
3.光子暗化(photodarkening)效应，是一种诱导吸收损耗现象，会导致掺杂光纤芯层背景损耗永久性增加。在掺镱硅酸盐玻璃光纤中的光暗化是指一种低能量吸收拖尾造成900nm～1000nm的泵浦带以及1100nm发射带的光能量附加损耗的现象。
4.关于光暗化的机理一直处于辩论之中，主要有两种学术观点：一种是英国南安普敦大学的s.yoo的“氧缺陷(odcs)色心”机理，另一种是瑞典acreo光纤实验室的m.engholm的“电荷转移(ct)色心”机理。
5.有利于降低掺镱石英玻璃光纤暗化效应的一些措施：(1)高浓度的铝共掺剂可以对镱离子形成胶囊效应，一方面改善镱离子的分布均匀性，避免镱离子的团簇，另一方面减少了氧缺陷中心odcs，从而减少光暗化的前驱体；(2)引入具有较高的正价态离子共掺剂，打破网络的对称性与yb的共价角度，降低ct带，从而减少色心的形成；(3)进行预氧化处理，降低玻璃网络中的残余电荷，s.yoo提出可以将光纤置于密闭容器中进行退火，可以降低氧缺陷中心的数量，从而降低光纤材料的光暗化。上述手段均为采用改变光纤的方式降低光子暗化效应对光纤激光器的影响，对于光纤激光器生产厂家来说并无太多工程意义。在上述三种方法之外的光漂白反而对实际工程有着更大的意义。
6.2007年，manek-等人用976nm半导体激光器(ld)泵浦大模场(lma)掺镱光纤激光器，产生光子暗化现象，然后用355nm的光泵浦暗化后的光纤一段时间后，掺镱光纤激光器的激光特性完全恢复，且可以重复进行这种暗化与漂白的过程。2012年，gebavi等采用633nm辐射掺镱光纤，得出漂白程度与镱离子掺杂浓度、漂白功率、初始光暗化程度均有关系。2013年，gebavi研究633nm光辐射对1070nm掺镱光纤激光器的影响，从激光性能方面验证了633nm的漂白作用，光暗化可使1070nm掺镱激光器斜率效率降低，阈值增加，采用633nm光辐射可使斜率效率增大，阈值减小，但是不能恢复到初始状态。同年，piccoli等研究了405nm光辐射对1070nm掺镱光纤激光器的影响，发现405nm光辐射可部分漂白光子暗化现象，认为不能完全漂白的原因是激发态yb
3+
吸收405nm光，或者是基态yb
3+
吸收405nm光引起光暗化。2014年piccoli等采用550nm光对高掺杂yb/al光纤进行漂白，当976nm和550nm同时泵浦yb/al光纤时，输出功率始终保持初始功率的90％以上。2015年，zhao等发现用915nm泵浦掺镱光纤产生的光子暗化现象可以用793nm的光进行漂白，793nm的ld功率为5w，泵浦时间1600分钟时，在810nm处可漂白68％的光暗化引起的附加损耗。同时泵浦915nm和793nm ld与只用915nm ld泵浦相比，能抑制80％的光暗化引起的附加损耗。
7.工业激光器因使用时间长易受到光子暗化效应的影响，因其特殊的使用环境、成
本造价等原因大多采用915nm泵浦，因此研究793nm光漂白具有更为重要的工程意义。本新型通过实验发现，采用脉冲泵浦形式的793nm作为漂白光源可获得更优的光子暗化抑制效果。


技术实现要素：

8.本发明旨在降低光子暗化效应对于工业高功率光纤激光器的影响，提高光纤激光器长时间工作的功率稳定性与运行安全性，本使用新型提供以下技术方案：
9.一种高稳定性光纤激光器，由(6+1)
×
1合束器、915nm泵浦源、脉冲793nm泵浦源、高反光纤光栅、低反光纤光栅、增益光纤、包层光滤除器、光电探测器(带衰减滤波)、光纤端帽构成；所述(6+1)
×
1合束器输入端任意5个泵浦臂光纤连接915nm泵浦源，剩余1个泵浦臂光纤连接脉冲793nm泵浦源，(6+1)
×
1合束器输入信号端连接光纤耦合红光激光器，(6+1)
×
1合束器输出端依次连接高反光纤光栅、增益光纤、低反光纤光栅、包层光剥除器、光纤端帽，光电探测器(带衰减滤波)安装于包层光剥除器内部。
10.进一步的，光电探测器响应波段涵盖793nm，衰减片的衰减级数为od4，滤波片的带通波段为793nm
±
30nm。
11.进一步的，所述脉冲793nm泵浦源的工作模式为脉冲式工作，平均功率为3w，重复频率为1khz，峰值功率30w，单脉冲能量3mj。
12.进一步的，所述的(6+1)
×
1合束器可替换为7
×
1泵浦合束器。
13.进一步的，所述的(6+1)
×
1合束器输出光纤、高反光栅、低反光栅、增益光纤、包层光剥离器、光纤端帽所采用的光纤为同一规格。
14.本实用新型有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施例具有更好的光漂白效果，使激光器有着更长时间的功率稳定性。
附图说明
15.图1是本使用新型提供的一种高稳定性光纤激光器结构示意图；
16.101 (6+1)
×
1合束器
17.102 光纤耦合红光激光器
18.103 脉冲793nm泵浦源
19.104 915nm泵浦源
20.105 高反光纤光栅
21.106 增益光纤
22.107 低反光纤光栅
23.108 包层光剥除器
24.109 光纤端帽
25.110 光电探测器(带衰减滤波)
具体实施方式
26.为了使本发明的目的、方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本
发明。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
27.一种高稳定性光纤激光器以脉冲输出的793nm激光作为漂白光源，与作为泵浦光的915nm同时输出，以下结合具体的实施例进行一一说明。
28.请参阅图1，图1是本发明实施例提供的一种高稳定性光纤激光器的结构示意图。
29.101为(6+1)
×
1合束器，用于915nm泵浦光注入、脉冲793nm漂白光注入、耦合指示红光，典型值为：
30.类型1：输入10/125微米，泵浦臂200/220微米，输出20/400微米，na为0.06/0.46；
31.类型2：输入10/125微米，泵浦臂105/125微米，输出14/250微米，na为0.08/0.46；
32.102为光纤耦合红光激光器，工作波长在620～660nm之间，输出功率约为10mw，光纤为4/125微米；
33.103为脉冲793nm泵浦源，其工作波长为793
±
3nm，最大输出功率为30w，通过电源进行调制输出，占空比为10％，平均功率为3w，重复频率为1khz，输出光纤与(6+1)
×
1合束器的泵浦臂匹配，如采用类型1的合束器，则输出光纤为200/220微米，如采用类型2的合束器，则输出光纤为105/125微米；
34.104为915nm泵浦源，工作波长为915nm，输出功率为260w，输出光纤与(6+1)
×
1合束器的泵浦臂匹配，如采用类型1的合束器，则输出光纤为200/220微米，如采用类型2的合束器，则输出光纤为105/125微米；
35.105为高反光纤光栅，其规格为20/400微米(类型1)或者14/250微米(类型2)，其对1080nm
±
3nm处反射率为98.5％；
36.106为掺镱增益光纤，其规格为20/400微米，na＝0.06/0.46(规格1)，或规格为14/250微米，na＝0.08/0.46(规格2)；
37.107为低反光纤光栅，其规格为20/400微米(类型1)或者14/250微米(类型2)，其对1080nm
±
1nm处反射率为10％；
38.108包层光剥除器，其最大滤除功率为100w，光纤规格为20/400微米，na＝0.06/0.46(规格1)，或规格为14/250微米，na＝0.08/0.46(规格2)；
39.109为光纤端帽，其最大承受功率为1000w，光纤规格为20/400微米，na＝0.06/0.46(规格1)，或规格为14/250微米，na＝0.08/0.46(规格2)；
40.110为光电探测器，带有4od的793nm衰减滤波，用于监测光纤的传输效率(即附加损耗)，如传输效率降低至85％以下，则停止出光仅进行光漂白，直至功率回复至90％以上。
41.根据本实用新型所设计的结构，在均采用类型1光纤的情况下，激光器可实现超过1000瓦功率输出，在1000小时的老化实验之后，激光器的功率仍可保持在95.3％，经过3000小时老化实验后，激光器输出功率为原有值的88.6％。此时关闭激光器，进行10小时的光漂白，激光器的输出功率仍可恢复，达到原有值的94.2％。该结果较文献中数据有着较大的提高。