光纤激光器的制作方法

本发明涉及激光器，具体而言，涉及一种光纤激光器。

背景技术：

1、掺杂光纤激光器的应用价值较高，尤其适用于激光外科手术、激光皮肤治疗等医疗领域，特别是其中的掺铥光纤激光器(发射波长1940nm左右)较钬固体激光器、铥固体激光器有更宽的重复频率和脉冲能量可调范围，在软组织切割、止血与粉末化碎石方面有明显优势，极具规模化医疗应用前景。如果能够获得高平均功率和高峰值功率激光输出，对于同时实现高效率软组织切割和高效率粉末化碎石将大有裨益，特别对于泌尿外科应用场景，将是一场工具革命。

2、然而，掺杂光纤激光器在高平均功率和高峰值功率激光输出状态下运转对激光器系统的散热性能提出了较高要求，例如：采用793nm泵浦激光器激励掺杂光纤时，实际综合掺杂光纤热亏损超过60％、泵浦激光器热亏损约55％，若为了获得150w平均功率的2μm脉冲激光，则系统中产生于掺杂光纤的废热功率在225w左右，产生于泵浦激光器的废热功率在460w左右，也就是说，掺杂光纤激光器的量子亏损较高、热效应严重，这会提高依赖风冷散热方式的掺杂光纤激光器热管理设计的难度。

3、现有市场上的大功率掺杂光纤激光器主要采用线性结构，多以单谐振腔完成高功率激光输出，或对种子光进行多级放大后实现更高功率激光输出。在产品化过程中，较高的集成度会使热管理的难度进一步加剧，因此，如何提升系统散热能力，保证系统可靠性成为一个挑战。此外，传统线性结构下激光输出功率的提升主要依赖于不断增加掺杂光纤的纤芯和包层尺寸，通过使用大模场掺杂光纤获得更高激光功率输出。然而大芯径掺杂光纤及相关适配光学器件的制备难度较高、价格昂贵，对国际供应链依赖严重，可获得性与供货期都容易受宏观因素影响，因此高平均功率、高峰值功率掺杂光纤激光器难以实现批量制造。

4、此外，在传统结构的mopa结构激光器中，种子源与放大器的泵浦源是独立供电的，为避免放大器内长时间产生自发辐射放大(ase)烧毁光纤，需在种子源与放大器泵浦供电时序上设置延时以及断光保护，这会增加电控系统的复杂程度与设计难度。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种光纤激光器，以缓解现有技术中的高功率掺杂光纤激光器存在的废热过于集中，制备难度较高、价格昂贵、系统复杂且设计难度高的技术问题。

2、本发明提供的光纤激光器，包括能量合束模块、空间耦合模块和至少两个激光发生模块。

3、所述激光发生模块采用主振荡功率放大结构，包括种子光源单元、一级光放大单元以及泵浦源，所述光放大单元采用反向泵浦方式，所述泵浦源的输出端与所述光放大单元的泵浦输入端连接，所述光放大单元的剩余泵浦输出端与所述种子光源单元的泵浦输入端连接，所述种子光源单元的输出端与光放大单元的种子光输入端连接；所述能量合束模块包括激光合束器，所述激光发生模块的激光输出端与所述激光合束器的输入端连接，所述激光合束器的输出端与所述空间耦合模块连接。

4、优选地，作为一种可实施方式，所述种子光源单元包括依次连接的高反光栅、种子源掺杂光纤和低反光栅，所述低反光栅的一端与所述种子源掺杂光纤的一端连接，所述低反光栅的另一端与所述光放大单元的种子光输入端连接。

5、优选地，作为一种可实施方式，所述高反光栅的背离所述种子源掺杂光纤的一端的光纤端面采用8°角切割。

6、优选地，作为一种可实施方式，所述光放大单元包括放大器掺杂光纤和反向泵浦合束器，所述放大器掺杂光纤的一端连接所述种子光源单元，所述放大器掺杂光纤的另一端连接所述反向泵浦合束器的一端，所述反向泵浦合束器的另一端包括与所述泵浦源连接的泵浦输入端以及与所述激光合束器连接的放大信号输出端。

7、优选地，作为一种可实施方式，所述泵浦源包括n个泵浦激光器，所述反向泵浦合束器为反向(n+1)×1泵浦合束器，所述n个泵浦激光器分别与所述反向(n+1)×1泵浦合束器的n个泵浦输入端连接。

8、优选地，作为一种可实施方式，所述激光发生模块还包括包层光剥除器，所述包层光剥除器连接于所述反向泵浦合束器与所述激光合束器之间。

9、优选地，作为一种可实施方式，所述能量合束模块还包括光电探测器，所述光电探测器与所述激光合束器的输入端连接，所述光电探测器被配置为用于探测由所述激光发生模块输出的激光。

10、优选地，作为一种可实施方式，所述能量合束模块还包括指示激光器和波分复用器，所述指示激光器和所述光电探测器连接于所述波分复用器的同一端，所述波分复用器的另一端与所述激光合束器的输入端连接。

11、优选地，作为一种可实施方式，所述空间耦合模块包括光纤连接器、准直与聚焦模块和末端输出光纤，所述光纤连接器与所述激光合束器的输出端连接，所述准直与聚焦模块设于所述光纤连接器与所述末端输出光纤之间。

12、优选地，作为一种可实施方式，所述种子源掺杂光纤的纤芯直径配置为6μm-10μm，包层直径配置为80μm-130μm，长度配置为4m-6m；

13、和/或，所述放大器掺杂光纤的纤芯直径配置为10μm-30μm，包层直径配置为80μm-130μm，长度配置为4m-6m。

14、优选地，作为一种可实施方式，所述泵浦激光器的中心波长为793nm或915nm或976nm；

15、和/或，所述种子光源单元中的种子源掺杂光纤和所述光放大单元中的放大器掺杂光纤同为掺铥光纤或掺镱光纤。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

17、激光产生于多个使用小芯径掺杂光纤搭建的激光发生模块中，通过将多个激光发生模块出射的激光进行能量合束的方式来提高整个激光器的输出功率，整个激光器的输出功率是多个激光发生模块的输出功率的总和，这会将传统线性结构集中产生于大芯径掺杂光纤的废热分散于多根小芯径掺杂光纤。每个激光发生模块的风冷散热系统也会对分散于激光发生模块的泵浦激光器产生的热量进行管理，对于整个系统来说，这种分布式结构增加了系统散热面积，极大提高了散热效率，可以避免散热不良造成的热量积累，缓解了热量管理难度对激光功率提升的限制。

18、激光发生模块中的掺杂光纤均采用小芯径掺杂光纤，小芯径掺铥光纤及相关适配光学器件(例如：光纤光栅、泵浦合束器和激光合束器等关键器件)均已实现批量国产化，对国际供应链依赖程度降低，不仅保证了供应链安全，还可以极大降低器件制备难度及成本，有利于实现高平均功率、高峰值功率掺杂光纤激光器的批量制造。例如，可通过使用小芯径掺铥光纤来实现150w平均功率、750w峰值功率输出，供应链安全可控。

19、任一激光发生模块的种子源或放大器光路烧断或者电路故障仅会对单个激光发生模块产生影响，其他激光发生模块仍可以正常出光，而传统线性结构铥光纤激光器一旦发生光纤烧毁情况，整个系统都无法正常工作，因此，本发明提供的光纤激光器，能够避免整个系统的严重故障损失，提高了系统工作的稳定性；此外，在光纤激光器产生光路方面故障后的修复方面，本发明提供的光纤激光器也具有更高的维护便利性，可通过更换发生故障的激光发生模块，实现整个激光器系统的快速修复。

20、在上述非传统、独特的激光发生模块中，没有为种子源单独配置泵浦源，种子光源单元和光放大单元共用同一泵浦源输出的泵浦光，不仅降低了成本，也使激光发生模块的集成化、小型化更加容易实现。此外，由于种子源与放大器共用一组泵浦源，泵浦光注入光放大单元后，在光放大单元里产生ase的时间很短(约为40～50ns)，无论是在连续激光器中，还是在重复频率范围为1hz～2.5khz的脉冲激光器中，50ns不会对输出激光在时域上产生明显影响，因此，种子光可及时注入光放大单元，能够避免光放大单元内长时间产生自发辐射放大(ase)而烧毁光纤的问题，不需要为种子源提供电控系统，这会使整机电控系统更加简洁，设计难度低，而且不需要在种子源和放大器电控系统中设置上电延时，避免了因种子源电控系统出现故障停止出光而导致光放大单元损坏的情况。

21、其次，在本发明的光路结构中，泵浦方式采用反向泵浦，泵浦光会先进入光放大单元，经光放大单元吸收后，剩余的小部分泵浦光才会进入种子光源单元，不但可保证进入光放大单元的泵浦量，保证对种子光的放大作用，而且种子光源单元内不易出现较高的峰值功率和热亏损，降低了种子光源单元内光纤的烧毁风险，因此本系统的种子源与放大器共用泵浦的设计与反向泵浦方式结合，可保证光纤激光器运行的安全性和稳定性。此外，反向泵浦的泵浦光和信号光从相反方向泵入，当光信号放大到很强时，泵浦光也很强，不易达到饱和，故噪声性能较好。