專利名稱：漸近芯耦合主動鎖相大功率光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種激光器，適用于工業(yè)加工及國防領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于光纖激光器高亮度、高光束質(zhì)量、高緊 湊度等的優(yōu)勢，使得其應(yīng)用范圍非常廣泛，包括激光光纖通訊、激光空間遠距通訊、工業(yè)造船、汽車制造、激光雕刻激光打標激光切害I]、印刷制棍、金屬非金屬鉆孔/切割/焊接(銅焊、淬水、包層以及深度焊接)、軍事國防安全、醫(yī)療器械儀器設(shè)備、大型基礎(chǔ)建設(shè)等等。光束質(zhì)量和輸出功率是衡量光纖激光器性能的主要指標，光纖激光器的高性能很大程度上得益于光纖的結(jié)構(gòu)，首先，光纖徑向尺寸較小，軸向則很長，使得輸出激光的發(fā)散角很小，能量集中度很高，尤其是在單模光纖激光器中，光束質(zhì)量達到極致。但是也正是因為其光纖尺寸的限制，令大功率光纖激光器的研制中存在許多難題。光纖中橫向模式的能量分布主要取決于光纖的芯包折射率差和纖芯尺寸，小的芯包折射率差和纖芯尺寸有益于能量的集中，模式減少，甚至實現(xiàn)單模輸出。但是由于光纖所能承載的功率密度是有上限的，當功率密度接近甚至超過這個限度時，將會帶來對光纖的永久損傷，為了實現(xiàn)大功率激光輸出，只能相應(yīng)的增大纖芯的尺寸，隨之而來的就是多模的出現(xiàn)，能量的集中度下降，總的輸出功率雖然有所增加，但亮度卻降低。這對矛盾一直限制著大功率單模光纖激光器的發(fā)展。而相對應(yīng)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，對光纖激光器各指標參數(shù)的要求也不盡相同，例如在通信系統(tǒng)中，作為信號源的光纖激光器在功率的要求上較低，但光束質(zhì)量、穩(wěn)定性和緊湊程度是在設(shè)計過程中主要考慮的問題；但對于大功率激光器的應(yīng)用場合，例如工業(yè)加工和軍事等領(lǐng)域?qū)ζ漭敵龉β实囊蟾鼮閲栏瘢彩窃O(shè)計的重點，相應(yīng)的光束質(zhì)量可以在一定程度內(nèi)打個折扣，例如采用多模光纖，雖然模式增加了，但功率確實也大大提升。顯然，這都不是最優(yōu)的解決措施，最好的結(jié)果是在提升功率的同時，輸出激光仍然能夠保持單模輸出。目前，一種有效的解決辦法就是研制大模場面積的單模光纖。在光纖中滿足單模傳輸?shù)臈l件由下式?jīng)Q定v=—^n^-ni <2.4048
λ "其中V為歸一化頻率，a為纖芯半徑，λ為所傳播的光信號波長,Ii1和η2分別為光纖的纖芯和包層折射率。要實現(xiàn)單模傳輸，需要歸一化頻率小于2. 4048。由式中關(guān)系可以看出，在傳輸波長固定的情況下，只有a、H1和n2是可變量，要使在增大a的同時依然滿足單模條件，Ii1和n2的差必須有所減小。隨著Ii1和n2差的減小，光纖對光的束縛能力越來越弱，最終導(dǎo)致光纖的輕微彎曲將會使光信號耦合到光纖外，另外，普通的單模光纖的纖芯和包層折射率差已經(jīng)達到千分之幾的量級，如果進一步減小對制造工藝也是嚴峻的考驗。光子晶體光纖在理論上可以實現(xiàn)無盡單模的傳輸，但理論設(shè)計和制作工藝復(fù)雜，成本很高，因而實際制得的光纖效果并非十分理想。[0008]因此，目前在大功率單模光纖激光器的研制過程中面臨的問題是制作成本高、單模的模場面積受限。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是目前的光纖激光器難以實現(xiàn)低成本的單模大功率激光輸出。本實用新型的技術(shù)方案為漸近芯稱合主動鎖相大功率光纖激光器,其特征在于該激光器包括多芯有源光纖，第一至第N纖芯，分別刻寫在第一至第N纖芯一端的第一至第N泵浦端光柵，分別刻寫在第一至第N纖芯另一端的第一至第N輸出端光柵和泵浦源；泵浦源的能量從刻寫有第一至第N泵浦端光柵的一端輸入,激光從另一端輸出。多芯有源光纖中第一至第N纖芯半徑依次遞增，并且保證在第一至第N纖芯中與第j纖芯距離最近的兩個為第j-Ι和第j+Ι纖芯，其中2 < j < N ;這里的距離最近指兩纖芯中心距離減去各自的半徑所得的數(shù)值最小；第一纖芯為單模纖芯，第二至第N纖芯為多模纖芯。第一至第N泵浦端光柵和第一至第N輸出端光柵均為Bragg光柵，中心波長和反射帶寬均相同，第一至第N泵浦端光柵和第一至第N-I輸出端光柵的中心波長處的反射率大于99%，第N輸出端光柵中心波長處的反射率為1% 40%。所述的N=3 100的整數(shù)。本實用新型和已有技術(shù)相比所具有的有益效果相比傳統(tǒng)以降低纖芯和包層折射率差的方法來提高單模光纖纖芯半徑的方法而實現(xiàn)的大模場面積單模光纖激光信號的產(chǎn)生，本實用新型以單模纖芯控制多模纖芯模式分布的方法實現(xiàn)單模激光輸出，在輸出單模激光的模場面積上大大提高，并保持光纖對光信號的束縛能力不變。相比以光子晶體光纖實現(xiàn)單模大模場面積的激光輸出，本實用新型采用多芯光纖的制作技術(shù)，制作難度和成本都大大降低。本實用新型通過簡單的增加多模纖芯的直徑和數(shù)量來增加輸出單模激光的模場面積，可擴展能力強，功率的增加不受限制。

圖I為漸近芯耦合主動鎖相大功率光纖激光器主視圖。圖2為多芯光纖截面圖。圖3為纖芯中心連接互相垂直的多芯光纖截面圖。圖4為纖芯環(huán)形排列的多芯光纖截面圖。圖5為纖芯線形排列的多芯光纖截面圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。實施方式一漸近芯稱合主動鎖相大功率光纖激光器,如圖1、2所不，該激光器包括多芯有源光纖I，第一至第N纖芯11、12、……、1(N-1 )、IN，分別刻寫在第一至第N纖芯11、12、……、I (N-1)、1N —端的第一至第N泵浦端光柵211、212、……、21 (N_l )、21N，分別刻寫在第一至第N纖芯11、12、……、1 (N-1)、1N另一端的第一至第N輸出端光柵221、222、……、22(N-1)、22N和泵浦源3;泵浦源3的能量從刻寫有第一至第N泵浦端光柵211、212、……、21 (N-1)、21N 的一端輸入；多芯有源光纖I中第一至第N纖芯11、12、……、1 (N_l)、IN半徑依次遞增，并且保證在第一至第N纖芯11、12、……、1 (N-1)、1N中與第j纖芯距離最近的兩個為第j-1和第j+Ι纖芯I (j-1)、I (j+1),其中2 < j < N ;這里的距離最近指兩纖芯中心距離減去各自的半徑所得的數(shù)值最小；第一纖芯11為單模纖芯，第二至第N纖芯12、……、1 (N-1)、IN為多模纖 芯；第一至第N泵浦端光柵211、212、……、21 (N_l )、21N和第一至第N輸出端光柵221、222、……、22 (N_1)、22N均為Bragg光柵，中心波長和反射帶寬均相同，第一至第N泵浦端光柵211、212、……、21 (N-1)、21N和第一至第N-I輸出端光柵221、222、……、22(N-I)的中心波長處的反射率大于99%,第N輸出端光柵2N中心波長處的反射率為1% 40%。所述的N=3 100的整數(shù)。實施方式二漸近芯稱合主動鎖相大功率光纖激光器,如圖3所不，實施方式二與實施方式一的區(qū)別在于實施方式二的多芯有源光纖I包括第一至第三纖芯11、12、13，纖芯的排列方式為第一纖芯11和第二纖芯12的軸心連線垂直與第二纖芯12和第三纖芯13的軸心連線。實施方式三漸近芯稱合主動鎖相大功率光纖激光器,如圖4所不，實施方式三與實施方式一的區(qū)別在于實施方式三的多芯有源光纖I包括第一至第十纖芯11、12、13、14、15、16、17、18、19、110,纖芯的排列方式為第一至第九纖芯11、12、13、14、15、16、17、18、19的軸心在一個以多芯有源光纖I的軸心為圓心的圓上，第十纖芯110與多芯有源光纖I共軸心。實施方式四漸近芯稱合主動鎖相大功率光纖激光器,如圖5所不，實施方式四與實施方式一的區(qū)別在于實施方式四的多芯有源光纖I包括第一至第一百纖芯11、12......、199、1100。
權(quán)利要求1.漸近芯稱合主動鎖相大功率光纖激光器，其特征在于該激光器包括多芯有源光纖(1)，第一至第N纖芯(11、12、……、1(N-1)、1N)，分別刻寫在第一至第N纖芯(11、12、……、I (N-1)、1N)—端的第一至第N泵浦端光柵(211、212、……、21 (N_l)、21N)，分別刻寫在第一至第N纖芯(11、12、……、1 (N-1)、1N)另一端的第一至第N輸出端光柵(221、222、……、22 (N-1)、22N)和泵浦源(3);泵浦源(3)的能量從刻寫有第一至第N泵浦端光柵(211、212、......、21 (N_1)、21N)的一端輸入,激光從另一端輸出； 多芯有源光纖(I)中第一至第N纖芯(11、12、……、1 (N-1)、1N)半徑依次遞增，并且保證在第一至第N纖芯(11、12、……、1 (N-1)、1N)中與第j纖芯距離最近的兩個為第j_l和第j+1纖芯(I (j_l)、l (j+1))，其中2彡j彡N;這里的距離最近指兩纖芯中心距離減去各自的半徑所得的數(shù)值最?。坏谝焕w芯(11)為單模纖芯，第二至第N纖芯(12、……、I(N-DUN)為多模纖芯； 第一至第N泵浦端光柵(211、212、……、21(N-1)、21N)和第一至第N輸出端光柵(221、222、……、22 (N-1)、22N)均為Bragg光柵，中心波長和反射帶寬均相同，第一至第N泵浦端光柵(211、212、……、21 (N-1)、21N)和第一至第N-I輸出端光柵(221、222、……、22(N-I))的中心波長處的反射率大于99%,第N輸出端光柵(2N)中心波長處的反射率為1% 40%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的漸近芯耦合主動鎖相大功率光纖激光器，其特征在于 所述的N=3 100的整數(shù)。
專利摘要漸近芯耦合主動鎖相大功率光纖激光器，涉及一種激光器，適用于國防和工業(yè)加工領(lǐng)域。解決了目前的光纖激光器難以實現(xiàn)低成本的單模大功率激光輸出的問題。該激光器包括多芯有源光纖(1)，第一至第N纖芯(11、12、……、1(N-1)、1N)，分別刻寫在第一至第N纖芯(11、12、……、1(N-1)、1N)一端的第一至第N泵浦端光柵(211、212、……、21(N-1)、21N)，分別刻寫在第一至第N纖芯(11、12、……、1(N-1)、1N)另一端的第一至第N輸出端光柵(221、222、……、22(N-1)、22N)和泵浦源(3)；泵浦源(3)的能量從刻寫有第一至第N泵浦端光柵(211、212、……、21(N-1)、21N)的一端輸入，激光從另一端輸出。
文檔編號G02B6/02GK202602078SQ20122026108
公開日2012年12月12日 申請日期2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月4日
發(fā)明者寧提綱, 溫曉東, 鄭晶晶 申請人:北京交通大學(xué)