專利名稱：帶有增透層結(jié)構(gòu)的分布式側(cè)面泵浦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光纖激光器。特別應(yīng)用于大功率激光輸出領(lǐng)域、工業(yè)加工領(lǐng)域和軍事領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
激光器問世以來，其良好的光線特性得到了廣泛的認(rèn)同，隨著技術(shù)的發(fā)展，激光器的功率越來越大，大功率特殊模場的激光器在零件加工、光通信、以及國防等領(lǐng)域的應(yīng)用日益得到人們的重視，其廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域使得人們對這種激光器的投入越來越大。雖然激光器的功率已經(jīng)有了一定的提升，但是單模激光器的輸出功率還不能達(dá)到實際需求。尤其是光纖激光器近年來發(fā)展最為迅速，這得利于它緊湊的設(shè)備結(jié)構(gòu)以及高的轉(zhuǎn)換效率，但隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，研究深度的不斷進(jìn)步，激光器的一些限制也逐步顯現(xiàn)出來。首先一個就是要想進(jìn)一步提升激光器輸出功率，泵浦的方式還有待改進(jìn)，目前常用端面泵浦方式，其弊端在于進(jìn)行高功率泵浦時容易對光纖端面造成損傷。于是人們采用側(cè)面泵浦的形式，但仍為點接入方式，相比完全的端面泵浦可以有效減小對光纖的損傷，但由于機械加工的原因會對光纖的機械強度造成較大影響。目前采用的光纖激光器側(cè)面泵浦技術(shù)如下多模光纖熔錐側(cè)面泵浦耦合方式。多模光纖熔融拉錐定向耦合是將多根裸光纖和去掉外包層的雙包層光纖纏繞在一起，在高溫火焰中加熱使之熔化，同時在光纖兩端拉伸光纖，使光纖熔融區(qū)成為錐形過渡段，能夠?qū)⒈闷止庥啥嗄９饫w通過雙包層光纖側(cè)面導(dǎo)入內(nèi)包層，從而實現(xiàn)定向側(cè)面耦合泵浦。這種方法由于熔融拉錐的制作過程使得在泵浦光纖與多模有源光纖的耦合處光纖結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，這對于激光功率及質(zhì)量的提高不利。V槽側(cè)面泵浦耦合。該技術(shù)先將雙包層光纖外包層去除一小段，然后在裸露的內(nèi)包層刻蝕出一個V槽，槽的一個斜面用作反射面，也可將兩個面都用于反射。泵浦光由半導(dǎo)體激光器經(jīng)微透鏡耦合，使泵浦光在V槽的側(cè)面匯聚，經(jīng)過側(cè)面反射后改變方向進(jìn)入雙包層光纖內(nèi)包層，從而沿著光纖的軸向傳輸。為了提高耦合效率，該方法要求V型反射槽對泵光全反射。V型槽對光纖的創(chuàng)傷使得光纖的機械強度大大下降，而且由于V型槽的制作工藝要求過高，都不利于高功率激光器的普及和應(yīng)用。嵌入反射鏡式泵浦耦合。與V型槽方法類似，嵌入反射鏡式泵浦耦合也需要在光纖側(cè)面開槽，其實這是V型槽的改進(jìn)方法，和V槽側(cè)面耦合泵浦技術(shù)一樣，嵌入反射鏡式泵浦耦合技術(shù)對于內(nèi)包層內(nèi)泵浦光的傳輸也有較大損耗，同樣不利于多點耦合注入泵浦功率的擴展，而且機械強度同樣大大下降。角度磨拋側(cè)面泵浦耦合。其基本原理是在雙包層光纖去一小段，剝?nèi)ネ糠髮雍屯獍鼘?，將?nèi)包層沿縱向進(jìn)行磨拋，得到小段用以耦合泵浦光的平面。然后將泵浦光纖的纖芯的端面按一定角度磨拋好，與光纖緊密貼合固定。泵浦光經(jīng)泵浦光纖對光纖側(cè)面泵浦。這種方法與光纖角度磨拋側(cè)面耦合泵浦技術(shù)相類似的是微棱鏡來進(jìn)行側(cè)面耦合，但是微棱鏡寬度不能大于內(nèi)包層的直徑，因此給微棱鏡的加工帶來了技術(shù)上的困難。[0008]綜上所述，現(xiàn)有的大功率激光器的側(cè)面泵浦技術(shù)加工難度高，對光纖有機械損傷， 使光纖的機械強度嚴(yán)重降低；光纖側(cè)面泵浦技術(shù)的光纖與泵浦源的耦合點處光功率密度相比光纖其它部分要高，對耦合點處產(chǎn)生損傷。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是目前大功率光纖激光的側(cè)面泵浦技術(shù)加工難度高，對光纖有機械損傷，使光纖的機械強度嚴(yán)重降低；光纖側(cè)面泵浦技術(shù)的光纖與泵浦源的耦合點處光功率密度相比光纖其它部分要高，對耦合點處產(chǎn)生損傷。本實用新型的技術(shù)方案帶有增透層結(jié)構(gòu)的分布式側(cè)面泵浦光纖激光器，包括光纖、泵浦源、第一光纖光柵和第二光纖光柵。所述的光纖包括纖芯、包層和增透層。增透層結(jié)構(gòu)為增透膜或是折射率高低相間的石英介質(zhì)組成的增透結(jié)構(gòu)，位于光纖最外層。所述的纖芯的折射率為1. 4 1. 8，包層的折射率為1. 3 1. 7，聚光層的高折射率石英介質(zhì)折射率為1. 7 1. 9，低折射率石英介質(zhì)折射率為1. 2 1. 4。所述的纖芯的半徑為2 μ m 50 μ m，光纖外半徑為50 μ m 1000 μ m,增透層的厚度為5 μ m 50 μ m。所述增透層中高低折射率相間的層數(shù)為5 50。所述的包層為雙包層結(jié)構(gòu)，分為內(nèi)包層和外包層，折射率均在1. 3 1. 7之間，且內(nèi)包層折射率大于外包層折射率，內(nèi)包層形狀為D形、圓形、星形和矩形。所述泵浦源的泵浦方式為側(cè)面分布式泵浦，即泵浦源直接照射于光纖側(cè)面。本實用新型和已有技術(shù)相比所具有的有益效果由于在光纖中采用增透層，使得在大功光纖激光器中耦合方式發(fā)生改變，在光纖中不存在功率密度的極度不均勻性，使得光纖的有效功率承載上限得到巨大提升；與目前已有側(cè)面泵浦技術(shù)相比，本實用新型所示光纖結(jié)構(gòu)作為激光增益介質(zhì)時，無需作任何機械加工，不對光纖本身結(jié)構(gòu)造成任何損傷，保證了光纖的機械強度；光纖外圍增透層的引入， 使得側(cè)面泵浦效率同時得到有效提升，大大增加了大功率光纖激光器的輸出功率；本實用新型所用側(cè)面分布式泵浦方式為泵浦源直接照射于光纖側(cè)面，使泵浦光均勻的分布于光纖表面，泵浦光透過增透層進(jìn)入光纖內(nèi)部。光纖制作方法簡單，以目前成熟的多層光纖制作技術(shù)或鍍膜技術(shù)完全可以勝任，無需特殊工藝。

圖1帶有增透層結(jié)構(gòu)的分布式側(cè)面泵浦光纖激光器。圖2光纖的端面圖。圖3內(nèi)包層為矩形的帶有增透層結(jié)構(gòu)的分布式側(cè)面泵浦光纖激光器。圖4內(nèi)包層為矩形的光纖端面圖。圖5內(nèi)包層為星形的帶有增透層結(jié)構(gòu)的分布式側(cè)面泵浦光纖激光器。[0027]圖6內(nèi)包層為星形的光纖端面圖。圖7內(nèi)包層為D形的帶有增透層結(jié)構(gòu)的分布式側(cè)面泵浦光纖激光器。圖8內(nèi)包層為D形的光纖端面圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步描述。實施方式一帶有增透層結(jié)構(gòu)的分布式側(cè)面泵浦光纖激光器，如圖1、2，該激光器包括光纖和泵浦源5，第一光纖光柵41和第二光纖光柵42。所述的光纖包括纖芯1、包層2和在包層2外部的增透層3。增透層3的結(jié)構(gòu)為增透膜。所述的纖芯1的折射率為1. 4，包層2的折射率為1. 3。所述的纖芯1的半徑為2 μ m,光纖的外半徑為50 μ m,增透層3的厚度為5 μ m。所述泵浦源5的泵浦方式為側(cè)面分布式泵浦，即泵浦源5直接照射于光纖側(cè)面。實施方式二帶有增透層結(jié)構(gòu)的分布式側(cè)面泵浦光纖激光器，如圖3、4，該激光器包括光纖和泵浦源5，第一光纖光柵41和第二光纖光柵42。所述的光纖包括纖芯1、包層2和在包層2外部的增透層3。所述的增透層3的結(jié)構(gòu)為五層折射率高低相間的石英介質(zhì)。其中第一層石英介質(zhì)31的折射率為1. 9、第二層石英介質(zhì)32的折射率為1. 4、第三層石英介質(zhì)33的折射率為 1. 9、第四層石英介質(zhì)34的折射率為1. 4、第五層石英介質(zhì)35的折射率為1. 9。所述的纖芯1的折射率為1. 8。所述的纖芯1的半徑為50μπι，光纖的外半徑為ΙΟΟΟμπι，增透層3的厚度為 50 μ m0所述的包層2分為內(nèi)包層21和外包層22雙層結(jié)構(gòu)。所述的內(nèi)包層21的折射率為1. 4和外包層22的折射率為1. 3，內(nèi)包層21的形狀為矩形。所述泵浦源5的泵浦方式為側(cè)面分布式泵浦，即泵浦源5直接照射于光纖側(cè)面。實施方式三帶有增透層結(jié)構(gòu)的分布式側(cè)面泵浦光纖激光器，如圖5、6，該激光器包括光纖和泵浦源5，第一光纖光柵41和第二光纖光柵42。所述的光纖包括纖芯1、包層2和在包層2外部的增透層3。增透層3的結(jié)構(gòu)為二十層折射率高低相間的石英介質(zhì)。所述的纖芯1的折射率為1. 6。二十層石英介質(zhì)的折射率第一層石英介質(zhì)31的折射率為1. 8、第二層石英介質(zhì) 32的折射率為1. 3、第三層石英介質(zhì)33的折射率為1. 8、第四層石英介質(zhì)34的折射率為
1.3........第十九層石英介質(zhì)319的折射率為1. 8、第二十層石英介質(zhì)320的折射率為
1. 3。所述的纖芯1的半徑為20 μ m,光纖的外半徑為500 μ m,增透層3的厚度為20 μ m。[0054]所述的包層2包括內(nèi)包層21和外包層22雙層結(jié)構(gòu)。所述的內(nèi)包層21的折射率為1. 5和外包層22的折射率為1. 4，內(nèi)包層21的形狀
為星形。所述泵浦源5的泵浦方式為側(cè)面分布式泵浦，即泵浦源5直接照射于光纖側(cè)面。實施方式四帶有增透層結(jié)構(gòu)的分布式側(cè)面泵浦光纖激光器，如圖7、8，該激光器包括光纖和泵浦源4。所述的光纖包括纖芯1、包層2和在包層2外部的增透層3。增透層3的結(jié)構(gòu)為五十層折射率高低相間的石英介質(zhì)。所述的纖芯1的折射率為1. 8。五十層石英介質(zhì)的折射率第一層石英介質(zhì)31的折射率為1. 7、第二層石英介質(zhì) 32的折射率為1. 2、第三層石英介質(zhì)33的折射率為1. 7、第四層石英介質(zhì)34的折射率為 1. 2、……、第四十九層石英介質(zhì)349的折射率為1. 7、第五十層石英介質(zhì)350的折射率為 1. 2。所述的纖芯1的半徑為20 μ m,光纖的外半徑為200 μ m,增透層3的厚度為30 μ m。所述的包層2包括內(nèi)包層21和外包層22雙層結(jié)構(gòu)。所述的內(nèi)包層21的折射率為1. 7和外包層22的折射率為1. 6，內(nèi)包層21的形狀為D形。所述泵浦源4的泵浦方式為側(cè)面分布式泵浦，即泵浦源4直接照射于光纖側(cè)面。
權(quán)利要求1.帶有增透層結(jié)構(gòu)的分布式側(cè)面泵浦光纖激光器，包括光纖、泵浦源(5)、第一光纖光柵Gl)和第二光纖光柵(42)，其特征在于所述的光纖包括纖芯(1)、包層( 和增透層(3)；增透層(3)結(jié)構(gòu)為增透膜或是折射率高低相間的石英介質(zhì)組成的增透結(jié)構(gòu)，位于光纖最外層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有增透層結(jié)構(gòu)的分布式側(cè)面泵浦光纖激光器，其特征在于所述的纖芯(1)的折射率為1. 4 1. 8，包層O)的折射率為1. 3 1. 7，聚光層(3) 的高折射率石英介質(zhì)折射率為1. 7 1. 9，低折射率石英介質(zhì)折射率為1. 2 1. 4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有增透層結(jié)構(gòu)的分布式側(cè)面泵浦光纖激光器，其特征在于所述的纖芯(1)的半徑為2 μ m 50 μ m，光纖外半徑為50 μ m 1000 μ m,增透層(3) 的厚度為5μπι 50μπι。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有增透層結(jié)構(gòu)的分布式側(cè)面泵浦光纖激光器，其特征在于所述增透層(3)中高低折射率相間的層數(shù)為5 50。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有增透層結(jié)構(gòu)的分布式側(cè)面泵浦光纖激光器，其特征在于所述的包層( 為雙包層結(jié)構(gòu)，分為內(nèi)包層和外包層(22)，折射率均在1.3 1.7 之間，且內(nèi)包層折射率大于外包層0 折射率，內(nèi)包層形狀為D形、圓形、星形和矩形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有增透層結(jié)構(gòu)的分布式側(cè)面泵浦光纖激光器，其特征在于所述泵浦源(5)的泵浦方式為側(cè)面分布式泵浦，即泵浦源( 直接照射于光纖側(cè)面。
專利摘要帶有增透層結(jié)構(gòu)的分布式側(cè)面泵浦光纖激光器，涉及工業(yè)加工和軍事領(lǐng)域。該激光器包括光纖、泵浦源(5)、第一光纖光柵(41)和第二光纖光柵(42)；光纖包層纖芯(1)、包層(2)和增透層(3)，增透層(3)為增透膜或是折射率高低相間的石英介質(zhì)組成的增透結(jié)構(gòu)。增透層(3)中高低折射率相間的層數(shù)為N＝5～50。光纖分為內(nèi)包層(21)和外包層(22)。纖芯(1)的折射率為1.4～1.8，包層(2)的折射率為1.3～1.7，N層石英介質(zhì)折射率高低相間，高折射率為1.7～1.9，低折射率為1.2～1.4。解決了目前大功率光纖激光器的側(cè)面泵浦技術(shù)加工難度高，對光纖有機械損傷，光纖的機械強度嚴(yán)重降低；光纖中泵浦能量分布不均勻而對光纖造成損傷的問題。
文檔編號H01S3/091GK202059041SQ20112017435
公開日2011年11月30日 申請日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月27日
發(fā)明者馮素春, 寧提綱, 李晶, 油海東, 溫曉東, 裴麗, 鄭晶晶 申請人:北京交通大學(xué)