專利名稱：基于多線性腔結(jié)構(gòu)的相干合束光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及ー種光纖激光器，適用于エ業(yè)加工及國防等需要高功率激光器的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
激光作為ー種人造光相比普通光源有很多優(yōu)勢，例如相干性強、亮度高，方向性強等。因而從其問世之日起就受到廣大科研工作者的青睞，尤其是在高功率激光器方向研究進(jìn)展迅猛。目前，大功率的光纖激光器被廣泛應(yīng)用于精密焊接和切割等エ業(yè)領(lǐng)域中，并在軍事領(lǐng)域呈現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。近年來，光纖激光器的輸出功率快速提升，多種提高激光輸出功率的方法已經(jīng)被提出。首先，基于包層抽運技術(shù)的光纖激光器以其光束質(zhì)量好、轉(zhuǎn)換效率高以及結(jié)構(gòu)緊 湊等特點吸引了人們的廣泛關(guān)注。2004年光纖激光器的單纖輸出功率達(dá)到千瓦量級，2009年IPG公司報道已實現(xiàn)了單纖萬瓦的單模激光輸出。但隨著功率的增加，SBS、SRS和FWM等各種非線性效應(yīng)使得光束質(zhì)量嚴(yán)重降低，并且成為進(jìn)一歩增加激光功率的巨大障礙。大模場面積(LMA)光纖的提出成為ー種可行的方法，在保持光功率密度不變的情況下，增大光纖半徑可以有效増加光纖所能承載的光功率，為大功率光纖激光器的制備提供了必要的前提。但由于光纖半徑増加幅度有限，過大的光纖半徑使得模場變的復(fù)雜，光束質(zhì)量得不到保證，因此該方法能夠解決的問題受到光纖尺寸的限制。另ー種方法為主控振蕩器的功率放大器(MOPA),這種方法可以有效增加激光器功率，而且輸出激光的質(zhì)量很高，但同樣受到單根光纖光功率承載能力的限制。相比之下，多路光纖激光的合束成為ー種實現(xiàn)大功率激光輸出的更為有效的方法。為了增加輸出功率的同時在一定程度上保證輸出激光的光束質(zhì)量，相干合束技術(shù)成為首選，相干合束又分為主動相位鎖定和被動相位鎖定。主動相位鎖定需要較為復(fù)雜的外部調(diào)相器件，而且穩(wěn)定性較差，相比之下，被動相位鎖定不需要復(fù)雜的調(diào)相設(shè)備，完全依靠激光器自身的設(shè)備被動調(diào)整各路激光相位，達(dá)到各路激光同相位的目的，效率和穩(wěn)定性都較高。但就目前已有被動相位鎖定的實現(xiàn)方法而言，輸出激光的頻帶寬，光路數(shù)量少，輸出功率低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是已有被動相位鎖定的實現(xiàn)方法，輸出激光的頻帶寬，光路數(shù)量少，輸出功率低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。本實用新型的技術(shù)方案為基于多線性腔結(jié)構(gòu)的相干合束光纖激光器，該激光器包括第一至第N有源單模光纖、第一至第N+1光纖光柵、第一至第N耦合器、第一至第N泵浦源、第一至第N單模光纖和第一至第N波分復(fù)用器。第一光纖光柵接第一波分復(fù)用器的第二端ロ，第一波分復(fù)用器的第一端ロ接第一泵浦源，第一波分復(fù)用器的第三端ロ接第一有源單模光纖的一端，第一有源單模光纖的另一端接第一稱合器的第一端ロ，第一稱合器的第二端ロ接第二光纖光柵的一端，第一 I禹合器的第三端ロ接第一單模光纖的一端，激光從第一單模光纖的另一端輸出。第二光纖光柵的另一端接第二波分復(fù)用器的第二端ロ，第二波分復(fù)用器的第一端ロ接第二泵浦源，第二波分復(fù)用器的第三端ロ接第二有源單模光纖的一端，第二有源單模光纖的另一端接第二耦合器的第一端ロ，第二耦合器的第二端ロ接第三光纖光柵的一端，第二耦合器的第三端ロ接第二單模光纖的一端，激光從第二單模光纖的另一端輸出。...... 第N光纖光柵的另一端接第N波分復(fù)用器的第二端ロ，第N波分復(fù)用器的第一端ロ接第N泵浦源，第N波分復(fù)用器的第三端ロ接第N有源單模光纖的一端，第N有源單模光纖的另一端接第N耦合器的第一端ロ，第N耦合器的第二端ロ接第N+1光纖光柵，第N耦合器的第三端ロ接第N單模光纖的一端，激光從第N單模光纖的另一端輸出。第一至第N單模光纖的另一端位于同一平面內(nèi)。N= 2 100 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本實用新型利用線性腔結(jié)構(gòu)實現(xiàn)多段有源光纖的連接，任意線性腔兩端的光纖光柵中心波長一致，保證產(chǎn)生的激光信號譜帶有重疊的部分，以使各線性腔之間激光頻率的一致，使得各個線性腔共同作用而諧振于同一頻帶，產(chǎn)生的激光頻帶窄，相干性強。所用到的各器件價格低，穩(wěn)定性強，通過簡單的增加線性腔的數(shù)量來達(dá)到增加光路數(shù)量和總輸出功率的目的，結(jié)構(gòu)簡單。

圖I為N個線性腔的基于多線性腔結(jié)構(gòu)的相干合束光纖激光器。圖2為兩個線性腔的基于多線性腔結(jié)構(gòu)的相干合束光纖激光器。圖3為十個線性腔的基于多線性腔結(jié)構(gòu)的相干合束光纖激光器。圖4為ー百個線性腔的基于多線性腔結(jié)構(gòu)的相干合束光纖激光器。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)ー步描述。實施方式一基于多線性腔結(jié)構(gòu)的相干合束光纖激光器，如圖I，該激光器包括第一至第N有源單模光纖11、12、……、1N，第一至第N+1光纖光柵21、22、23、……、2N、2 (N+1)，第一至第N耦合器31、32、……、3N，第一至第N泵浦源41、42、……、4N，第一至第N單模光纖51、52、......、5N和第一至第N波分復(fù)用器61、62、......、6N。第一光纖光柵21接第一波分復(fù)用器61的第二端ロ，第一波分復(fù)用器61的第一端ロ接第一泵浦源41，第一波分復(fù)用器61的第三端ロ接第一有源單模光纖11的一端，第一有源單模光纖11的另一端接第一耦合器31的第一端ロ，第一耦合器31的第二端ロ接第二光纖光柵22的一端,第一稱合器31的第三端ロ接第一單模光纖51的一端,激光從第一單模光纖51的另一端輸出，構(gòu)成第一個線性腔。[0025]第二光纖光柵22的另一端接第二波分復(fù)用器62的第二端ロ，第二波分復(fù)用器62的第一端ロ接第二泵浦源42，第二波分復(fù)用器62的第三端ロ接第二有源單模光纖12的一端，第二有源單模光纖12的另一端接第二耦合器32的第一端ロ，第二耦合器32的第二端ロ接第三光纖光柵23的一端，第二耦合器32的第三端ロ接第二單模光纖52的一端，激光從第二單模光纖52的另一端輸出，構(gòu)成第二個線性腔。......第N光纖光柵2N的另一端接第N波分復(fù)用器6N的第二端ロ，第N波分復(fù)用器6N的第一端ロ接第N泵浦源4N，第N波分復(fù)用器6N的第三端ロ接第N有源單模光纖IN的一端，第N有源單模光纖IN的另一端接第N稱合器3N的第一端ロ，第N稱合器3N的第二端ロ接第N+1光纖光柵2 (N+1)，第N耦合器3N的第三端ロ接第N單模光纖5N的一端，激光從第N單模光纖5N的另一端輸出，構(gòu)成第N個線性腔。第一至第N單模光纖51、52、......、5N的另一端位于同一平面內(nèi)。N = 2 100 的整數(shù)。所述的第一至第N有源單模光纖11、12、……、1N的纖芯中均摻雜稀土離子，包括鉺離子、鐿離子、釹離子、銩離子或欽離子。所述的第一至第N+1光纖光柵21、22、23、......、2N、2(N+1)的中心波長均相同。第一和第N+1光纖光柵21、2(N+1)的中心波長反射率為大于99%。第二至第N光纖光柵22、23、……、2N的中心波長反射率為50% 90%。實施方式ニ基于多線性腔結(jié)構(gòu)的相干合束光纖激光器，如圖2，該激光器包括第一、第二有源單模光纖11、12,第一、第二、第三光纖光柵21、22、23,第一、第二稱合器31、32,第一、第二泵浦源41、42，第一、第二單模光纖51、52和第一、第二波分復(fù)用器61、62。第一光纖光柵21接第一波分復(fù)用器61的第二端ロ，第一波分復(fù)用器61的第一端ロ接第一泵浦源41，第一波分復(fù)用器61的第三端ロ接第一有源單模光纖11的一端，第一有源單模光纖11的另一端接第一耦合器31的第一端ロ，第一耦合器31的第二端ロ接第二光纖光柵22的一端,第一稱合器31的第三端ロ接第一單模光纖51的一端,激光從第一單模光纖51的另一端輸出，構(gòu)成第一個線性腔。第二光纖光柵22的另一端接第二波分復(fù)用器62的第二端ロ，第二波分復(fù)用器62的第一端ロ接第二泵浦源42，第二波分復(fù)用器62的第三端ロ接第二有源單模光纖12的一端，第二有源單模光纖12的另一端接第二耦合器32的第一端ロ，第二耦合器32的第二端ロ接第三光纖光柵23的一端，第二耦合器32的第三端ロ接第二單模光纖52的一端，激光從第二單模光纖52的另一端輸出，構(gòu)成第二個線性腔。第一、第二單模光纖51、52的另一端位于同一平面內(nèi)。所述的第一、第二有源單模光纖11、12的纖芯中均摻鉺離子。所述的第一至第三光纖光柵21、22、23的中心波長均相同。第一和第三光纖光柵21、23的中心波長反射率為99. 1%。第二光纖光柵22的中心波長反射率為50%。實施方式三實施方式三，如圖3，與實施方式ニ區(qū)別、[0045]線性腔的數(shù)量為十個。第一至第十單模光纖51、52、……、510的另一端位于同一平面內(nèi)。所述的第一至第十有源單模光纖11、12、……、110的纖芯中均摻銩離子。所述的第一至第i^一光纖光柵21、22、23、......、210、211的中心波長均相同。第一和第i^一光纖光柵21、211的中心波長反射率為99. 9%。第二至第十光纖光柵22、23、......、210的中心波長反射率為90%。實施方式四實施方式四，如圖4，與實施方式ニ區(qū)別線性腔的數(shù)量為ー百個。第一至第一百單模光纖51、52、......、5100的另一端位于同一平面內(nèi)。所述的第一至第一百有源單模光纖11、12、……、1100的纖芯中均摻鐿離子。所述的第一至第一百零一光纖光柵21、22、23、……、2100、2101的中心波長均相
同。 第一和第一百零一光纖光柵21、2101的中心波長反射率為99. 5%。第二至第一百光纖光柵22、23、......、2100的中心波長反射率為70%。
權(quán)利要求1.基于多線性腔結(jié)構(gòu)的相干合束光纖激光器，其特征在于該激光器包括第一至第N有源單模光纖(11、12、……、1N)，第一至第N+1光纖光柵(21、22、23、……、2N、2 (N+1))，第一至第N耦合器(31、32、……、3N)，第一至第N泵浦源(41、42、……、4N)，第一至第N單模光纖(51、52、......、5N)和第一至第N波分復(fù)用器(61、62、......、6N); 第一光纖光柵(21)接第一波分復(fù)用器(61)的第二端ロ，第一波分復(fù)用器(61)的第一端ロ接第一泵浦源(41)，第一波分復(fù)用器(61)的第三端ロ接第一有源單模光纖(11)的一端，第一有源單模光纖(11)的另一端接第一稱合器(31)的第一端ロ，第一稱合器(31)的第ニ端ロ接第二光纖光柵(22)的一端，第一耦合器(31)的第三端ロ接第一單模光纖(51)的一端，激光從第一單模光纖(51)的另一端輸出； 第二光纖光柵(22)的另一端接第二波分復(fù)用器(62)的第二端ロ，第二波分復(fù)用器 (62)的第一端ロ接第二泵浦源(42)，第二波分復(fù)用器(62)的第三端ロ接第二有源單模光纖(12)的一端，第二有源單模光纖(12)的另一端接第二耦合器(32)的第一端ロ，第二耦合器(32)的第二端ロ接第三光纖光柵(23)的一端，第二耦合器(32)的第三端ロ接第二單模光纖(52)的一端,激光從第二單模光纖(52)的另一端輸出； 第N光纖光柵(2N)的另一端接第N波分復(fù)用器(6N)的第二端ロ，第N波分復(fù)用器(6N)的第一端ロ接第N泵浦源(4N)，第N波分復(fù)用器(6N)的第三端ロ接第N有源單模光纖(IN)的一端，第N有源單模光纖(IN)的另一端接第N稱合器(3N)的第一端ロ，第N稱合器(3N)的第二端ロ接第N+1光纖光柵(2(N+1 ))，第N耦合器(3N)的第三端ロ接第N單模光纖(5N)的一端，激光從第N單模光纖(5N)的另一端輸出； 第一至第N單模光纖(51、52、……、5N)的另一端位于同一平面內(nèi)； N=2 100的整數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于多線性腔結(jié)構(gòu)的相干合束光纖激光器，其特征在于 所述的第一至第N+1光纖光柵(21、22、23、……、2N、2 (N+1))的中心波長均相同; 所述的第一和第N+1光纖光柵(21、2 (N+1))的中心波長反射率為大于99% ； 所述的第二至第N光纖光柵(22、23、……、2N)的中心波長反射率為50% 90%。
專利摘要基于多線性腔結(jié)構(gòu)的相干合束光纖激光器，涉及一種激光器，解決了目前已有被動相位鎖定方法中輸出激光的頻帶寬，光路數(shù)量少，輸出功率低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題。第一至第N有源單模光纖(11、12、……、1N)，第一至第N+1光纖光柵(21、22、23、……、2N、2(N+1))，第一至第N耦合器(31、32、……、3N)，第一至第N泵浦源(41、42、……、4N)，第一至第N單模光纖(51、52、……、5N)和第一至第N波分復(fù)用器(61、62、……、6N)構(gòu)成N個線性腔的相干合束光纖激光器。N＝2～100的整數(shù)。通過N個線性腔的串聯(lián)使得各線性腔諧振在同一頻帶，由N根單模光纖將激光信號導(dǎo)出，相干得到大功率的相干激光。適用于工業(yè)加工及國防等需要高功率激光器的領(lǐng)域。
文檔編號H01S3/067GK202423816SQ20112050980
公開日2012年9月5日 申請日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者寧提綱, 李超, 溫曉東, 王春燦, 裴麗, 譚中偉, 鄭晶晶 申請人:北京交通大學(xué)