一種提高光纖激光器光束質(zhì)量的有源光纖器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種提高光纖激光器光束質(zhì)量的有源光纖器件，其包括泵浦光光纖分束部分、產(chǎn)生誘導(dǎo)激光的光纖部分以及光纖合束部分；其中，泵浦光光纖分束部分用于將泵浦光分成兩束強(qiáng)度不同的泵浦光并輸出；產(chǎn)生誘導(dǎo)激光光纖部分用于強(qiáng)度較弱泵浦光泵浦增益光纖產(chǎn)生誘導(dǎo)激光，并輸出至光纖合束部分；光纖合束部分用于將所述誘導(dǎo)激光和泵浦光強(qiáng)度較強(qiáng)的泵浦光合束。利用這種插入式光纖器件可在較大程度上提高光纖激光器輸出激光的光束質(zhì)量。本發(fā)明提出的上述方案使用方便，制作成本低，在能夠保證激光功率和效率的前提下，有效地提高光纖激光器的光束質(zhì)量。
【專利說明】一種提高光纖激光器光束質(zhì)量的有源光纖器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光纖光學(xué)器件領(lǐng)域，尤其涉及一種提高光纖激光器光束質(zhì)量的有源光纖器件。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，光纖激光器憑借其效率高，體積小，散熱好，操作便捷等諸多優(yōu)點(diǎn)在激光及其加工【技術(shù)領(lǐng)域】取得了長足的發(fā)展，并在光纖通信、工業(yè)加工、醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，特別是高功率高光束質(zhì)量光纖激光器在激光厚板切割、激光焊接、精密制造等加工領(lǐng)域已逐漸占領(lǐng)大份額激光器市場。光纖激光器隨著激光功率的增加，其輸出激光光束質(zhì)量逐漸變差，主要原因是由于激光功率的增加使得增益光纖中的高階模被逐漸放大，導(dǎo)致光纖激光光束質(zhì)量變差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了提高光纖激光器的光束質(zhì)量，并保證其輸出激光功率不變，本發(fā)明提供一種提高光纖激光器光束質(zhì)量的光纖器件。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提高光纖激光器光束質(zhì)量的有源光纖器件，其包括泵浦光光纖分束部分、產(chǎn)生誘導(dǎo)激光的光纖部分以及光纖合束部分；其中，泵浦光光纖分束部分用于將泵浦光分成兩束強(qiáng)度不同的泵浦光并輸出；產(chǎn)生誘導(dǎo)激光光纖部分用于強(qiáng)度較弱泵浦光泵浦增益光纖產(chǎn)生誘導(dǎo)激光，并輸出至光纖合束部分；光纖合束部分用于將所述誘導(dǎo)激光和泵浦光強(qiáng)度較強(qiáng)的泵浦光合束。
[0005]其中所述泵浦光光纖分束部分包括與泵浦源尾纖熔接的泵浦光傳能光纖以及由所述傳能光纖分成的兩根泵浦光傳能光纖，其中所述兩根泵浦光傳能光纖的泵浦光分束強(qiáng)度不同。
[0006]其中所述產(chǎn)生誘導(dǎo)激光的光纖部分包括輸入光纖光柵、增益光纖以及輸出光纖光柵；其中，輸入光纖光柵、輸出光纖光柵分別與增益光纖的兩端熔接，形成光纖激光諧振腔，輸出誘導(dǎo)激光，輸入光纖光柵的另一端與所述泵浦光光纖分束部分中泵浦光強(qiáng)度較弱的泵浦光傳輸光纖熔接，所產(chǎn)生的誘導(dǎo)激光通過輸出光纖光柵輸出。
[0007]其中所述光纖合束部分包括誘導(dǎo)激光傳能光纖、泵浦光傳輸光纖和輸出傳能光纖；所述誘導(dǎo)激光傳能光纖的一端與所述產(chǎn)生誘導(dǎo)激光的光纖部分中輸出誘導(dǎo)激光的光纖光柵熔接，另一端與所述泵浦光光纖分束部分中泵浦光強(qiáng)度較強(qiáng)的泵浦光傳輸光纖合束熔接到輸出傳能光纖。
[0008]其中所述兩根泵浦光傳能光纖的有效模場直徑不同；且泵浦光分束比例在1: 9到1: 4之間。
[0009]其中所述誘導(dǎo)激光傳能光纖與所述泵浦光光纖分束部分中泵浦光強(qiáng)度較強(qiáng)的泵浦光傳輸光纖以(1+1) X I的合束方式熔接到輸出傳能光纖。
[0010]將本發(fā)明提出的上述有源光纖器件插入光纖激光器增益腔中，可利用小功率高光束質(zhì)量的誘導(dǎo)激光在主增益光纖中產(chǎn)生激光模式誘導(dǎo)作用，增加主增益光纖中激光低階模競爭優(yōu)勢，使低階模增益增加、高階模增益降低，從而提高了輸出激光的光束質(zhì)量。本發(fā)明操作簡單、使用方便，靈活性高且制作成本低，在能夠保證激光功率和效率的前提下，有效地提高光纖激光器輸出激光的光束質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中用于提高光纖激光器光束質(zhì)量的光纖器件結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0013]圖1示出了本發(fā)明提出的一種提高光纖激光器光束質(zhì)量的有源光纖器件。如圖1所示，其包括泵浦光光纖分束部分、產(chǎn)生誘導(dǎo)激光的光纖部分以及光纖合束部分。其中，泵浦光光纖分束部分用于將泵浦光分成兩束強(qiáng)度不同的泵浦光并輸出；產(chǎn)生誘導(dǎo)激光光纖器件用于根據(jù)泵浦光光纖分束部分中泵浦光強(qiáng)度較弱的泵浦光產(chǎn)生誘導(dǎo)激光，并輸出至光纖合束部分；光纖合束部分用于將所述誘導(dǎo)激光和泵浦光強(qiáng)度較強(qiáng)的泵浦光進(jìn)行合束后輸出。
[0014]其中，所述泵浦光光纖分束部分，包括與泵浦源I尾纖熔接的泵浦光傳能光纖3以及由所述傳能光纖3分成的兩根泵浦光傳能光纖，即第一泵浦光傳能光纖4和第二泵浦光傳能光纖5 ;其中，所述泵浦光傳能光纖3的光纖特征參數(shù)與泵浦源I尾纖相同，第一泵浦光傳能光纖4的泵浦光強(qiáng)度比第二泵浦光傳能光纖5弱，且第一泵浦光傳能光纖4與所述產(chǎn)生誘導(dǎo)激光光纖部分熔接；第一泵浦光傳能光纖4和第二泵浦光傳能光纖5的有效模場直徑不同，且所述第一泵浦光傳能光纖4的有效模場直徑小于第二傳泵浦光能光纖5的有效模場直徑，第一泵浦光傳能光纖4和第二泵浦光傳能光纖5的泵浦光分束比例在1: 9到1: 4之間。
[0015]所述產(chǎn)生誘導(dǎo)激光的光纖部分，其包括輸入光纖光柵6、增益光纖7以及輸出光纖光柵8 ;輸入光纖光柵6、輸出光纖光柵8分別與增益光纖7兩端熔接,形成光纖激光諧振腔，輸出誘導(dǎo)激光，輸入光纖光柵6的另一端與第一泵浦光傳能光纖4熔接，所產(chǎn)生的誘導(dǎo)激光通過輸出光纖光柵8輸出。所述光纖合束部分,其包括:誘導(dǎo)激光傳能光纖9、第二泵浦光傳輸光纖5和輸出傳能光纖10 ;誘導(dǎo)激光傳能光纖9的一端與輸出光纖光柵8熔接，另一端與泵浦光分束較強(qiáng)的第二泵浦光傳能光纖5合束熔接到合束輸出傳能光纖10。誘導(dǎo)激光傳能光纖9與另一泵浦光分束較強(qiáng)的第二傳能光纖5以(1+1) X I的合束方式熔接到輸出傳能光纖10。。
[0016]本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，為了提高光纖激光器輸出激光光束質(zhì)量，將本發(fā)明提出的有源光纖器件插入光纖激光器增益腔(包括半導(dǎo)體泵浦源1，雙包層摻鐿光纖11和輸出傳能光纖12)中:采用976nm，250W半導(dǎo)體激光泵浦源1，其尾纖參數(shù)直徑為220μπι，數(shù)值孔徑為0.22。將一根直徑為105 μ m，數(shù)值孔徑為0.15的傳能光纖4與一根直徑為200 μ m，數(shù)值孔徑為0.22的傳能光纖5拉錐合束熔接到一根直徑為220 μ m，數(shù)值孔徑為0.22的傳能光纖3上，傳能光纖3與泵浦源I尾纖熔接，泵浦光分束總效率大于96%，泵浦光功率為200W時(shí)，傳能光纖4、5中傳輸泵浦光功率分別為23WU70W。傳能光纖4的另一端與輸入光纖光柵6尾纖(雙包層20 / 400 μ m，數(shù)值孔徑0.06 / 0.46)進(jìn)行模場匹配熔接，熔接傳輸效率高于98%,輸入光纖光柵6對976nm高透，1080nm高反,光纖光柵6另一端與增益光纖7熔接，增益光纖7采用長度為3.5m的20 / 400 μ m，數(shù)值孔徑0.06 / 0.46的雙包層摻鐿光纖，其吸收系數(shù)為1.7dB / m，增益光纖7另一端與輸出光纖光柵8尾纖(雙包層20 /400 μ m，數(shù)值孔徑0.06 / 0.46)熔接，輸出光纖光柵8對080nm波長激光透過率為90%，輸出誘導(dǎo)激光功率為10W。將一根雙包層20 / 200 μ m，數(shù)值孔徑0.06 / 0.46的傳能光纖9與光纖光柵輸出尾纖纖芯對準(zhǔn)熔接，傳能光纖9另一端與傳能光纖5以(1+1) X I的合束方式熔接到一根雙包層20 / 400 μ m，數(shù)值孔徑為0.06 / 0.46的傳能光纖10上，即傳能光纖5與傳能光纖9合束熔接時(shí)，傳能光纖9的纖芯與傳能光纖10的纖芯對準(zhǔn)，此時(shí)，9.7W誘導(dǎo)激光在光纖纖芯中傳播，165W泵浦光輸入到傳能光纖10中。傳能光纖10與長度為12m的20 / 400 μ m,數(shù)值孔徑0.06 / 0.46的雙包層摻鐿增益光纖11熔接，增益光纖11另一端與雙包層20 / 400 μ m，數(shù)值孔徑為0.06 / 0.46的輸出傳能光纖12熔接。由于高光束質(zhì)量的誘導(dǎo)激光在增益光纖11中的模式誘導(dǎo)作用，最終輸出激光光束質(zhì)量M2為1.1，其功率為145W,在輸出功率基本相同的情況下,改善了光纖激光器輸出激光的光束質(zhì)量(未插入本光纖器件時(shí)，M2為2.0，輸出功率148W)。
[0017]以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種提高光纖激光器光束質(zhì)量的有源光纖器件，其包括泵浦光光纖分束部分、產(chǎn)生誘導(dǎo)激光的光纖部分以及光纖合束部分；其中，泵浦光光纖分束部分用于將泵浦光分成兩束強(qiáng)度不同的泵浦光并輸出；產(chǎn)生誘導(dǎo)激光光纖部分用于強(qiáng)度較弱泵浦光泵浦增益光纖產(chǎn)生誘導(dǎo)激光，并輸出至光纖合束部分；光纖合束部分用于將所述誘導(dǎo)激光和泵浦光強(qiáng)度較強(qiáng)的泵浦光合束。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖器件，其特征在于，所述泵浦光光纖分束部分包括與泵浦源尾纖熔接的泵浦光傳能光纖以及由所述傳能光纖分成的兩根泵浦光傳能光纖，其中所述兩根泵浦光傳能光纖的泵浦光分束強(qiáng)度不同。
3.如權(quán)利要求1所述的光纖器件，其特征在于，所述產(chǎn)生誘導(dǎo)激光的光纖部分包括輸入光纖光柵、增益光纖以及輸出光纖光柵；其中，輸入光纖光柵、輸出光纖光柵分別與增益光纖的兩端熔接，形成光纖激光諧振腔，輸出誘導(dǎo)激光，輸入光纖光柵的另一端與所述泵浦光光纖分束部分中泵浦光強(qiáng)度較弱的泵浦光傳輸光纖熔接，所產(chǎn)生的誘導(dǎo)激光通過輸出光纖光柵輸出。
4.如權(quán)利要求1所述的光纖器件，其特征在于，所述光纖合束部分包括誘導(dǎo)激光傳能光纖、泵浦光傳輸光纖和輸出傳能光纖；所述誘導(dǎo)激光傳能光纖的一端與所述產(chǎn)生誘導(dǎo)激光的光纖部分中輸出誘導(dǎo)激光的光纖光柵熔接，另一端與所述泵浦光光纖分束部分中泵浦光強(qiáng)度較強(qiáng)的泵浦光傳輸光纖合束熔接到輸出傳能光纖。
5.如權(quán)利要求2所述的光纖器件，其特征在于，所述兩根泵浦光傳能光纖的有效模場直徑不同；且泵浦光分束比例在1: 9到1: 4之間。
6.如權(quán)利要求4所述的光纖器件，其特征在于，所述誘導(dǎo)激光傳能光纖與所述泵浦光光纖分束部分中泵浦光強(qiáng)度較強(qiáng)的泵浦光傳輸光纖以(1+1) XI的合束方式熔接到輸出傳能光纖。
7.如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的光纖器件，其特征在于，該光纖器件用于插入光纖激光器增益腔，以提高光纖激光器輸出激光的光束質(zhì)量。
【文檔編號(hào)】H01S3/067GK103531995SQ201310538186
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月4日
【發(fā)明者】鄒淑珍, 于海娟, 林學(xué)春 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所