百瓦級(jí)摻銩單模連續(xù)全光纖激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種百瓦級(jí)摻銩單模連續(xù)全光纖激光器，該激光器主要實(shí)現(xiàn)80W~150W中紅外2um波段激光連續(xù)輸出。該激光器由帶尾纖輸出的二極管泵浦源、泵浦合束器、信號(hào)光反射光纖光柵、雙包層摻銩光纖、光纖模式濾波器、輸出耦合光纖光柵和包層光剝離器組成。泵浦合束器的泵浦輸入端與二極管泵浦源相連接，合束器信號(hào)輸出端光纖與信號(hào)光反射光纖光柵相連接，信號(hào)光反射光纖光柵與輸出耦合光纖光柵之間依次熔接雙包層摻銩光纖、光纖模式濾波器，輸出耦合光纖光柵另一端與包層光剝離器相連接，包層光剝離器的另一端作為激光輸出端。本發(fā)明為光纖激光器振蕩級(jí)結(jié)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)元器件數(shù)量少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，采用水冷方式，具有高光束質(zhì)量、高可靠性、高穩(wěn)定性、高轉(zhuǎn)換效率等顯著優(yōu)點(diǎn)，非常適合產(chǎn)品化。
【專利說明】百瓦級(jí)摻銩單模連續(xù)全光纖激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高功率摻銩連續(xù)全光纖激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]近十年來，銩激光正越來越廣泛地被應(yīng)用到生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。由于水分子對(duì)該波段光的強(qiáng)吸收，2Mm激光對(duì)組織的穿透深度很淺，因此有很高的外科手術(shù)精確度，且對(duì)人眼安全，可以使用纖細(xì)的石英光纖傳輸能量到達(dá)手術(shù)治療界面，是進(jìn)行微創(chuàng)手術(shù)的最理想激光類型。
[0003]目前比較有效實(shí)現(xiàn)該波段激光的方法有固體激光器和光纖激光器兩種，高功率摻銩光纖激光器與固體激光器相比，具有效率高、散熱特性好、輸出光束質(zhì)量好等顯著優(yōu)勢(shì)，已廣泛引起生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重視。尤其是80W?150W中紅外2um連續(xù)全光纖激光器非常適合應(yīng)用在生物組織切割研究領(lǐng)域。
[0004]國(guó)內(nèi)外只有少數(shù)幾家單位在做這方面的研究。國(guó)內(nèi)的上海交通大學(xué)和國(guó)防科技大學(xué)也對(duì)這方面進(jìn)行了研究，但這些研究?jī)H限于實(shí)驗(yàn)室，所用方案使用了大量光學(xué)鏡片、精密調(diào)整架等空間元件，很難實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。國(guó)外比較著名的主要有美國(guó)IPG公司和英國(guó)南安普頓大學(xué)光電研究中心等，它們采用了種子源加放大器的全光纖結(jié)構(gòu)。與其相比，本發(fā)明涉及的激光器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，元器件數(shù)量少，并且可以解決全光纖激光器中全反射光纖光柵在大模場(chǎng)雙包層光纖中對(duì)基模反射率不高及對(duì)高階模反射率不可控帶來的問題，易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及缺點(diǎn)，提供一種百瓦級(jí)摻銩單模連續(xù)全光纖激光器，整個(gè)系統(tǒng)元器件數(shù)量少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，采用水冷方式，具有高光束質(zhì)量、高可靠性、高穩(wěn)定性、高轉(zhuǎn)換效率等顯著優(yōu)點(diǎn)，非常適合產(chǎn)品化。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
百瓦級(jí)摻銩單模連續(xù)全光纖激光器，如圖1所示，采用F-P腔振蕩結(jié)構(gòu)，其特征在于:由帶尾纖輸出的二極管泵浦源(I)、泵浦合束器(2)、信號(hào)光反射光纖光柵(3)、雙包層摻銩光纖(4)、光纖模式濾波器(5)、輸出稱合光纖光柵(6)、包層光剝離器(7)組成。泵浦合束器
(2)的泵浦輸入端與二極管泵浦源(I)相連接，泵浦合束器(2)信號(hào)輸出端光纖與信號(hào)光反射光纖光柵(3)相連接,信號(hào)光反射光纖光柵(3)與輸出稱合光纖光柵(6)之間依次熔接雙包層摻錢光纖(4)、光纖模式濾波器(5 ),輸出稱合光纖光柵(6 )另一端與泵浦光剝離器(7 )相連接，泵浦光剝離器(7)的另一端作為激光輸出端。該激光器可以輸出2um波段激光功率80W?150W。
[0007]所述的帶尾纖輸出的二極管泵浦源(I)輸出波長(zhǎng)為793nm，尾纖為多模光纖，為防止合束器泵浦端反饋光損壞泵浦源，泵浦源帶有對(duì)190(T2100nm波段激光的防護(hù)功能。
[0008]所述的泵浦合束器(2)泵浦輸入端為多根與泵浦源(I)尾纖相同的多模光纖，使多束泵浦光實(shí)現(xiàn)合束，該合束器具有較大的反向隔離度，可以保證帶尾纖輸出的二極管泵浦源(I)不會(huì)因?yàn)榉答伖β蔬^大而損壞。
[0009]所述的信號(hào)光反射光纖光柵(3)對(duì)793nm泵浦光高透，透過率大于99% ;對(duì)信號(hào)光反射，反射率大于98%,信號(hào)光的波長(zhǎng)在1900?2100nm范圍可選。
[0010]所述的雙包層摻錢光纖(4)為雙包層光纖,其纖芯材料為摻錢石英玻璃，內(nèi)包層的橫截面是八角形或者非圓形的其它形狀。該光纖為大模場(chǎng)面積光纖，以保證實(shí)現(xiàn)高功率激光的輸出。
[0011]所述的光纖模式濾波器(5)是通過對(duì)大模場(chǎng)雙包層光纖進(jìn)行拉錐，使拉錐區(qū)僅僅支持單模傳輸，高階模式被濾除，從而保證光纖激光腔中只有單模振蕩輸出。
[0012]所述的輸出稱合光纖光柵(6)對(duì)793nm泵浦光高透,透過率大于99% ;對(duì)信號(hào)光部分反射，反射率為5%-20%。其與信號(hào)光反射光纖光柵(3)構(gòu)成激光器的諧振腔,信號(hào)光反射光纖光柵(3)選取的信號(hào)光波長(zhǎng)與輸出稱合光纖光柵(5)的反射波長(zhǎng)相匹配。
[0013]所述的包層光剝離器(7)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)雙包層光纖包層中殘留光的剝離，泵浦光可以實(shí)現(xiàn)20dB的剝離，從而大大減少輸出端包層光的功率，有利于對(duì)光纖輸出端面的保護(hù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍:
如圖1所示，本發(fā)明采用F-P腔振蕩結(jié)構(gòu)，其特征在于:該結(jié)構(gòu)由帶尾纖輸出的二極管泵浦源(I)、泵浦合束器(2)、信號(hào)光反射光纖光柵(3)、雙包層摻錢光纖(4)、光纖模式濾波器(5)、輸出耦合光纖光柵(6)和包層光剝離器(7)組成。泵浦合束器(2)的泵浦輸入端與二極管泵浦源(I)相連接，泵浦合束器(2 )信號(hào)輸出端光纖與信號(hào)光反射光纖光柵(3 )相連接，信號(hào)光反射光纖光柵(3)與輸出稱合光纖光柵(6)之間依次熔接雙包層摻錢光纖(4)、光纖模式濾波器(5 ),輸出稱合光纖光柵(6 )另一端與包層光剝離器(7 )相連接,包層光剝離器(7)的另一端作為激光輸出端。該激光器可以輸出2um波段激光功率80W? 150W。
[0016]所述的帶尾纖輸出的二極管泵浦源(I)輸出波長(zhǎng)為793nm，單個(gè)輸出功率為50W，采用6個(gè)泵浦源總功率為300W，6個(gè)泵浦源尾纖分別與泵浦合束器(2)的6根泵浦輸入端相熔接，使泵浦功率以最少的損耗耦合進(jìn)泵浦合束器(2)信號(hào)輸出端光纖的包層內(nèi)。
[0017]所述的泵浦合束器(2)采用(6+1) *1的合束器，該合束器是把6個(gè)泵浦端輸入的泵浦光合束到信號(hào)輸出端的光纖包層內(nèi)。泵浦合束器(2)有6個(gè)泵浦輸入端、一個(gè)信號(hào)輸入端和一個(gè)信號(hào)輸出端。泵浦合束器(2)的信號(hào)輸出端光纖與信號(hào)光反射光纖光柵(3)的一端熔接，該熔接需要盡量保證信號(hào)光的損耗最小。
[0018]所述的信號(hào)光反射光纖光柵(3)是對(duì)793nm泵浦光高透,透過率大于99% ;對(duì)信號(hào)光1940nm反射，反射帶寬為1.5nm,反射率大于98%。
[0019]所述的雙包層摻錢光纖(4)是大模場(chǎng)面積雙包層光纖,其纖芯材料為摻錢石英玻璃，內(nèi)包層的橫截面是八角形，其參數(shù)需要與無源光纖相匹配，才能保證熔接時(shí)損耗最小。雙包層摻銩光纖(4)需要進(jìn)行有效散熱，才能達(dá)到最好的激光轉(zhuǎn)換效率。雙包層摻銩光纖
(4)的另一端與光纖模式濾波器(5)的一端熔接。
[0020]所述的光纖模式濾波器(5)是對(duì)25/400um的雙包層光纖拉錐成200um，高階模式將無法通過拉錐區(qū)，從而保證光纖激光腔中只有單模振蕩輸出。
[0021]所述的輸出稱合光纖光柵(6)對(duì)793nm泵浦光高透,透過率大于99% ;對(duì)信號(hào)光1940nm部分反射，反射帶寬為0.5nm，反射率為10%。其與信號(hào)光反射光纖光柵(3)構(gòu)成激光器的諧振腔。
[0022]所述的包層光剝離器(7) —端與輸出耦合光纖光柵(6)相熔接，實(shí)現(xiàn)對(duì)雙包層光纖包層中殘余光的剝離，從而大大減少輸出端包層光的功率，有利于對(duì)光纖輸出端面的保護(hù)。
[0023]隨著泵浦光的增加，在解決好雙包層摻銩光纖(4 )的散熱情況下，激光輸出功率可以達(dá)到80W?150W,波長(zhǎng)相匹配的信號(hào)光反射光纖光柵(3)和輸出I禹合光纖光柵(5)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)激光波長(zhǎng)的選擇。
[0024]我們采用這種結(jié)構(gòu)獲得了最大150W功率1940nm激光的輸出。
【權(quán)利要求】
1.百瓦級(jí)摻銩單模連續(xù)全光纖激光器，其特征在于由帶尾纖輸出的二極管泵浦源(I)、泵浦合束器(2)、信號(hào)光反射光纖光柵(3)雙包層摻錢光纖(4)、光纖模式濾波器(5)、輸出耦合光纖光柵(6 )和包層光剝離器(7 )組成，泵浦合束器(2 )的泵浦輸入端與二極管泵浦源(I)相連接，泵浦合束器(2)信號(hào)輸出端光纖與信號(hào)光反射光纖光柵(3)相連接,信號(hào)光反射光纖光柵(3 )與輸出稱合光纖光柵(6 )之間依次熔接雙包層摻錢光纖(4 )、光纖模式濾波器(5)，輸出耦合光纖光柵(6)另一端與包層光剝離器(7)相連接，包層光剝離器(7)的另一端作為激光輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的百瓦級(jí)摻銩單模連續(xù)全光纖激光器，其特征在于:所述的帶尾纖輸出的二極管泵浦源(I)輸出波長(zhǎng)為793nm，尾纖為多模光纖。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的百瓦級(jí)摻銩單模連續(xù)全光纖激光器，其特征在于:所述的泵浦合束器(2 )為(6+1) X I合束器，泵浦輸入端為多根與泵浦源(I)尾纖相同的多模光纖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的百瓦級(jí)摻銩單模連續(xù)全光纖激光器，其特征在于:所述的信號(hào)光反射光纖光柵(3)對(duì)793nm泵浦光高透,透過率大于99% ;對(duì)信號(hào)光反射,信號(hào)光的波長(zhǎng)范圍為1900?2100nm，反射率大于98%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的百瓦級(jí)摻銩單模連續(xù)全光纖激光器，其特征在于:所述的雙包層摻錢光纖(4)是大模場(chǎng)面積雙包層光纖，內(nèi)包層的橫截面是八角形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的百瓦級(jí)摻銩單模連續(xù)全光纖激光器，其特征在于:所述的光纖模式濾波器(5)采用對(duì)大模場(chǎng)雙包層光纖高階模式有濾除作用的光纖模式濾波器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的百瓦級(jí)摻銩單模連續(xù)全光纖激光器，其特征在于:所述的輸出率禹合光纖光柵(6)對(duì)793nm泵浦光高透,透過率大于99% ;對(duì)信號(hào)光部分反射,信號(hào)光的波長(zhǎng)范圍為1900?2100nm，反射率為5%?20%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的百瓦級(jí)摻銩單模連續(xù)全光纖激光器，其特征在于:所述的包層光剝離器(7)采用對(duì)雙包層光纖包層光剝離度為20dB的包層光剝離器。
【文檔編號(hào)】H01S3/067GK103746278SQ201310675777
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】牛金富, 徐靖中 申請(qǐng)人:杭州法博激光科技有限公司