一種長(zhǎng)脈寬、高峰值功率準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉光纖激光器領(lǐng)域，具體是一種長(zhǎng)脈寬、高峰值功率準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]長(zhǎng)脈寬、高峰值功率準(zhǔn)連續(xù)激光器輸出激光具有ms量級(jí)脈沖寬度，使得脈沖光具有比連續(xù)光高十倍以上的峰值功率，以及更高的單脈沖能量，是易碎材料點(diǎn)焊、縫焊和鉆孔等微加工的最佳選擇。
[0003]現(xiàn)階段主要通過(guò)燈栗YAG激光器和降額調(diào)制連續(xù)光纖激光器來(lái)得到長(zhǎng)脈寬、高峰值功率的準(zhǔn)連續(xù)激光。燈栗YAG激光器所使用的Nd: YAG晶體具有優(yōu)良的熱學(xué)性能，非常適合制作成連續(xù)和重頻器件，燈栗YAG長(zhǎng)脈寬、低重頻準(zhǔn)連續(xù)激光器制作工藝成熟穩(wěn)定，雖然可以獲得ms級(jí)脈寬、千瓦峰值功率的脈沖激光，但是YAG激光器燈栗效率只有百分之幾，激光介質(zhì)的熱負(fù)荷大，光束質(zhì)量差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高。連續(xù)光纖激光器通過(guò)降低栗浦功率，并在瞬間提升栗浦功率，形成脈沖栗浦，得到長(zhǎng)脈寬、高峰值功率的準(zhǔn)連續(xù)激光，同時(shí)具有光纖激光器光束質(zhì)量好、可靠性高、易于集成、無(wú)需復(fù)雜維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。但是其單模塊最大峰值只能達(dá)到平均功率的兩倍，激光器性價(jià)比達(dá)不到要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，提供一種脈沖寬度、形狀可調(diào)，具有脈沖穩(wěn)定性好、光束質(zhì)量好、栗浦光狀態(tài)可監(jiān)控、輸出功率穩(wěn)定性可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的高峰值功率連續(xù)光纖激光器系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0006]—種長(zhǎng)脈寬、高峰值功率準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器系統(tǒng)，由栗浦源、紅光耦合件、栗浦光監(jiān)控器、諧振腔、包層光剝離器、功率監(jiān)控器、輸出光纜、控制電路系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、反饋系統(tǒng)構(gòu)成；其特征在于:控制電路系統(tǒng)分別與栗浦源源、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和反饋系統(tǒng)相連，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)栗浦源輸出連續(xù)栗浦激光或ms量級(jí)準(zhǔn)連續(xù)激光；小部分栗浦光到達(dá)栗浦光監(jiān)控器，絕大部分栗浦光經(jīng)過(guò)紅光耦合件注入到諧振腔，再依次通過(guò)包層光剝離器、功率監(jiān)控器，諧振腔輸出的絕大部分激光從輸出光纜輸出，少部分激光到達(dá)功率監(jiān)控器；栗浦光監(jiān)控器和功率監(jiān)控器將采集到的信號(hào)發(fā)送給反饋系統(tǒng)，由反饋系統(tǒng)反饋到控制電路系統(tǒng)，控制電路系統(tǒng)通過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制栗浦源。
[0007]所述的栗浦源工作在連續(xù)或脈沖模式，是快速響應(yīng)的增益開(kāi)關(guān)型半導(dǎo)體激光器。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生脈沖電流驅(qū)動(dòng)栗浦源輸出ms量級(jí)準(zhǔn)連續(xù)栗浦光，所述的栗浦源中心波長(zhǎng)在915±2nm，栗浦光的脈寬在0.2_50ms范圍內(nèi)，占空比在10% -50%范圍內(nèi)。脈沖模式下，脈寬小于10ms時(shí)，驅(qū)動(dòng)電流能達(dá)到連續(xù)模式時(shí)的兩倍。
[0008]所述紅光耦合件由(6+1) XI耦合器、模式適配器MFA和紅光二極管構(gòu)成，采用正向傳輸，親合器具有一定分光比，分出少部分信號(hào)光用于出光監(jiān)控，監(jiān)控栗浦光頻率、脈沖寬度。
[0009]所述諧振腔采用雙向栗浦方式，由光纖光柵和大模場(chǎng)雙包層摻Y(jié)b光纖構(gòu)成，前端耦合入紅光，增強(qiáng)系統(tǒng)的可操控性和安全性。光纖光柵采用長(zhǎng)線寬類型，以滿足準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器布里淵增益譜展寬的需要。
[0010]在功率監(jiān)控器中通過(guò)具有一定分光比的包層光剝離器分出少部分信號(hào)光用于激光功率監(jiān)控器。同時(shí)包層光剝離器還有改善光束質(zhì)量，消除反饋光的作用。
[0011]本發(fā)明的工作原理:驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)栗浦源產(chǎn)生連續(xù)或ms量級(jí)脈沖915nm激光，栗浦光經(jīng)耦合器后注入到諧振腔，雙端栗浦摻Y(jié)b光纖，增益產(chǎn)生1080nm的激光，最后經(jīng)過(guò)包層光剝離器優(yōu)化光束質(zhì)量后經(jīng)光纜輸出。該種長(zhǎng)脈寬準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器最高輸出平均功率150W，最大脈沖寬度為50ms，頻率可在0Hz到5kHz的低頻范圍內(nèi)調(diào)制，單脈沖能量最高可達(dá)15J，峰值功率1500KW。
[0012]該種長(zhǎng)脈寬、高峰值功率準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器系統(tǒng)設(shè)置了栗浦光監(jiān)控器和輸出功率監(jiān)控器，通過(guò)光電二極管將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，控制電路系統(tǒng)將之與設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)對(duì)比結(jié)果做出相應(yīng)的判斷并通過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0014]所述長(zhǎng)脈寬、高峰值功率準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器系統(tǒng)是全光纖系統(tǒng)，有效提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。
[0015]所述長(zhǎng)脈寬、高峰值功率準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器系統(tǒng)利用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)調(diào)制栗浦光的脈沖寬度、脈沖形狀，直接脈沖栗浦諧振腔，產(chǎn)生目標(biāo)脈沖激光，提高了系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)具有抗反饋光干擾的作用。包層光剝離器提高激光器的光束質(zhì)量、并有效地抑制摻雜光纖內(nèi)的非線性效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)高峰值功率ms脈沖激光輸出；
[0016]所述長(zhǎng)脈寬、高峰值功率準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器系統(tǒng)具有紅光指示的功能，提高系統(tǒng)的可操作性和安全性；
[0017]所述長(zhǎng)脈寬、高峰值功率準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器系統(tǒng)具有脈沖信號(hào)實(shí)時(shí)監(jiān)控的功能和輸出功率動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的功能。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]【具體實(shí)施方式】一
[0021]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步描述。
[0022]參見(jiàn)圖1、圖2，本發(fā)明由栗浦源(1)、紅光耦合件(2)、栗浦光監(jiān)控器(3)、諧振腔
(4)、包層光剝離器(5)、功率監(jiān)控器(6)、輸出光纜(7)、控制電路系統(tǒng)(8)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(9)、反饋系統(tǒng)(10)構(gòu)成；其特征在于:控制電路系統(tǒng)8分別與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)9和反饋系統(tǒng)10相連，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)9控制栗浦源1，輸出連續(xù)激光或ms量級(jí)準(zhǔn)連續(xù)激光；栗浦光經(jīng)紅光耦合件2后小部分光到達(dá)栗浦光監(jiān)控器3，大部分栗浦光注入到諧振腔4，依次通過(guò)諧振腔4的高反光柵、摻Y(jié)b光纖、輸出光柵和栗浦親合器404 ;輸出光柵輸出的絕大部分激光經(jīng)包層光剝離器5輸出，少部分激光到達(dá)功率監(jiān)控器6 ;栗浦光監(jiān)控器3和功率監(jiān)控器6將采集到的信號(hào)發(fā)送給反饋系統(tǒng)10，由反饋系統(tǒng)10反饋到控制電路系統(tǒng)8 ;控制電路系統(tǒng)8將采集到的脈沖光頻率、脈沖寬度與設(shè)定值對(duì)比，根據(jù)對(duì)比結(jié)果決定栗浦源1繼續(xù)或停止工作；將采集到的功率信號(hào)與設(shè)定值對(duì)比，根據(jù)對(duì)比結(jié)果通過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)9增加栗浦源1的驅(qū)動(dòng)電流或驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)9停止工作。本發(fā)明的控制電路系統(tǒng)8、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)9和反饋系統(tǒng)10采用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，直接從市場(chǎng)購(gòu)買。
[0023]所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)9驅(qū)動(dòng)栗浦源1產(chǎn)生ms量級(jí)脈沖栗浦光；栗浦激光經(jīng)紅光耦合件2后按1:99的分光比將脈沖栗浦光分為兩部分，見(jiàn)圖1，所述的栗浦源1是快速響應(yīng)的增益開(kāi)關(guān)型半導(dǎo)體激光器。栗浦光源1輸出的激光波長(zhǎng)在915±2nm ;所述的紅光耦合件2主要是將栗浦光和紅光耦合進(jìn)諧振腔主光路中；栗浦光經(jīng)過(guò)紅光耦合件后一小部分光到達(dá)栗浦光監(jiān)控器3，所述的栗浦光監(jiān)控器3由吸收腔301和光電二極管302組成，絕大部分光再注入到諧振腔4 ;諧振腔4由高反光柵401、摻Y(jié)b光纖402、輸出光柵403和栗浦耦合器404構(gòu)成，采用雙向栗浦方式，均為現(xiàn)有結(jié)構(gòu)；為提高系統(tǒng)的可操作性和安全性，可借助(6+1) XI耦合器的原理結(jié)構(gòu)在栗浦源1和諧振腔4之間加入紅光耦合件2耦合入紅光，所述紅光耦合件2由耦合器201、模式適配器202、紅光管LD203組成，均為現(xiàn)有結(jié)構(gòu)。諧振腔的輸出激光從包層光剝離器5輸出，少部分激光到達(dá)功率監(jiān)控器6，所述的功率監(jiān)控器6由光吸收腔601和光電二極管602組成。同時(shí)包層光剝離器5因?yàn)楸蝗藶槠茐牧税鼘拥膫鬏斝阅?，從而能夠?qū)鼘又袀鬏數(shù)亩嗄＜す鈱?dǎo)出激光束，達(dá)到改善光束質(zhì)量的目的。栗浦光監(jiān)控器3和功率監(jiān)控器6將采集到的信號(hào)經(jīng)反饋系統(tǒng)10反饋到控制電路系統(tǒng)8。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種長(zhǎng)脈寬、高峰值功率準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器系統(tǒng)，由栗浦源(1)、紅光耦合件(2)、栗浦光監(jiān)控器(3)、諧振腔(4)、包層光剝離器(5)、功率監(jiān)控器￠)、輸出光纜(7)、控制電路系統(tǒng)(8)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(9)、反饋系統(tǒng)(10)構(gòu)成；其特征在于:控制電路系統(tǒng)(8)分別與栗浦源(1)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(9)和反饋系統(tǒng)(10)相連，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(9)驅(qū)動(dòng)栗浦源(1)輸出連續(xù)栗浦激光或ms量級(jí)準(zhǔn)連續(xù)激光；小部分栗浦光到達(dá)栗浦光監(jiān)控器(3)，絕大部分栗浦光經(jīng)過(guò)紅光耦合件(2)注入到諧振腔(4)，再依次通過(guò)包層光剝離器(5)、功率監(jiān)控器￠)，諧振腔(4)輸出的絕大部分激光從輸出光纜(7)輸出，少部分激光到達(dá)功率監(jiān)控器￠);栗浦光監(jiān)控器(3)和功率監(jiān)控器(6)將采集到的信號(hào)發(fā)送給反饋系統(tǒng)(10)，由反饋系統(tǒng)(10)反饋到控制電路系統(tǒng)(8)，控制電路系統(tǒng)⑶通過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(9)控制栗浦源(1)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)脈寬、高峰值功率準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器系統(tǒng)，其特征在于:所述的栗浦源(1)工作在連續(xù)或脈沖模式，為快速響應(yīng)的增益開(kāi)關(guān)型半導(dǎo)體激光器，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(9)產(chǎn)生脈沖電流驅(qū)動(dòng)栗浦源輸出ms量級(jí)準(zhǔn)連續(xù)栗浦光，所述的栗浦源中心波長(zhǎng)在915±2nm，栗浦光的脈寬在0.2_50ms范圍內(nèi)，占空比在10% -50%范圍內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)脈寬、高峰值功率準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器系統(tǒng)，其特征在于:所述的諧振腔(4)由栗浦耦合器、高反光柵、摻Y(jié)b光纖和輸出光柵組成，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(9)驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體栗浦源使諧振腔部分產(chǎn)生1080nm土 15nm毫秒量級(jí)脈沖激光。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)脈寬、高峰值功率準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器系統(tǒng)，其特征在于:所述栗浦光監(jiān)控器(3)中通過(guò)紅光耦合件(2)分出小部分信號(hào)光用于監(jiān)控栗浦光頻率和脈沖寬度。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)脈寬、高峰值功率準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器系統(tǒng)，其特征在于:所述功率監(jiān)控器￠)中通過(guò)包層光剝離器(5)分出少部分信號(hào)光用于激光功率監(jiān)控。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)脈寬、高峰值功率準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器系統(tǒng)，其特征在于:所述的紅光耦合件(2)由(6+1) XI耦合器、模式適配器MFA和紅光二極管組成。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種長(zhǎng)脈寬、高峰值功率準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)為控制電路系統(tǒng)分別與泵浦源源、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和反饋系統(tǒng)相連，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)泵浦源輸出泵浦激光；小部分泵浦光到達(dá)泵浦光監(jiān)控器，絕大部分泵浦光經(jīng)過(guò)紅光耦合件注入到諧振腔，再依次通過(guò)包層光剝離器、功率監(jiān)控器，諧振腔輸出絕大部分激光從輸出光纜輸出，少部分激光到達(dá)功率監(jiān)控器；泵浦光監(jiān)控器和功率監(jiān)控器將采集到的信號(hào)發(fā)送給反饋系統(tǒng)，由反饋系統(tǒng)反饋到控制電路系統(tǒng)，控制電路系統(tǒng)通過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制泵浦源。本發(fā)明提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，提高激光器光束質(zhì)量和抑制摻雜光纖內(nèi)非線性效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)高峰值功率ms脈沖激光輸出；具有紅光指示、脈沖信號(hào)實(shí)時(shí)監(jiān)控和輸出功率動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)等功能。
【IPC分類】H01S3/0941, H01S3/067
【公開(kāi)號(hào)】CN105356205
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510760711
【發(fā)明人】陳明, 胡燦, 張玄, 曹叢繪, 谷林柱
【申請(qǐng)人】武漢銳科光纖激光技術(shù)股份有限公司
【公開(kāi)日】2016年2月24日
【申請(qǐng)日】2015年11月10日