光纖激光器、增益光纖及其制作方法、光束整形系統技術方案

本發明專利技術涉及激光領域，公開了一種光纖激光器、增益光纖及其制作方法，還有用于耦合的光束整形系統。該光纖激光器，包括泵浦LD、泵浦耦合系統和增益光纖，所述增益光纖的一端鍍有對泵浦光和振蕩光均高反的第一膜層，另一端鍍有對泵浦光高反、對振蕩光增透的第二膜層；其中一端面設有對泵浦光增透的微孔，或者在增益光纖側面設置用于輸入泵浦光的微透鏡；所述泵浦LD發出的泵浦光通過泵浦耦合系統經過所述微孔或微透鏡進入增益光纖，并在增益光纖內反復全內反射進行多次泵浦。該光纖激光器具有短增益光纖、低成本的多模LD泵浦，提高泵浦微孔的耦合效率和增益光纖對泵浦的吸收率，降低了成本，實現了低成本的高功率光纖激光器結構。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及激光和光纖領域，尤其涉及一種光纖激光器、增益光纖及其制作方法，還有用于耦合的光束整形系統。
技術介紹
光纖激光器作為激光器的一種，在激光光纖通訊、激光空間遠距通訊、工業造船、汽車制造、激光雕刻激光打標激光切割等領域都有重要的應用。目前的光纖激光器，一般需要較長的增益光纖來達到充分吸收泵浦光的目的，以實現高功率光纖激光器，而且對大功率泵浦LD的要求也比較高，成本難以降低。
技術實現思路
針對上述問題，本專利技術提出一種光纖激光器及其增益光纖，還有用于將大功率低成本多模LD泵浦光耦合進該增益光纖的光束整形系統，以及增益光纖的制作方法。可實現短光纖增益介質高吸收泵浦、低成本的高功率光纖激光器。為達到上述目的，本專利技術提出的技術方案為：一種光纖激光器，包括泵浦LD、泵浦耦合系統和增益光纖，所述增益光纖的一端鍍有對泵浦光和振蕩光均高反的第一膜層，另一端鍍有對泵浦光高反、對振蕩光增透的第二膜層；其中一端面設有對泵浦光增透的微孔，或者在增益光纖側面設置用于輸入泵浦光的微透鏡；所述泵浦LD發出的泵浦光通過泵浦耦合系統經過所述微孔或微透鏡進入增益光纖，并在增益光纖內反復全內反射進行多次泵浦。進一步的，所述增益光纖包括纖芯、套于纖芯外的光纖棒和光纖棒外面的外包層；或者所述增益光纖包括纖芯和套于纖芯外的毛細管，纖芯與毛細管通過SiO2氣溶膠相溶為一體。進一步的，所述微孔偏離增益光纖的軸心。進一步的，所述微孔為圓形、橢圓形、三角形或多邊形；所述微孔與增益光纖端面的面積比在1/100~1/5之間。進一步的，所述泵浦耦合系統包括沿泵浦光路依次設置的第一透鏡、半波片或90°旋光元件、雙折射晶體和第二透鏡；所述泵浦LD發出的泵浦光經第一透鏡準直之后成為光斑為橢圓形的平行光，所述半波片置于橢圓形光斑長軸的一半的光路上。本專利技術的另一技術方案為用于上述光纖激光器的具有泵浦微孔的增益光纖，一端鍍有對泵浦光和振蕩光均高反的第一膜層，另一端鍍有對泵浦光高反、對振蕩光增透的第二膜層；其中一端面設有對泵浦光增透的微孔，或者在增益光纖側面設置用于輸入泵浦光的微透鏡；泵浦光通過所述微孔或微透鏡進入增益光纖，并在增益光纖內反復全內反射進行多次泵浦。進一步的，所述增益光纖包括纖芯、套于纖芯外的光纖棒和光纖棒外面的外包層；或者所述增益光纖包括纖芯和套于纖芯外的毛細管，纖芯與毛細管通過SiO2氣溶膠相溶為一體；所述微孔偏離增益光纖的軸心位置。本專利技術提供的制作具有泵浦微孔增益光纖的方法，包括如下步驟：1）在增益光纖端面用紫外膠固化一微小區域；2）對整個增益光纖端面進行鍍膜；3）去除紫外膠上面的膜層；4）去除紫外膠。本專利技術的又一技術方案，一種光束整形系統，用于將泵浦光整形耦合到具有泵浦微孔的增益光纖，包括沿光路依次設置的第一透鏡、半波片或90°旋光元件、雙折射晶體和第二透鏡；所述泵浦LD發出的泵浦光經第一透鏡準直之后成為光斑為橢圓形的平行光，所述半波片置于橢圓形光斑長軸的一半的光路上。進一步的，所述第一透鏡的焦距大于第二透鏡的焦距。本專利技術的有益效果為：通過在雙包層增益光纖上設置偏離軸心的泵浦微孔或微透鏡，使得耦合的泵浦光在較短的光纖增益介質內反復全內反射進行多次泵浦，實現短增益光纖的高吸收泵浦；并通過光束整形系統將橢圓光斑的泵浦光整形并縮小成小圓光斑，以提高泵浦微孔的耦合效率，便于利用大功率低成本的多模LD進行泵浦。該光纖激光器具有短增益光纖、低成本的多模LD泵浦，提高了增益光纖對泵浦的吸收率，降低了成本，實現了低成本的高功率光纖激光器結構。附圖說明圖1為本專利技術光纖激光器結構示意圖；圖2為本專利技術增益光纖實施例一結構示意圖；圖3為圖2所示增益光纖左端面示意圖；圖4為本專利技術增益光纖實施例二結構示意圖；圖5為本專利技術增益光纖制作過程示意圖；圖6為本專利技術光束整形系統結構意圖。附圖標記：1、泵浦LD；2、泵浦耦合系統；21、第一透鏡；22、雙折射晶體；23、半波片；24、第二透鏡；3、增益光纖；31、第一膜層；32、第二膜層；33、微孔；34、纖芯；35、光纖棒；36、外包層；37、毛細管；4、紫外膠。具體實施方式下面結合附圖和具體實施方式，對本專利技術做進一步說明。本專利技術通過在雙包層增益光纖端面鍍上對泵浦光高反的膜層，同時在高反膜層上制作可透射泵浦光的微孔，或在增益光纖側面制作微透鏡以輸入泵浦光，使得耦合的泵浦光在較短的光纖增益介質內反復全內反射進行多次泵浦，從而實現短光纖增益介質高吸收泵浦的增益光纖；并通過光束整形系統將橢圓光斑的泵浦光整形并縮小成小圓光斑，以提高泵浦微孔的耦合效率，便于利用大功率低成本的多模LD進行泵浦。該光纖激光器具有短增益光纖、低成本的多模LD泵浦，提高了增益光纖對泵浦的吸收率，降低了成本，實現了低成本的高功率光纖激光器結構。具體的如圖1所示的光纖激光器實施例，包括泵浦LD1、泵浦耦合系統2和增益光纖3，該增益光纖3為一雙包層光纖，其一端鍍有對泵浦光和振蕩光均高反的第一膜層31，另一端鍍有對泵浦光高反、對振蕩光增透的第二膜層32；其中一端面設有對泵浦光增透的微孔33，該微孔33偏離增益光纖3的軸心，泵浦LD1發出的泵浦光通過泵浦耦合系統2經過該微孔33進入增益光纖3，并在增益光纖3內反復全內反射，被纖芯34吸收，實現多次泵浦。具體的如圖2和3所示的增益光纖3及其端面示意圖，該增益光纖3端面的區域A為微孔33，除區域A之外的其他區域B鍍有對泵浦光和振蕩光均高反的第一膜層31，區域A則鍍有對泵浦光增透的膜層，且位置偏離光纖軸心。如此，當泵浦光經過微孔33（區域A）進入增益光纖3后，泵浦光將在增益光纖3內反復發生全內反射，最終完全被纖芯34吸收。假設微孔33的直徑為φ1，面積為S1，增益光纖3端面的直徑為φ2，面積為S2，則泵浦光可在光纖內全內反射的次數為S2/S1=(φ2/φ1)2，如φ2=200μm，φ1=20μm，則可反射的次數為S2/S1=100次，如此泵浦光可反復被纖芯吸收，從而大大提高其對泵浦光的吸收效率，故采用較短的光纖即可實現激光輸出。也可以在增益光纖3側面設置用于輸入泵浦光的微透鏡，通過側面將泵浦光耦合到增益光纖3內使泵浦光在光纖內反復全內反射，以進行多次泵浦，提高增益光纖3對泵浦光的吸收效率。其中，增益光纖3可以采用如圖2所示的結構，包括纖芯34、套于纖芯34外的光纖棒35和光纖棒外面的外包層36。也可以如圖4所示的結構，包括纖芯34和套于纖芯外34的毛細管37。例如，可以采用SiO2氣溶膠將直徑為125μm的光纖纖芯34與直徑1mm的毛細管37相溶制作成一段短的諧振腔。在增益光纖3的前端面除區域A外，其他區域（區域B）鍍對泵浦光及振蕩光均高反的第一膜層31，區域A則鍍有對泵浦光增透的膜層，形成微孔33；增益光纖3的后端面鍍有對泵浦光高反、對振蕩光增透的第二膜層32。采用毛細管37與纖芯34結合的結構，可獲得更大的S2/S1比，如毛細管37直徑φ2=1000μm，微孔33直徑φ1=30本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種光纖激光器，包括泵浦LD、泵浦耦合系統和增益光纖，其特征在于：所述增益光纖的一端鍍有對泵浦光和振蕩光均高反的第一膜層，另一端鍍有對泵浦光高反、對振蕩光增透的第二膜層；其中一端面設有對泵浦光增透的微孔，或者在增益光纖側面設置用于輸入泵浦光的微透鏡；所述泵浦LD發出的泵浦光通過泵浦耦合系統經過所述微孔或微透鏡進入增益光纖，并在增益光纖內反復全內反射進行多次泵浦。

【技術特征摘要】
1.一種光纖激光器，包括泵浦LD、泵浦耦合系統和增益光纖，其特征在于：所述增益光纖的一端鍍有對泵浦光和振蕩光均高反的第一膜層，另一端鍍有對泵浦光高反、對振蕩光增透的第二膜層；其中一端面設有對泵浦光增透的微孔，或者在增益光纖側面設置用于輸入泵浦光的微透鏡；所述泵浦LD發出的泵浦光通過泵浦耦合系統經過所述微孔或微透鏡進入增益光纖，并在增益光纖內反復全內反射進行多次泵浦。
2.如權利要求1所述一種光纖激光器，其特征在于：所述增益光纖包括纖芯、套于纖芯外的光纖棒和光纖棒外面的外包層；或者所述增益光纖包括纖芯和套于纖芯外的毛細管，纖芯與毛細管通過SiO2氣溶膠相溶為一體。
3.如權利要求1或2所述一種光纖激光器，其特征在于：所述微孔偏離增益光纖的軸心。
4.如權利要求3所述一種光纖激光器，其特征在于：所述微孔為圓形、橢圓形、三角形或多邊形；所述微孔與增益光纖端面的面積比在1/100~1/5之間。
5.如權利要求1所述一種光纖激光器，其特征在于：所述泵浦耦合系統包括沿泵浦光路依次設置的第一透鏡、半波片或90°旋光元件、雙折射晶體和第二透鏡；所述泵浦LD發出的泵浦光經第一透鏡準直之后成為光斑為橢圓形的平行光，所述半波片置于橢圓形光斑長軸的一半的光路上。
6.一種具有...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳礪，賀坤，陳燕平，
申請(專利權)人：福州高意通訊有限公司，
類型：發明
國別省市：福建;35