相干组束全光纤激光器

摘要

本发明涉及一种相干组束全光纤激光器，该激光器包括光纤激光器和准直输出系统，光纤激光器包括对激光高反的高反光纤光栅、尾纤输出半导体泵浦源、光纤泵浦合束器、增益光纤和对激光低反的低反光纤光栅，尾纤输出半导体泵浦源与光纤泵浦合束器连接，高反光纤光栅分别与光纤泵浦合束器连接；低反光纤光栅的一端通过增益光纤与光纤泵浦合束器连接，另一端与准直输出系统连接实现准直输出。本发明提供了一种可提高激光器间的注入耦合效率，同时能提高系统的抗热-光损伤能力，能实现高功率输出的相干组束全光纤激光器。

权利要求

1.一种相干组束全光纤激光器，其特征在于：所述相干组束全光纤激光器包括光纤激光器和准直输出系统，所述光纤激光器包括对激光高反的高反光纤光栅、尾纤输出半导体泵浦源、光纤泵浦合束器、增益光纤和对激光低反的低反光纤光栅，所述尾纤输出半导体泵浦源与光纤泵浦合束器连接；所述低反光纤光栅的一端通过增益光纤与光纤泵浦合束器连接，另一端与准直输出系统连接实现准直输出；相邻两组光纤激光器共用一个高反光纤光栅；该高反光纤光删分别与该相邻两组光纤激光器中的光纤泵浦合束器连接，从而通过腔模泄露实现该相邻两组光纤激光器的相互注入锁定。

说明书

相干组束全光纤激光器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种光纤激光器，尤其涉及一种相干组束全光纤激光器。

背景技术

[0002] 光纤激光器具有结构简单、散热性好、转换效率高、性能稳定、光束质量高等优点，高功率光纤激光器可广泛用于工业加工、现代国防、医疗工程等领域。虽然单根光纤激光器的输出功率现已实现千瓦级的水平，但目前光纤激光器的发展还不能满足某些领域的应用需求，除了功率方面的不足以外，其主要原因是由于许多现有高功率光纤激光器是使用块状光学元件的泵浦耦合技术，其稳定性、环境适应性差，不能充分发挥光纤激光器的许多优势。因此，发展高功率全光纤激光技术受到了人们的高度重视。目前，工业、医疗及军用的高功率光纤激光器都是全光纤激光器。

[0003] 另一方面，由于光纤及光纤器件的热光损伤问题，单根全光纤激光器不可能实现太高的功率输出，为实现较高功率输出并获得好的光束质量，发展全光纤的相干组束技术是较为理想的技术途径。在先全光纤相干组束技术[如参见Opt.Lett.24(24)，1814-1816(2005)；Opt.Lett.30(11)，1339-1341(2005)；Opt.Expr.15(25)，17114-17119等]多利用2×2光纤耦合器实现多路光纤激光器的相干组束。这类现有技术存在明显的缺陷：所使用的光纤耦合器要同时负载2路或多路光纤激光的能量，由于光纤耦合器固有损伤阈值的限制，在先技术在实现高功率输出方面有很大的困难。

发明内容

[0004] 本发明为解决背景技术中存在的上述技术问题，而提供了一种可提高激光器间的注入耦合效率，同时能提高系统的抗热-光损伤能力，能实现高功率输出的相干组束全光纤激光器。

[0005] 本发明的技术解决方案是：本发明为一种相干组束全光纤激光器，其特殊之处在于：所述相干组束全光纤激光器包括光纤激光器和准直输出系统，所述光纤激光器包括对激光高反的高反光纤光栅、尾纤输出半导体泵浦源、光纤泵浦合束器、增益光纤和对激光低反的低反光纤光栅，尾纤输出半导体泵浦源与光纤泵浦合束器的泵浦光纤连接，高反光纤光栅与光纤泵浦合束器的信号光纤一端连接；低反光纤光栅的一端通过增益光纤与光纤泵浦合束器的信号光纤连接，另一端与准直输出系统连接实现准直输出。

[0006] 上述光纤激光器为两组或两组以上。

[0007] 相邻两组光纤激光器共用一个高反光纤光栅。

[0008] 上述光纤激光器为两组以上时，相邻的光纤激光器通过光纤耦合器连接。

[0009] 上述光纤耦合器是1×2光纤耦合器或多路光纤耦合器。

[0010] 本发明具有以下优点：

[0011] 1、可提高激光器间的注入耦合效率。本发明利用腔模泄漏技术(通过共用腔镜)实现多路光纤激光器的注入锁定，这种技术可有效的提高激光器间的注入耦合效率。

[0012] 2、实现高功率输出。本发明采用的相干组束系统具有很好扩展性，由于每个光纤耦合器实际上只负载了一路光纤激光的能量，组束系统具备较好的抗热光损伤的能力，因此本发明技术可用于研制大功率的全光纤激光器。

附图说明

[0013] 图1是本发明实施例一的结构示意图；

[0014] 图2是本发明实施例二的结构示意图；

[0015] 图3是本发明实施例三的结构示意图。

具体实施方式

[0016] 参见图1，本发明实施例一的结构是以两路光纤激光器5构成的相干组束全光纤激光器，其包括：对激光高反的光纤光栅H-FBG1(如反射率为50％，70％等)、两个尾纤输出半导体泵浦源LD2、两个光纤泵浦合束器PC3、增益光纤4、两个对激光低反的光纤光栅L-FBG6(如反射率为5％，10％等)和准直输出系统OC7，高反光纤光栅H-FBG1和光纤泵浦合束器PC3和增益光纤4、对激光低反的光纤光栅L-FBG6共同构成光纤激光器5的谐振腔。

[0017] 尾纤输出半导体泵浦源LD2的尾纤连接于光纤泵浦合束器PC3的泵浦光纤10。对激光高反的光纤光栅H-FBG1的两端分别连接于两个光纤泵浦合束器PC3的信号光纤，两个光纤泵浦合束器PC3的另一个信号光纤端分别连接于两个增益光纤4，增益光纤4的另一端分别连接于两个对激光低反的光纤光栅L-FBG6的一端，两个对激光低反的光纤光栅L-FBG6的另一端通过准直输出系统OC7实现准直输出。由于以上结构的两光纤激光器共用一个腔镜(高反光纤光栅H-FBG1)，两光纤激光器通过腔模泄漏实现两激光器的相互注入锁定，在激光器输出端实现同模同相输出。输出光束通过准直输出系统OC7在远场形成主极大位于中心传输轴的传输光场。

[0018] 参见图2，本发明实施例二的结构是以三路光纤激光器构成的相干组束全光纤激光器，其中FC8为一个1×2的光纤耦合器，FA9为三个低反光纤光栅L-FBG6组成的阵列，其他元件意义与实施例一相同。光纤激光器F1和F2通过腔模泄漏方式实现注入锁定，同样光纤激光器F2和F3也通过腔模泄漏实现注入锁定，因此，通过实施例二的结构即可实现三路光纤激光器的相干组束。

[0019] 参见图3，本发明实施例三的结构是以N路光纤激光器构成的相干组束全光纤激光器。FA10为N个低反光纤光栅L-FBG6构成的阵列，其他元件意义与实施例二相同。N路光纤激光器通过N-2个1×2的光纤耦合器FC8相互连接，相临两路光纤激光器通过腔模泄漏方式实现注入锁定，最后N路光纤激光器实现同模同相输出。准直输出系统OC6将组束光场在远场形成主极大位于中心传输轴的传输光场。