本發(fā)明是一種多功能集成高功率全光纖器件，屬于激光領(lǐng)域，尤其屬于高功率全光纖激光器領(lǐng)域。

技術(shù)背景

高功率全光纖激光器由于其光束質(zhì)量好、集成度高、體積小、轉(zhuǎn)換效率高、易維護(hù)等諸多的優(yōu)異特性，近年來在工業(yè)、國防軍事、醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。隨著高功率光纖激光器應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，對光纖激光器的輸出功率和光束質(zhì)量的要求越來越高。如汽車、飛機(jī)、大型船舶的制造業(yè)中，對厚金屬板的激光成型、焊接和切割等加工，需要光纖激光器的輸出功率達(dá)到千瓦級乃至萬瓦級。單模或準(zhǔn)單模kW級全光纖激光器由于加工效果好而備受市場好評。

但是在高功率光纖激光器的制造中，受高功率光纖器件承受能力、熔接點(diǎn)的處理工藝、高亮度泵浦源的功率、整體集成的穩(wěn)定性等因素制約，目前單纖的功率在千瓦量級。目前只有少數(shù)公司可以的生產(chǎn)2kW以上的高亮度的光纖激光器，也只有少數(shù)公司掌握著高功率全光纖器件的核心技術(shù)，如ITF公司制作高功率泵浦合束器和高功率光纖光柵等全光纖器件。而且商業(yè)化的高功率全光纖器件都是分立制作和出售。如高功率光纖光柵、高功率泵浦合束器、高功率包層光濾除器、輸出端帽等都是分立制作，各器件的尾纖都在1～2m的長度，且在選擇器件的時(shí)候需要考慮各器件尾纖數(shù)值孔徑和纖徑的匹配性。此外，在制作高功率光纖激光器時(shí)需要將各個(gè)器件通過熔接鏈接，在制作工程化或者商業(yè)化的光纖激光器需要將各個(gè)熔接點(diǎn)涂覆，并加以冷卻或者封裝保護(hù)，這樣既增加了光纖激光器的傳輸光纖的長度，降低非線性效應(yīng)的閾值，又使得光纖激光器的集成度降低，同時(shí)還有熔點(diǎn)損耗導(dǎo)致的激光泄露和散熱等問題。尤其在高功率光纖激光器的輸出端，通常需要對輸出端另加一些包層光濾除，端面保護(hù)措施。包括輸出端的高功率光纖光柵、高功率泵浦合束器在內(nèi)，所需的器件一般在3～4個(gè)，各器件之間都需要相應(yīng)匹配熔接。

一個(gè)集成高功率全光纖器件即可實(shí)現(xiàn)多個(gè)功能，且各個(gè)器件之間的集成度高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決技術(shù)背景中存在的問題以及目前高功率全光纖器件存在的缺陷，提供一種集成高功率全光纖器件，

一種多功能集成高功率全光纖器件，包括高功率泵浦合束器50和包層光濾除器60，其特征在于，所述的高功率泵浦合束器50輸出端和包層光濾除器60的輸入端由一根無源雙包層光纖40無熔點(diǎn)相連，包層光濾除器60的輸出端與雙包層光纖40無熔點(diǎn)相連接。

所述的高功率泵浦合束器50的輸入端通過雙包層光纖40與高功率光纖光柵30的輸出端無熔點(diǎn)相連接，高功率光纖光柵30的輸入端無熔點(diǎn)相連接有雙包層光纖40。

所述的包層光濾除器60輸出端與雙包層光纖40無熔點(diǎn)相連接，其雙包層光纖40的另一端與輸出端帽70無熔相連接。

所述的高功率光纖光柵30輸入端連接的雙包層光纖40的，其雙包層光纖40的另一端在高功率光纖激光器中與增益光纖相熔接。

所述的高功率泵浦合束器件為(N+1)×1型，N＜19。

本發(fā)明的有益效果是：該集成高功率全光纖器件具有結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高，易于集成，免維護(hù)，該集成高功率全光纖器件可以實(shí)行商業(yè)化生產(chǎn)。

此外，可以根據(jù)實(shí)際需要將本集成高功率全光纖器件做刪減即可實(shí)現(xiàn)其他功能，如去除輸出端帽，適用于諧振腔與放大級之間相連接；去除光纖光柵和輸出端帽，適用于放大級與放大級之間相連接。都實(shí)現(xiàn)高度集成，減少熔點(diǎn)。也有利于實(shí)際高功率光纖激光器中的熱沉集中設(shè)計(jì)，使得冷卻水路緊湊實(shí)現(xiàn)高效制冷。

附圖說明

圖1、本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；適用于放大級與放大級之間相連接的集成高功率全光纖器件結(jié)構(gòu)示意圖

圖2、本發(fā)明實(shí)施例二結(jié)構(gòu)示意圖；其適用于諧振腔與放大級之間相連接的集成高功率全光纖器件結(jié)構(gòu)示意圖

圖3、本發(fā)明實(shí)施例一結(jié)構(gòu)示意圖；

具體實(shí)施方式

一種多功能集成高功率全光纖器件，包括高功率泵浦合束器50和包層光濾除器60，其特征在于，所述的高功率泵浦合束器50輸出端和包層光濾除器60的輸入端由一根無源雙包層光纖40無熔點(diǎn)相連，包層光濾除器60的輸出端與雙包層光纖40無熔點(diǎn)相連接。

所述的高功率泵浦合束器50的輸入端通過雙包層光纖40與高功率光纖光柵30的輸出端無熔點(diǎn)相連接，高功率光纖光柵30的輸入端無熔點(diǎn)相連接有雙包層光纖40。

所述的包層光濾除器60輸出端與雙包層光纖40無熔點(diǎn)相連接，其雙包層光纖40的另一端與輸出端帽70無熔相連接。

所述的高功率光纖光柵30輸入端連接的雙包層光纖40的，其雙包層光纖40的另一端在高功率光纖激光器中與增益光纖相熔接。

所述的高功率泵浦合束器件為(N+1)×1型，N＜19。

為此，本發(fā)明公開一種集成高功率全光器件，適用于高功率光纖激光器諧振腔的輸出端，將高功率泵浦合束器、高功率光纖光柵、包層光濾除器、輸出端帽集成到一個(gè)全光纖器件上。這樣減少高功率光纖激光器內(nèi)的熔點(diǎn)數(shù)，縮減了光纖長度，提高高功率全光纖激光器的集成度，并提高了非線性效應(yīng)的閾值，一定程度上避免了非線性效應(yīng)。從整體上保證了光纖器件的一致性，可以提高高功率光纖激光器的穩(wěn)定性。

例如將本發(fā)明集成高功率全光纖器件的輸出端帽70去除，即可作為一種適用于諧振腔與放大級之間相連接的集成高功率全光纖器件，結(jié)構(gòu)如圖2所示；將本發(fā)明集成高功率全光纖器件的高功率光纖光柵30和輸出端帽70去除，即可作為適用于高功率光纖激光器放大級與放大級之間相連接的集成高功率全光纖器件。對本發(fā)明結(jié)構(gòu)的簡單形式調(diào)整或減除，都在本發(fā)明專利的保護(hù)范圍之內(nèi)。

實(shí)施例一：

結(jié)合附圖對本發(fā)明做如下詳細(xì)說明。

本發(fā)明的集成高功率全光纖器件，其結(jié)構(gòu)包括高功率光纖光柵30，高功率泵浦合束器50，包層光濾除器60，輸出端帽70。其中高功率泵浦合束器為(N+1) ×1型，其包括泵浦臂的尾纖20，尾纖的封裝端帽1～N。除輸出端帽70外，高功率光纖光柵30、高功率泵浦合束器50的錐區(qū)、包層光濾除器60都需要用金屬元件封裝，在高功率激光輸出時(shí)封裝的金屬元件都需要外接水冷熱沉進(jìn)行散熱處理，以保證各單元器件的安全運(yùn)行。

本發(fā)明的集成高功率全光纖器件的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，本發(fā)明所采用的全部單元器件通過雙包層光纖40相連接，且各個(gè)單元器件之間的連接沒有熔點(diǎn)，不破壞雙包層光纖40的完整性和一致性。雙包層光纖40纖徑可以是10/130μm，15/130μm，20/400μm，25/400μm，30/400μm 30/250μm，30/600μm等規(guī)格的無源傳能光纖。

高功率光纖光柵30的反射端為雙包層光纖40，該段雙包層光纖的長度為80～150cm，高功率光纖光柵的另外一端與高功率泵浦合束器50的泵浦合束端通過雙包層光纖40相連接，該段雙包層光纖的長度為20～40cm。高功率光纖光柵的作用是作為高功率光纖激光器的輸出端，其反射率為低反，反射率一般在5～50％之間，該反射率參數(shù)可根據(jù)諧振腔設(shè)計(jì)需求來制定反射率，大部分高功率光纖激光器的低反光柵的反射率在10％左右。高功率光纖光柵30的柵區(qū)加金屬元件封裝，一方面是為了保護(hù)光柵柵區(qū)，一方面是為了方便與金屬熱沉接觸冷卻，金屬元件的封裝尺寸在長度60mm左右，寬度在15mm左右，一般采用導(dǎo)熱性能好的鋁合金材料封裝。高功率泵浦合束器50的泵浦合束端通過雙包層光纖40與高功率光纖光柵40相連接，其另外一端的信號纖也即雙包層光纖40與包層光濾除器60相連接，該段雙包層光纖的長度為20～40cm。高功率泵浦合束器50為(N+1)×1型，一般(N+1)×1常用有(2+1)×1，(4+1)×1，(6+1)×1等規(guī)格。高功率泵浦合束器50的泵浦臂尾纖20一端與高功率泵浦合束器50拉錐區(qū)域連接，泵浦臂尾纖20纖徑不大于雙包層光纖40，泵浦臂尾纖20的長度為150～200cm，且N個(gè)泵浦臂尾纖20都采用塑料套管封裝，起到保護(hù)左右，在泵浦臂尾纖20的另一端封裝好端帽1～N，端帽1～N的設(shè)計(jì)與半導(dǎo)體激光器的輸出端相匹配，該端帽1～N可以直接插入半導(dǎo)體激光器的輸出端，例如SMA0.5Q的尾纖和其端帽可直接插入到Dilas的半導(dǎo)體激光器中作為半導(dǎo)體激光器的輸出尾纖。這種設(shè)計(jì)既避免了高功率泵浦合束器50的泵浦臂尾纖20與半導(dǎo)體激光器的輸出尾纖之間的熔接，又實(shí)現(xiàn)了靈活的模塊化功能，端帽1～N在不用時(shí)加套管保護(hù)好即可，下一次使用無需清洗處理。

包層光濾除器60的輸入端與高功率泵浦合束器50的泵浦端信號纖也即雙包 層光纖40無熔點(diǎn)相連接，包層光濾除器60的輸出端與輸出端帽70通過雙包層光纖40無熔點(diǎn)相連接，該段雙包層光纖40的長度為20～40cm。包層光濾除器60的功能是通過折射率引導(dǎo)將包層中傳輸?shù)募す夂褪Ｓ啾闷止庑孤冻鰜?，也即模式濾除，將輸出高功率激光中的高階模式激光成份濾除掉，改善輸出激光的光束質(zhì)量，使得輸出高功率激光為單?；驕?zhǔn)單模輸出。器對包層中傳輸?shù)墓鉃V除的能力大于200W，基本能保證kW級的光纖激光器中包層中的高階模式光濾除干凈。輸出端帽70與包層光濾除器60之間通過雙包層光纖40無熔點(diǎn)相連接，器功能是為了保護(hù)輸出作用的雙包層光纖40，將細(xì)纖芯中的激光擴(kuò)束以后再輸出，降低激光的功率密度，以保護(hù)普通的雙包層光纖的端面。在高功率激光輸出時(shí)，尤其是脈沖激光輸出時(shí)，纖芯中的激光功率密度很高，已經(jīng)超過了纖芯的損傷閾值，普通拋光的光纖端面還具有一定的菲尼爾反射，給光纖激光器帶來一定的返回光影響諧振腔的穩(wěn)定性。輸出端帽70的輸出表面鍍有激光波長的增透膜，輸出面帶有5～10°的傾斜角度，這樣既防止了菲尼爾反射，又?jǐn)U大輸出光斑直徑。

本發(fā)明的集成高功率全光器件，整體長度小于3m，單個(gè)分立的全光纖器件的單邊尾纖長度一般在2m左右，高功率光纖光柵30、高功率泵浦合束器50，包層光濾除器60、輸出端帽70的總體尾纖長度加起來超過14m，傳輸光纖越長，其對應(yīng)的非線性效應(yīng)如SRS、SBS效應(yīng)的閾值就越低，給光纖激光器的穩(wěn)定運(yùn)行帶來風(fēng)險(xiǎn)。辦發(fā)明的集成高功率全光纖器件，大大縮減了整體傳輸光纖的長度，一定程度上避免非線性效應(yīng)。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，以上實(shí)施方法僅是用來說明本發(fā)明，而并非作為對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的范圍內(nèi)，對以上實(shí)施方法的變化、變型都將落在本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例二：

在高功率光纖激光技術(shù)領(lǐng)域，全光纖器件的集成度和承受功率水平制約著高功率光纖激光器的輸出功率。目前，實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)中采用的全光纖器件都是分立器件，需要將各個(gè)器件通過光纖熔接機(jī)熔接實(shí)現(xiàn)集成，這樣增加了光纖的長度，也增加了光纖激光器內(nèi)熔點(diǎn)個(gè)數(shù)。在高功率光纖激光器的封裝過程中需要將各熔點(diǎn)涂覆或單獨(dú)封裝加以保護(hù)。尤其在高功率光纖激光器的輸出端，通常需要對輸出端另加一些包層光濾除，端面保護(hù)措施。包括輸出端的高功率光纖光柵、高功率泵浦合束器在內(nèi)，所需的器件一般在3～4個(gè)，各器件之間都需要相應(yīng)匹 配熔接。

本發(fā)明公開一種集成高功率全光纖器件，適用于高功率光纖激光器的輸出端。將高功率泵浦合束器、高功率光纖光柵、包層光濾除器、輸出端帽集成到一個(gè)全光纖器件上，同時(shí)泵浦合束器的泵浦臂采用插拔式結(jié)構(gòu)，不用再與半導(dǎo)體激光器的尾纖熔接。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，提高高功率光纖激光器的集成度，縮短光纖的長度，提高高功率光纖激光器的非線性效應(yīng)閾值，增加高功率光纖激光器的穩(wěn)定性。

一種集成高功率全光纖器件，其結(jié)構(gòu)包括高功率泵浦合束器、高功率光纖光柵、包層光濾除器、輸出端帽。

所述的高功率泵浦合束器、高功率光纖光柵、包層光濾除器、輸出端帽由一根無源雙包層光纖相連。

所述的高功率光纖光柵一端是雙包層光纖，該雙包層光纖端在高功率光纖激光器中與增益光纖相熔接；另一端與高功率泵浦合束器通過雙包層光纖無熔點(diǎn)相連接。

所述的高功率光纖光柵為低反光柵，一般反射率在5～50％，光柵柵區(qū)可以承受kW級以上的激光功率。

所述的高功率泵浦合束器的合束端的雙包層光纖與高功率光纖光柵無熔點(diǎn)相連接，泵浦臂端的信號纖也即雙包層光纖與包層光濾除器通過雙包層光纖無熔點(diǎn)連接。

所述的高功率泵浦合束器由泵浦臂尾纖、端帽、信號纖也即雙包層光纖組成。其中泵浦臂尾纖的纖徑不大于信號纖。

所述的高功率泵浦合束器件為(N+1)×1型，N＜19。

所述的高功率泵浦合束器的泵浦纖單臂能承受200W以上的泵浦光。

所述的高功率泵浦合束器件的泵浦臂為封裝好的光纖及端的光纖和端帽接頭可直接插入Dilas的高功率半導(dǎo)體激光器。

所述的包層光濾除器一端與泵浦合束器通過雙包層光纖無熔點(diǎn)相連接，另外一端是雙包層光纖所熔接的輸出端帽，

所述的包層光濾除器，其功能是濾除雙包層光纖包層中傳輸?shù)墓?，改善輸出的光束質(zhì)量。其對包層光濾除的能力大于200W。

所述的輸出端帽其熔接雙包層光纖與包層光濾除器相連接，其為純石英材 料。

所述的高功率泵浦合束器、高功率光纖光柵、包層光濾除器、輸出端帽。在高功率激光輸出時(shí)，各器件都要通過水冷熱沉進(jìn)行冷卻保護(hù)。

所述的集成高功率全光纖器件，采用的光纖都為無源低損耗光纖。

本發(fā)明將高功率光纖光柵、高功率泵浦合束器、包層光濾除器、輸出端帽集成到一個(gè)全光纖器件上。各器件都由一根雙包層光纖相連接，消除了光纖激光器中的各器件和光纖相連接的諸多熔點(diǎn)。

本發(fā)明集成高功率全光纖器件適用于高功率光纖激光器的輸出端。本發(fā)明中的高功率光纖光柵為低反射光柵，反射率一般在5～50％，相對應(yīng)的波長可以為500～2300nm之間的波長，波長選擇取決于增益光纖的類型，以及所設(shè)計(jì)的高功率光纖激光器的所需的波長；本發(fā)明中的高功率泵浦合束器為(N+1)×1型，其功能既是將泵浦光導(dǎo)入到高功率光纖激光器的諧振腔，又作為高功率光纖激光器的激光功率輸出器件之一，其泵浦臂的尾纖采用端帽封裝結(jié)構(gòu)，可以直接插入到半導(dǎo)體激光器的輸出端，插拔式設(shè)計(jì)避免了半導(dǎo)體激光器的輸出尾纖與泵浦臂尾纖之間的熔接；包層光濾除器是利用折射率引導(dǎo)將包層中傳輸?shù)募す夂捅闷止鉃V除掉，以保證輸出的高功率激光為高光束質(zhì)量的激光，濾除后可以近單模輸出；輸出端帽是為了避免纖芯中高功率密度的激光對纖芯造成損傷，將纖芯中的激光擴(kuò)束后再輸出。選擇本發(fā)明的集成高功率全光纖器件，整個(gè)光纖激光器的諧振腔和輸出部分只需兩個(gè)熔點(diǎn)，為無源器件的尾纖和增益光纖兩端的熔接點(diǎn)。