一種基于單晶光纖的高功率光纖激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種光纖激光器。特別是設(shè)及一種W單晶光纖為有源光纖的基于 單晶光纖的高功率光纖激光器。
【背景技術(shù)】
[0002] 熱效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致熱退偏、熱致衍射損耗等問(wèn)題，嚴(yán)重影響激光器的輸出功率、轉(zhuǎn)換效 率W及光束質(zhì)量等主要性能指標(biāo)，嚴(yán)重時(shí)甚至引起增益介質(zhì)的損壞，是高功率激光器性能 的最主要限制因素。為緩解熱效應(yīng)帶來(lái)的影響，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員通過(guò)采用板條、DISK和 光纖等形式的增益介質(zhì)，增加增益介質(zhì)的表面積體積比，大幅提高散熱效率，從而極大地推 進(jìn)了激光器的功率輸出能力。與板條和DISK激光器相比，光纖激光器具有如下幾方面的優(yōu) 勢(shì)：其累浦結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單；光纖本身的結(jié)構(gòu)對(duì)于模式的限制作用使之在光束質(zhì)量方面也存 在明顯優(yōu)勢(shì)；能夠采用光纖禪合輸出，應(yīng)用環(huán)境適應(yīng)性很好；基于該些優(yōu)點(diǎn)，光纖激光器已 成為高功率激光器的主要發(fā)展方向之一。
[0003] 然而，高功率光纖激光器發(fā)展的一個(gè)明顯障礙在于，目前廣泛用作有源光纖基質(zhì) 的石英玻璃導(dǎo)熱系數(shù)很小，僅為1.4-1. 6W nTiri，小導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)散熱帶來(lái)巨大的不利影響， 因此光纖激光器高功率運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)仍然對(duì)于制冷有較高的要求，也限制了其功率的繼續(xù)提升。 對(duì)于單晶激光增益介質(zhì)而言，常用的激光晶體錠侶石惱石（YAG)晶體導(dǎo)熱系數(shù)?14Wnriri， 侶酸錠（YAP)晶體的導(dǎo)熱系數(shù)也超過(guò)?llWnriri，高于石英玻璃數(shù)倍；因此，可考慮采用單 晶作為有源光纖的基質(zhì)，利用其高導(dǎo)熱系數(shù)改善光纖本身的散熱性能，降低系統(tǒng)對(duì)于制冷 的要求，簡(jiǎn)化系統(tǒng)的復(fù)雜性，提升激光器的功率和光束質(zhì)量等輸出性能指標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種能夠改善光纖激光器的散熱性能的 基于單晶光纖的高功率光纖激光器。
[0005] 本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是；一種基于單晶光纖的高功率光纖激光器，包括 有累浦源和禪合透鏡，還設(shè)置有對(duì)累浦光波長(zhǎng)高透、對(duì)激光波長(zhǎng)高反的雙色鏡、有源單晶光 纖和對(duì)激光波長(zhǎng)部分透過(guò)的輸出元件，所述的累浦源、禪合透鏡、雙色鏡、有源單晶光纖和 輸出元件依次設(shè)置在光路上。
[0006] 所述的累浦源采用半導(dǎo)體激光器或光纖激光器或固體激光器。
[0007] 所述的雙色鏡采用鍛膜鏡片或光纖光柵或光纖端鏡。
[000引所述的有源單晶光纖包括有：有源單晶光纖纖巧，包裹在有源單晶光纖纖巧外側(cè) 的有源單晶光纖包層，包裹在有源單晶光纖包層外側(cè)的有源單晶光纖涂覆層，其中，所述的 有源單晶光纖纖巧的基質(zhì)采用Nd:YAG晶體或YAP晶體。
[0009] 所述的有源單晶光纖纖巧滲雜離子為Nd或孔或化。
[0010] 所述的輸出元件采用鍛膜鏡片或光纖光柵或光纖端鏡。
[0011] 本實(shí)用新型的一種基于單晶光纖的高功率光纖激光器，本實(shí)用新型通過(guò)采用導(dǎo)熱 系數(shù)較高的單晶替代石英玻璃作為有源光纖的基質(zhì)，增加光纖的導(dǎo)熱系數(shù)，改善有源光纖 的導(dǎo)熱性能，提高其散熱性能，有效降低纖巧處的溫度，起到避免光纖損傷、提高光纖激光 器輸出功率的作用。本實(shí)用新型從根本上解決高功率光纖激光器中石英玻璃基質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù) 較小影響散熱效率，不利于高功率運(yùn)轉(zhuǎn)的問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1是本實(shí)用新型一種基于單晶光纖的高功率光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013] 圖2是本實(shí)用新型中單晶光纖的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖中，
[0015] 1 ;累浦源 2 ;禪合透鏡
[0016] 3;雙色鏡 4;有源單晶光纖
[0017] 41 ;有源單晶光纖纖巧 42 ;有源單晶光纖包層
[00化]43 ;有源單晶光纖涂覆層5 ;輸出兀件
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型的一種基于單晶光纖的高功率光纖激光器 做出詳細(xì)說(shuō)明。
[0020] 如圖1所示，本實(shí)用新型的一種基于單晶光纖的高功率光纖激光器，包括有累浦 源1和禪合透鏡2,其特征在于，還設(shè)置有對(duì)累浦光波長(zhǎng)高透、對(duì)激光波長(zhǎng)高反的雙色鏡3、 有源單晶光纖4和只對(duì)激光波長(zhǎng)部分透過(guò)的輸出元件5,所述的累浦源1、禪合透鏡2、雙色 鏡3、有源單晶光纖4和輸出元件5依次設(shè)置在光路上。其中，
[0021] 所述的累浦源1是采用多個(gè)激光器疊陣構(gòu)成的高功率激光器。所述的激光器采用 半導(dǎo)體激光器或光纖激光器或固體激光器等，發(fā)射波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于有源單晶光纖吸收帶即可。 如采用高功率半導(dǎo)體激光器疊陣，輸出波長(zhǎng)808nm，輸出功率1000W。
[0022] 所述的禪合透鏡2可采用焦距30mm的聚焦透鏡，鍛有808nm增透膜。
[0023] 所述的雙色鏡3采用鍛膜鏡片或光纖光柵或光纖端鏡。如雙色鏡3采用鍛有808nm 增透、1064nm高反的平面雙色鏡，緊貼有源單晶光纖4放置。
[0024] 所述的輸出元件5采用鍛膜鏡片或光纖光柵或光纖端鏡，如采用反射率10%的平 面鏡。
[0025] 所述的有源單晶光纖4,吸收累浦光，發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，提供激光增益，在所述雙色 鏡3和輸出元件5構(gòu)成的激光器諧振腔的反饋?zhàn)饔孟滦纬杉す庹袷帯Ｋ龅挠性磫尉Ч饫w 4如圖2所示，所述的有源單晶光纖4包括有：有源單晶光纖纖巧41，包裹在有源單晶光纖 纖巧41外側(cè)的有源單晶光纖包層42,包裹在有源單晶光纖包層42外側(cè)的有源單晶光纖涂 覆層43,其中，所述的有源單晶光纖纖巧41的基質(zhì)采用導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)光纖所用的石 英玻璃基質(zhì)的晶體，如Nd:YAG晶體或YAP晶體，W此改善光纖的散熱性能，降低纖巧溫度， 提高激光器輸出功率。所述的有源單晶光纖纖巧41滲雜離子為Nd或Yb或化等常用激光 滲雜罔子。
[0026] 滲雜濃度1. 0-at. %的Nd: YAG單晶折射率為1. 8197@1064皿，純YAG晶體折射率 為1. 8147@1064nm，根據(jù)光纖單模條件a這2,40日;1/2町/而-請(qǐng)可知，利用滲雜Nd:YAG為 纖巧，純YAG為包層，可W構(gòu)造巧徑3 y m，數(shù)值孔徑NA = 0. 13的單模單晶光纖，具體應(yīng)用 中，可W通過(guò)降低Nd: YAG纖巧的滲雜濃度或在純YAG中滲Ge等調(diào)節(jié)折射率，使纖巧和包層 的折射率更為接近，從而構(gòu)造大巧徑單模結(jié)構(gòu)單晶光纖W及雙包層光纖，滿足不同功率水 平W及累浦方式的需要。
[0027] 本實(shí)用新型的實(shí)施例中，有源單晶光纖纖巧41的基質(zhì)為Nd:YAG、包層42為純YAG 晶體，纖巧直徑100 y m，滲雜濃度0. 03-at. %，長(zhǎng)度Im。
[0028] 本實(shí)用新型的一種基于單晶光纖的高功率光纖激光器，累浦源1發(fā)射的808nm累 浦光經(jīng)禪合透鏡2聚焦后進(jìn)入有源單晶光纖4,有源單晶光纖4吸收累浦光，形成粒子數(shù)反 轉(zhuǎn)，產(chǎn)生激光增益，在雙色鏡3和輸出元件5構(gòu)成的激光諧振腔反饋?zhàn)饔孟滦纬筛吖β始す?振蕩，經(jīng)輸出元件5輸出。其中，有源單晶光纖的滲雜濃度和長(zhǎng)度可根據(jù)對(duì)于折射率的需要 W及累浦吸收等因素綜合考慮選擇，本實(shí)用新型實(shí)施例對(duì)此不做限制。
[0029] 本實(shí)用新型的一種基于單晶光纖的高功率光纖激光器，通過(guò)采用導(dǎo)熱系數(shù)較高的 單晶替代石英玻璃作為有源光纖的基質(zhì)，改善有源光纖的導(dǎo)熱性能，降低纖巧溫度，起到避 免光纖損傷、提高光纖激光器輸出功率的作用。
[0030] 本領(lǐng)域技術(shù)人員可W理解附圖只是一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意圖，上述本實(shí)用新型實(shí) 施例序號(hào)僅僅為了描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。
[0031] W上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用W限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用 新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于單晶光纖的高功率光纖激光器，包括有累浦源（1)和禪合透鏡（2)，其特征 在于，還設(shè)置有對(duì)累浦光波長(zhǎng)高透、對(duì)激光波長(zhǎng)高反的雙色鏡（3)、有源單晶光纖（4)和對(duì) 激光波長(zhǎng)部分透過(guò)的輸出元件巧），所述的累浦源（1)、禪合透鏡（2)、雙色鏡（3)、有源單晶 光纖（4)和輸出元件（5)依次設(shè)置在光路上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單晶光纖的高功率光纖激光器，其特征在于，所述 的累浦源（1)采用半導(dǎo)體激光器或光纖激光器或固體激光器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單晶光纖的高功率光纖激光器，其特征在于，所述 的雙色鏡（3)采用鍛膜鏡片或光纖光柵或光纖端鏡。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單晶光纖的高功率光纖激光器，其特征在于，所述 的有源單晶光纖（4)包括有：有源單晶光纖纖巧（41)，包裹在有源單晶光纖纖巧（41)外 側(cè)的有源單晶光纖包層（42)，包裹在有源單晶光纖包層（42)外側(cè)的有源單晶光纖涂覆層 (43)，其中，所述的有源單晶光纖纖巧（41)的基質(zhì)采用Nd:YAG晶體或YAP晶體。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于單晶光纖的高功率光纖激光器，其特征在于，所述 的有源單晶光纖纖巧（41)滲雜離子為Nd或孔或化。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單晶光纖的高功率光纖激光器，其特征在于，所述 的輸出元件（5)采用鍛膜鏡片或光纖光柵或光纖端鏡。
【專利摘要】一種基于單晶光纖的高功率光纖激光器，有泵浦源和耦合透鏡，雙色鏡、有源單晶光纖和對(duì)激光波長(zhǎng)部分透過(guò)的輸出元件，泵浦源、耦合透鏡、雙色鏡、有源單晶光纖和輸出元件依次設(shè)置在光路上。泵浦源采用半導(dǎo)體激光器或光纖激光器或固體激光器。雙色鏡采用鍍膜鏡片或光纖光柵或光纖端鏡。有源單晶光纖包括有：有源單晶光纖纖芯，包裹在有源單晶光纖纖芯外側(cè)的有源單晶光纖包層，包裹在有源單晶光纖包層外側(cè)的有源單晶光纖涂覆層，其中，有源單晶光纖纖芯的基質(zhì)采用Nd:YAG晶體或YAP晶體。有源單晶光纖纖芯摻雜離子為Nd或Yb或Er。輸出元件采用鍍膜鏡片或光纖光柵或光纖端鏡。本實(shí)用新型起到避免光纖損傷、提高光纖激光器輸出功率的作用。
【IPC分類(lèi)】H01S3-067
【公開(kāi)號(hào)】CN204290021
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420701951
【發(fā)明人】史偉, 盛泉, 付士杰, 姚建銓
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年11月20日