[发明专利]种子激光注入式有源光纤棒单模激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种高功率光纤激光器，特别是一种种子激光注入式有源光纤棒单模激光器。

背景技术

光纤激光器以其卓越的性能和低廉的价格，在光纤通信、工业加工、医疗、军事等领域取得了日益广泛的应用。尽管在实验室已经实现单个光纤输出超过1kW的单模激光，而且实现这种激光需要严格的条件，难以工程应用；但是随着激光技术应用的发展，以及材料加工、空间通信、激光雷达、光电对抗、激光武器等的发展，需要高功率、高质量、高强度和超亮度的激光，要求单模输出功率达到MW甚至GW量级。仅仅采用单模掺稀土离子纤芯的双包层掺稀土离子光纤激光器，由于单模掺稀土离子纤芯芯径小于10μm，受到非线性、结构因素和衍射极限的限制，承受的光功率密度有限，单模掺稀土离子光纤激光器纤芯连续波损坏阈值约1W/μm²[J.Nilsson，J.K.Sahu，Y.Jeong，W.A.Clarkson，R.Selvas，A.B.Grudinin，and S.U.Alam，“High Power Fiber Lasers：NewDevelopments”，Proceedings of SPIE Vol.4974，50-59(2003)]，其光学损坏危险成为实现大功率单模光纤激光器的一大挑战。除了光学损坏外，由于大功率光产生的热也会损坏光纤，甚至会最终融化纤芯。有文献报道，铒镱共掺光纤激光器每米可产生100W热[J.Nilsson，S.U.Alam，J.A.Alvarez-Chavez，P.W.Turner，W.A.Clarkson，and A.B.Grudinin，”High-power and tunable operation oferbiμm-ytterbiμm co-doped cladding-pμmped fiber laser”，IEEE J.Quantμm Electron.39，987-994(2003)]。

另一方面，在一般双包层光纤中，由于单模位于多模内包层的中心，对单模纤芯很难写入光栅以构成光学谐振腔，泵浦光耦合到双包层光纤中效率低。

发明内容

为了克服已有的传统双包层单模光纤激光器的输出单模激光功率有限以及随着光功率的增加，其输出光束质量变差，抗热差，以及传统双包层单模光纤激光器单模纤芯写入光栅难度大，泵浦光耦合到双包层光纤中效率低的缺点，本发明提供一种种子激光注入式有源光纤棒单模激光器，以实现大功率超亮度单模激光输出。这种光纤激光器具有制作设备简单，工艺简易、制作简单与成本低，且泵浦光耦合到掺稀土离子光纤棒的效率高的优点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种种子激光注入式有源光纤棒单模激光器，它包括泵浦源、单模种子光纤激光器、掺稀土离子光纤棒、光纤；其中泵浦源对掺稀土离子光纤棒进行泵浦；

光纤的一端与单模种子光纤激光器的输出端连接，另一端去掉部分或全部包层的光纤置入掺稀土离子光纤棒包层或掺稀土离子光纤棒芯内的孔中，其后对掺稀土离子光纤棒进行热处理，使孔无空气间隙。

所述的掺稀土离子光纤棒包层或掺稀土离子光纤棒芯内的孔的轴线与掺稀土离子光纤棒芯轴线平行；孔的直径，以完全容纳去掉部分或全部包层的光纤为原则；孔在掺稀土离子光纤棒包层内时，孔的中心距掺稀土离子光纤棒芯中心的距离小于1/2掺稀土离子光纤棒芯直径+1/2孔直径+5μm。

单模种子光纤激光器为任意的单模种子光纤激光器。

光纤或为单模光纤或为多模光纤；进入掺稀土离子光纤棒的光纤长度或比掺稀土离子光纤棒长或比掺稀土离子光纤棒短。

单模种子光纤激光器发生波长在掺稀土离子光纤棒的发射谱范围内。

本发明的有益效果具体如下：

所述含有单模种子光纤激光器和掺稀土离子光纤棒的光纤棒激光器不需要外部调相装置，由于单模种子光纤激光器发生波长在掺稀土离子光纤棒的发射谱范围内，通过内部强耦合，使掺稀土离子光纤棒芯谐振在谐振在单模种子光纤激光器的激光波长上，实现主动锁相，从而实现单模激光超亮度放大输出。所述含有单模种子光纤激光器和掺稀土离子光纤棒的光纤棒激光器，由于掺稀土离子光纤棒芯散热面积大，输出较高的功率，又由于掺稀土离子光纤棒芯实际上是一种光放大器，比单独使用单模种子光纤激光器输出高万倍的功率，同时，由于掺稀土离子光纤棒芯谐振在单模种子光纤激光器的激光波长上，使得这种激光器不会降低输出激光的质量，同时实现了单模激光超亮度大功率输出。

附图说明

图1为掺稀土离子光纤棒包层打孔的种子激光注入式有源光纤棒单模激光器主视图。