[发明专利]一种多光纤被动相位锁定激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种被动相位锁定激光器，适用于工业切割、军事等要求激光输出功率高且光束质量好的领域。

背景技术

激光器从问世之日起就广受关注，近年来高功率激光器的研究进展迅猛。目前，大功率的光纤激光器被广泛应用于精密焊接和切割等工业领域中，并在军事领域呈现出广阔的应用前景。近年来，光纤激光器的输出功率快速提升，多种提高激光输出功率的方法已经被提出。

首先，基于包层抽运技术的光纤激光器以其光束质量好、转换效率高以及结构紧凑等特点吸引了人们的广泛关注。2004年光纤激光器的单纤输出功率达到千瓦量级，2009年IPG公司报道已实现了单纤万瓦的单模激光输出。但随着功率的增加，SBS、SRS和FWM等各种非线性效应使得光束质量严重降低，并且成为进一步增加激光功率的巨大障碍。大模场面积(LMA)光纤的提出成为一种可行的方法，在保持光功率密度不变的情况下，增大光纤半径可以有效增加光纤所能承载的光功率，为大功率光纤激光器的制备提供了必要的前提。但由于光纤半径增加幅度有限，过大的光纤半径使得模场变的复杂，光束质量得不到保证，因此该方法能够解决的问题受到光纤尺寸的限制。

另一种方法为主控振荡器的功率放大器(MOPA)，这种方法可以有效增加激光器功率，而且输出激光的质量很高，但同样受到单根光纤光功率承载能力的限制。

相比之下，多路光纤激光的合束成为一种实现大功率激光输出的更为有效的方法。为了增加输出功率的同时在一定程度上保证输出激光的光束质量，相干组束技术成为首选，相干组束又分为主动相位锁定和被动相位锁定。主动相位锁定需要较为复杂的外部调相器件，而且稳定性较差，相比之下，被动相位锁定不需要复杂的调相设备，完全依靠激光器自身的设备被动调整各路激光相位，达到各路激光同相位的目的，效率和稳定性都较高。

但就目前已有被动相位锁定的实现方法而言，所能够完成相位锁定的光路数量较少；对光纤结构要求过高，其中很多实现方法要求光纤为保偏光纤；要求有多到多的光纤耦合器，而这样的光纤耦合器制作难度很大，若使用2×2光纤耦合器级联的方法，整个系统的损耗会随着光路数量的增加而增加。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：

目前被动相位锁定激光器中能够完成相位锁定的光路数量较少，对光纤结构要求高，所需光纤耦合器制作难度大，损耗高。

本发明的技术方案为：

一种多光纤被动相位锁定激光器，该激光器包括透射耦合器、第一至第N有源单模光纤、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、反射耦合器和第一至第N泵浦源；

所述透射耦合器为一旋转体，其透射面垂直于轴线，透射耦合器的熔接环面与透射耦合器的透射面成45°，透射耦合器的透射面镀全反膜，然后，在透射面上刻截面为等腰直角三角形的第一至第M环形透射凹槽；

所述反射耦合器为一旋转体，其反射面垂直于轴线，反射耦合器的熔接环面与反射耦合器的反射面成45°，反射耦合器的反射面上刻截面为等腰直角三角形的第一至第M环形反射凹槽，然后在反射面上镀全反膜；

第一至第M环形反射凹槽均为全反面，深度均相同，相邻环形反射凹槽的间距与环形反射凹槽的宽度相同；

第一至第M环形透射凹槽深度均相同，相邻环形透射凹槽的间距与环形透射凹槽的宽度相同；

第一至第N有源单模光纤的一端熔接在透射耦合器熔接环面上，沿透射耦合器轴线轴线对称分布于过轴线的N/4M个截面内，每个截面内的4M根光纤关于轴线对称分布，熔接位置在过截面与透射耦合器熔接环面相交的两条直线上；

第一至第N有源单模光纤的另一端熔接在反射耦合器熔接环面上，沿反射耦合器轴线轴线对称分布于过轴线的N/4M个截面内，每个截面内的4M根光纤关于轴线对称分布，熔接位置在过截面与反射耦合器熔接环面相交的两条直线上；

所述第一至第N有源单模光纤的一端均与透射耦合器熔接环面熔接，熔接位置与透射耦合器的透射面上环形透射凹槽的对应关系为：