[发明专利]一种被动相位锁定的光纤激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤激光器，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，输出激光的频带宽，继续增 加光路数量会大大增加整个系统的复杂程度，因而输出功率难以有效提升；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，成本高，结构 复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：

目前已有被动相位锁定激光器，输出激光的频带宽，继续增加光路数量会 大大增加整个系统的复杂程度，因而输出功率难以有效提升；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，成本高，结构复杂。

本发明的技术方案：

一种被动相位锁定的光纤激光器，它包括第一至第N有源单模光纤，第一 至第N耦合器，第一至第N波分复用器，第一至第N光纤光栅，第一至第N泵 浦源。

第一泵浦源的输出端与第一波分复用器的第一端口连接，第一波分复用器 的第二端口与第一耦合器的第一端口连接，第一耦合器的第三端口与第一有源 单模光纤的一端连接，第一有源单模光纤的另一端与第一光纤光栅的一端连接。

第一波分复用器的第三端口与第二波分复用器的第三端口连接，第二泵浦 源的输出端与第二波分复用器的第一端口连接，第二波分复用器的第二端口与 第二耦合器的第一端口连接，第二耦合器的第三端口与第二有源单模光纤的一 端连接，第二有源单模光纤的另一端与第二光纤光栅的一端连接。

第三泵浦源的输出端与第三波分复用器的第一端口连接，第三波分复用器 的第二端口与第三耦合器的第一端口连接，第三耦合器的第三端口与第三有源 单模光纤的一端连接，第三有源单模光纤的另一端与第三光纤光栅的一端连接。

第三耦合器的第二端口与第二耦合器的第二端口连接，第三耦合器的第四 端口与第二耦合器的第四端口连接。

第三波分复用器的第三端口与第四波分复用器的第三端口连接，第四泵浦 源的输出端与第四波分复用器的第一端口连接，第四波分复用器的第二端口与 第四耦合器的第一端口连接，第四耦合器的第三端口与第四有源单模光纤的一 端连接，第四有源单模光纤的另一端与第四光纤光栅的一端连接。

第五泵浦源的输出端与第五波分复用器的第一端口连接，第五波分复用器 的第二端口与第五耦合器的第一端口连接，第五耦合器的第三端口与第五有源 单模光纤的一端连接，第五有源单模光纤的另一端与第五光纤光栅的一端连接。

第五耦合器的第二端口与第四耦合器的第二端口连接，第五耦合器的第四 端口与第四耦合器的第四端口连接。