[发明专利]660nm全光纤结构大功率红光光纤激光器

说明书

技术领域

本发明属于激光技术领域，具体涉及一种光纤激光器，特别是一种660nm全光纤结构大功率红光光纤激光器。

背景技术

光纤激光器以其体积小、效率高、稳定性好、光束质量好等优点，发展十分迅速。660nm附近的红光光纤激光器，可作为激光投影、激光电视、激光水下成像等得理想的红色激光光源。目前获得660nm附近红色激光的方法最主要的方法，是Nd³⁺：YAG产生1320nm激光经过倍频后获得。

在全固态激光器中利用非线性频率变换技术在获得可见光波段激光技术方面已取得很好成效，特别是全固态激光器内腔倍频技术，几乎成为了可见波段固体激光器的主力军，但将内腔倍频技术应用于光纤激光器时遇到一个矛盾：光纤激光器的优势在于它的全光纤化熔接，无分立元件，故而其稳定性好、免维护和易于使用，但如果插入倍频晶体这样的分立元件，必然破坏了光纤激光器稳定性好，免维护且易于使用的优势，失去市场竞争力。要实现光纤激光器腔内倍频必须采用光纤结构的腔内倍频器件，将其熔接在光纤激光器中，实现全光纤结构的倍频光纤激光器。现有的光纤激光器倍频技术多采用腔外倍频或内腔分立元件倍频，如双面泵浦腔内倍频双包层绿光光纤激光器（申请号：200620079299），双包层光纤腔内倍频激光器（专利号：03116633.4），内腔倍频蓝光光纤激光器（申请号：200820155748），高功率蓝光光纤激光器（申请号：200620079296），这些激光器均是分立元件构成的，从本质上讲，这些技术都是全固态腔内倍频技术的翻版，虽将其搬入光纤激光器，但光纤激光器自身所具有的高稳定性却被破坏了，显示不出光纤激光器的优势。

本发明的发明人于2011年6月14日提出的专利申请（申请号：201110158949.0，名称：全光纤结构腔内倍频绿光激光器），是一种采用三光栅结构的光纤激光器，其采用自聚焦透镜长度为0.23P（P为自聚焦透镜节距）的全光纤腔内倍频光纤激光器，主要用于大功率光纤激光器，因其腔内光纤倍频器所采用的自聚焦透镜长度采用0.23P，基频光被自聚焦透镜转换为平行光，在倍频晶体中产生二次谐波（倍频）效应。发明人在对腔内倍频器的后续研究中发现，自聚焦透镜的长度和倍频晶体的长度、折射率均会影响腔内倍频器内部的激光分布，从而影响出射激光的强度，由于该激光器中的自聚焦透镜长度固定为0.23P，基频光在经自聚焦透镜扩束转换为平行光，并在倍频晶体中以平行光的方式行进，故而其在大功率或当倍频晶体非线性系数较高时倍频效率比较高，但其在中小功率或倍频晶体非线性系数不是很高时，倍频效率相对比较低。经进一步研究发现，当改变自聚焦透镜长度，使得基频光能够在倍频晶体中汇聚时，便可以获得很高的倍频效率，尤其是在中小功率或倍频晶体非线性系数不是很高时，效果更为明显。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种660nm全光纤结构大功率红光光纤激光器，该激光器采用全光纤结构、汇聚型的腔内倍频器以及三光纤光栅组成的倍频腔体结构，实现了高稳定、大功率绿光激光输出。可广泛应用于激光投影、激光电视、激光医学和激光雷达等领域。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术解决方案：

一种660nm全光纤结构大功率红光光纤激光器，包括半导体激光器泵浦源、第一全反射光纤光栅、第二全反射光纤光栅和第三全反射光纤光栅，所述第一全反射光纤光栅和第二全反射光纤光栅之间连接有双包层掺钕光纤，第二全反射光纤光栅和第三全反射光纤光栅之间连接有腔内倍频器，第三全反射光纤光栅的输出端连接输出尾纤，上述各元件通过熔接的方式连接；

所述腔内倍频器包括全自动温控炉、第一尾纤、套管、第一自聚焦透镜、倍频晶体、第二自聚焦透镜、导热铜块和第二尾纤，其中，第一自聚焦透镜和第二自聚焦透镜分别粘结在倍频晶体左、右两端；第一自聚焦透镜的左端与第一尾纤带有尾纤插针的一端粘结，第二自聚焦透镜的右端与第二尾纤带有尾纤插针的一端粘结；第一尾纤、套管、第一自聚焦透镜、倍频晶体、第二自聚焦透镜和第二尾纤中心共线，共同构成以倍频晶体为中心的对称性结构；第一自聚焦透镜、倍频晶体、第二自聚焦透镜三者的整体的外部依次包裹有铟箔和导热铜块，所述导热铜块的底面与全自动温控炉相接触，导热铜块的其余表面封装在套管内部，第一尾纤从套管的左端穿出并与第二全反射光纤光栅熔接，第二尾纤从套管的右两端穿出并第三全反射光纤光栅熔接，各元件熔接时采用纤芯对准；

所述倍频晶体、第一自聚焦透镜和第二自聚焦透镜满足式1：