[发明专利]一种递进式光纤激光器

说明书

技术领域

本发明属于新型结构光纤激光器和特种光纤领域技术领域，特别是涉及一种递进式光纤激光器。

背景技术

近年来，光纤激光器得到了飞速发展，尤其是双包层光纤发明以来，光纤激光器输出功率从毫瓦级攀升至万瓦级。但是随着功率增长，热效应成为制约光纤激光器光束质量、稳定性及功率的重要因素之一。

现有常规的光纤激光器由泵浦源、单一谐振腔、有源掺稀土光纤构成，主谐振参量放大式光纤激光器由常规光纤激光器外加一级或多级放大器构成，其中谐振腔由成对光纤光栅或双色片及光纤端面构成，泵浦源多采用半导体激光器(LD)。而作为泵源的LD存在光束质量差、亮度低等问题，这使得在激光器系统中泵浦光的利用率不高，且由于泵浦波长多位于稀土有源离子的主吸收峰或次吸收峰，与激光输出波长相距较远，量子亏损较大，基于以上原因高功率运行时，激光器的热耗散问题突出，严重影响激光器的性能。

此外，特殊激光输出波长的光纤激光器应用需求不断增长，1083nm激光可以泵浦氦气，以产生超极化氦气作为磁共振成像MRI中核磁共振信号源，可以对肺部进行清晰成像；1053nm激光在光传感、激光惯性约束核聚变、航空航天等领域有着广泛应用。1070nm激光可以泵浦拉曼光纤激光器产生1120nm的激光，再由1120nm泵浦拉曼光纤激光器，产生1178nm的激光，再经过倍频，产生589nm用于激光导星。通过改变光栅或双色片的高反波长，可以实现所需波长激光输出。然而光纤激光器的电光转换效率不高，仅凭提高泵浦功率很难获得在这些特殊波长上高功率激光输出，同时将会在光纤中残留更多的热耗散，影响其稳定性及光束质量。

当前为解决光纤激光器的热耗散问题，多采用机械制冷的方式，包括风冷和水冷等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种递进式波长光纤激光器，解决光纤激光器中的热问题，实现特殊波长的激光输出，提高激光输出效率，抑制高阶模，提高光束质量。

本发明提供的一种递进式光纤激光器，包括泵浦源、泵浦源所发射的泵浦光波长为λ_P，激光器的输出激光波长为λ_L，其特征在于：在泵浦源之后设置n种有源光纤，全程在泵浦光波长λ_P和输出激光波长λ_L之间存在n个转换波长λ_c，其中λ_P＜λ_c＜λ_L，c为1～n，n≥2，对于任一第c级光纤激光器由λ_c-1泵浦，输出波长为λ_c的激光，λ_c的激光进入其下一级光纤激光器作为泵浦光，激发出输出波长为λ_c+1的激光，其中，令λ₀＝λ_P，λ_n+1＝λ_L，最终通过递进式泵浦输出需要的波长的稳定激光。

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种新型递进式结构的光纤激光器，它包括半导体泵浦源、多级谐振腔以及多段有源光纤。各个谐振腔中的光纤各不相同，在长度、掺杂离子或浓度等方面存在差异；通过设计新型光纤激光器结构，减小激光器的量子缺陷，优化激光器光电转换效率从根本上降低热负载，提升光束质量，从而实现更高功率输出。具体而言，本发明的有益效果为：

1.本发明的效果在于泵浦波长与激光波长相近，使得量子亏损减小，从而减少了光纤的热负担，可以极大提高光纤的输出功率。

2.本发明所述的递进式泵浦方式，在第二级以后的光纤激光器都是利用前一级的光纤激光输出作为泵浦，泵浦光光束质量好、耦合效率高，使得泵浦光利用率高，从而减少残余热量，并可以缩短有源光纤长度，降低非线性效应。

3.本发明所述的递进式光纤激光器，可以通过在现有泵浦源的情况下，通过对有源光纤的不同输出波长和泵浦波长的综合运用，采用递进式泵浦方式实现特殊波长光纤激光器的激光输出。

4.本发明所述的递进式泵浦方式，利用与激光波长相近的波长泵浦，可以抑制光纤纤芯边缘增益，提高输出激光的基模比例，提高光束质量。

附图说明

图1为在不同波长泵浦1070nm的情况下，纤芯区域沿径向增益的分布图，图中，区域4表示纤芯区域，区域5代表包层区域。横轴表示光纤径向，纵轴代表增益强度。曲线1表示975nm泵浦时纤芯内的增益分布，曲线2表示1018nm泵浦时纤芯内的增益分布，曲线3表示1045nm泵浦时纤芯内的增益分布。

图2为1053nm递进式掺镱光纤激光器的结构示意图；