[发明专利]一种发热抑制的光纤激光器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双包层有源光纤及光纤激光器，特别涉及发热抑制的双包层有源光纤和光纤激光器。

背景技术

由于光纤材料本身表面积对体积的比值较大，输出的光束质量好，体积小等优点，光纤激光器近年来经历了快速的发展，目前稀土掺杂光纤激光器能够得到的输出光功率不断提高。但是，随着光功率的提高，有源掺杂光纤的发热量也越来越多。有源光纤的散热问题成为大功率光纤激光器的瓶颈问题之一。该光纤发热会对光纤激光器产生很多负面影响，比如光纤模式改变、热透镜效应、光纤熔丝效应、光纤损伤等。尽管通过风冷、水冷等方式能够在一定程度上缓解有源光纤的发热问题，但是均不能从根本上解决问题。本专利提出了一项新的技术，有效地对光纤激光器中有源光纤的发热进行吸收，从整体上来看，有源光纤的发热量明显减小，从根本上抑制了有源光纤的发热，为更大光功率的光纤激光器的研制拓展了空间。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种新型的有源光纤发热抑制的光纤激光器的方法，该方法有效地从光纤内部减小了有源光纤的发热，缓解了光纤激光器的发热问题。

本发明采用的技术方案是：一种光纤激光器，由光功率吸收器、光纤光栅Ⅰ、前向光纤泵浦光合束器、双包层有源光纤、反向光纤泵浦光合束器、光纤光栅Ⅱ、信号泵浦激光器、制冷泵浦激光器、输出准直隔离器，其特征在于：所述的双包层有源光纤的左端和前向光纤泵浦光合束器连接、右端和反向光纤泵浦光合束器连接；信号泵浦激光器与前向光纤泵浦光合束器连接，信号泵浦激光器与反向光纤泵浦光合束器连接，光纤光栅Ⅰ的右端与前向光纤泵浦光合束器连接、左端与光功率吸收器连接；光纤光栅Ⅱ左端与反向光纤泵浦光合束器连接，右端与输出准直隔离器的输入端连接。

所述的双包层有源光纤，由纤芯、内包层、外包层和涂覆层组成，所述的纤芯与涂覆层之间设有内包层和外包层，其纤芯芯径为8~20微米，内包层直径为100~400微米。

一种制作光纤激光器方法，包括以下步骤：

1）、双包层有源光纤制作：以氟化物玻璃作为基质，掺杂两种稀土元素制作双包层有源光纤的预制棒；在纤芯中掺入第一杂质钕（Nd）和第二杂质镱(Yb)，在光纤拉丝塔上将上述预制棒拉制成双包层光纤，并在裸光纤外部涂上涂覆层；

所述的在纤芯中掺入第一杂质钕和第二杂质镱，掺杂浓度为10¹⁸~10²⁰cm^-3。

2）、搭建光纤激光器光学系统：将前向光纤泵浦光合束器与第一波长的信号泵浦激光器的激光耦合至双包层有源光纤中，反向光纤泵浦光合束器将第二波长的制冷泵浦激光器的激光耦合至双包层有源光纤中；光纤光栅Ⅰ右端与前向光纤泵浦光合束器连接、其左端与光功率吸收器连接；光纤光栅Ⅱ左端与反向光纤泵浦光合束器连接，其右端与输出准直隔离器的输入端连接。

3）、搭建光纤激光器电路系统：将光纤激光器的驱动源与各个信号泵浦激光器、制冷泵浦激光器连接，控制电路与各个驱动源电路和监控电路连接，接口电路与激光器控制电路和外部计算机连接。

4）、运行调试：启动制冷泵浦激光器，使得光纤处于制冷状态，启动信号泵浦激光器，使得光纤处于激光输出状态，依次地增大制冷泵浦激光器的功率和信号泵浦激光器的功率，逐渐让两个泵浦激光器的功率到达目标值，此时光纤激光器的发热和制冷基本处于平衡状态，在不影响输出激光的状态下，有源光纤的发热受到抑制。

本发明，1、光纤激光器中有源增益光纤的发热量得到显著减小。2、降低了光纤激光器中制冷系统的要求。3、避免了热透镜效应引起的光束畸变。4、 用拉曼光散射的方式进行制冷，过程是全固态的，可靠性高，性能稳定。5、除有源掺杂光纤需要有额外掺杂和制冷泵浦的波长改变以外，对于其它部件都是可以和通常的光纤激光器兼容的。

附图说明

图1是本发明的双包层有源光纤的结构示意图。

图2是本发明光纤激光器结构示意图。

图3是掺杂光纤激射过程中离子和光子相互作用示意图。

图4是掺杂光纤中的反斯托克斯拉曼散射过程的光子和声子相互作用。