[发明专利]一种级联式增益导引-折射率反导引大模场光纤激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种级联式增益导引--折射率反导引大模场光纤激光器，属于光纤激光器、光纤放大器的技术领域。

背景技术

高功率光纤激光器和放大器在商业和军事上具有很多潜在的应用，但在传统的单模光纤中，由于高功率所引起的非线性光学效应和光纤端面的光学损伤成为限制激光器和放大器功率进一步提高的主要障碍，而解决这一问题最直接的途径是通过增加模场面积来降低光功率密度。目前传统单模光纤激光器的纤芯直径可达40μm,通过设计光子晶体光纤可使芯径达到100μm，其它的增加模场面积的设计方法主要包括：模式转换法、手征耦合芯光纤法、弯曲损耗管理法以及锥型光纤法等。但所有这些光纤结构复杂，工艺要求高，生产成本较高，且不能使纤芯足够大（<100μm），以至于不能满足高能量单模激光输出和放大的需要。

2003年，A.E.Siegman提出了一种实现大模场光纤的新方法，即增益导引—折射率反导引大模场光纤。该光纤结构与普通光纤类似，仅由纤芯和包层组成，但纤芯折射率小于包层，存在模式泄露损耗因子；纤芯由稀土掺杂材料组成，为光信号提供了功率增益因子。目前已经实现了芯径在100-400μm范围内的单模激光输出。

但该类型光纤一般采用高掺杂的多组分玻璃制成，对泵浦光吸收系数较大，端面泵浦时在几厘米长度内即将泵浦光吸收完毕，从而使得该激光器的增益光纤长度受到了限制，进而限制了功率的进一步提高；且该类型的光纤由于折射率反导引的作用不适合弯曲使用；因此要使光纤在保证不弯曲的情况下大幅增加长度，必然造成设备体积的增加及使用不便。

本发明通过将增益光纤分割成多段，每段平行放置，再用导光光纤将每段增益光纤串接起来，通过在光纤的尾部和头部设置谐振腔反射镜，再采用侧面泵浦技术形成光纤激光器。该方法既能合理增加光纤长度，又不会使激光器体积太大，且方便采用侧面泵浦技术，为增益导引--折射率反导引大模场光纤激光器增加增益介质的长度提供了一种有效的方法，有望在相关领域获得良好的应用。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于，提出一种级联式增益导引--折射率反导引大模场光纤激光器，解决该类型光纤激光器增益介质长度受限的问题。

技术方案：本发明提出的级联式增益导引--折射率反导引大模场光纤激光器由金属板、增益光纤、导光光纤、全反射镜、激光输出镜、V型槽、条形光源、泵浦源固定装置、柱透镜、柱透镜固定装置组成；其中，泵浦源固定装置、柱透镜固定装置和金属板三者顺序依次平行放置，

在金属板上制作一系列互相平行的V型槽，增益光纤分别置于V型槽中，每段增益光纤之间用一根导光光纤相连，导光光纤与增益光纤之间通过光纤熔接技术相连；

在泵浦源固定装置上设有一系列互相平行的条形光源，条形光源之间间距与增益光纤之间间距相同，长度与增益光纤相同，构成泵浦源；

在透镜固定装置上设有一系列互相平行的的柱透镜，柱透镜之间间距与条形光源之间间距相同，长度与条形光源相同，构成泵浦光汇聚透镜；

条形光源、柱透镜和增益光纤依次一一对准，每一个条形光源发出的光经过对应的柱透镜汇聚在对应的增益光纤上进行泵浦；金属板与透镜固定装置之间的距离等于柱透镜的焦距；增益光纤由多组分玻璃材料组成，增益光纤的纤芯的稀土掺杂离子包括Yb³⁺、Er³⁺、Nd³⁺、Tm³⁺、Ho³⁺等；纤芯具有光功率增益因子，即具有增益导引作用；纤芯折射率小于包层折射率，具有折射率反导引作用；增益光纤只有一个包层，纤芯半径大于等于50微米。

所述的多组分玻璃材料包括：磷酸盐玻璃、氟磷酸盐玻璃、碲酸盐玻璃、锗酸盐玻璃或硅酸盐玻璃。

所述导光光纤的纤芯折射率大于包层折射率，纤芯半径和包层半径与增益光纤相同,导光光纤长度及弯曲半径要足够大以使弯曲损耗可以忽略。

所述的全反射镜和激光输出镜组成谐振腔，激光增益介质为谐振腔内多段增益光纤组成；全反射镜和激光输出镜与光纤端面平行放置，增益光纤在条形光源的泵浦下，在谐振腔内来回振荡形成激光输出。

所述的增益光纤与V型槽之间用导热硅胶填充固定。

所述的条形光源为LDbar条或者闪光灯管。

有益效果：根据以上叙述可知，本发明具有如下特点：