[发明专利]一种返回光处理装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种高功率光纤激光技术。

背景技术

高功率光纤激光器因其结构紧凑、性能稳定、全封闭波导结构、维护成本低、散热性能好、电光效率高、光束质量好等诸多优点而备受激光应用厂商和研发单位的青睐，在工业加工、国防军事、基础科学研究、光电子学以及工程技术领域发挥着巨大的推进作用。

在高功率连续光纤激光器或脉冲光纤激光器中，由于高反光栅的反射率做不到严格的100％反馈、各个熔点的微弱反射损耗、各全光纤器件自身的微弱反馈、输出端可能存在的菲涅耳反射等因素，在光纤激光器的中形成返回光。这些返回光的存在会影像激光器运行的稳定性，对于脉冲光纤激光器而言，其可能返回谐振腔中形成次生脉冲，干扰信号光的稳定性，严重时会损毁全光纤器件乃至光纤。一般高功率的脉冲全光纤激光器中种子源的输出端以及各个放大级的输入端都会熔接隔离器以防止返回光的影响，但其谐振腔部分输出的返回光一般都辅以热沉收集处理，当返回光的功率达到瓦级水平乃至更高时该热沉一般需要有水冷保护。高功率连续的光纤激光器，其功率输出高至千瓦量级，在各级连接中加入隔离器来防止返回光的方案不可行，因为高功率隔离器的制备难度大，目前还未见有百瓦量级的全光纤结构的隔离器件报道和商业化产品。连续光光纤激光器的返回光基本都从输出端的另一端输出，一般在几瓦至几十瓦的水平，通常的处理方式都是采用水冷结构的热沉搜集返回光并将其能量耗散。而水冷结构的高功率光纤激光器就需要外接冷却水循环设备，以及设计相应的水路，以及漏液保护措施。

相对于水冷结构的高功率光纤激光器而言，应用者更青睐于风冷的高功率光纤激光器，因为风冷结构可以与光纤激光器集成一体，无需额外的冷却设备，光纤激光器的结构更加经凑，运输、安装、运行更加方便。

为了解决返回光处理难的问题，本发明提供一种处理装置，可以无需水冷、风冷保护，即可实现百瓦以内的返回光的收集处理，满足一般大功率光纤激光器的应用需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种返回光处理装置，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种返回光处理装置，包括：半导体制冷模块、黑硅结构吸收面、机械架构、光纤夹具、光纤；其中，所述机械架构是所述返回光处理装置的框架，内部是圆柱型空心结构；所述机械架构的圆柱型空心结构的底面上有所述黑硅结构吸收面，所述黑硅结构吸收面的外壁上有所述半导体制冷模块；所述机械架构的外侧有所述光纤夹具，所述机械架构与所述光纤夹具为一体，所述光纤夹具上夹持有所述光纤的尾端；所述黑硅结构吸收面吸收返回光，所述半导体制冷模块吸收该装置上的热量。

优选的，所述半导体制冷模块利用半导体材料组成P-N结，通过两端施加直流电进行制冷，将电能直接转化为热能。

优选的，所述半导体制冷模块外部用直流电源控制，其制冷机理是塞贝克效应、珀尔帖效应、汤姆逊效应、焦耳效应、傅立叶效应5种热电效应中的任意一种，制冷量不低于50W。

优选的，所述黑硅结构吸收面的硅是利用高能脉冲激光器二维扫描加工而成，其表面呈锥形微结构，其内部用太阳能电池结构作衬底，是太阳能电池结构的一种，具有广谱吸收功能，可以吸收返回激光并转换成电能，对红外光的吸收率高于90％，其光电转换效率高于20％，其转换的电能由导线导出。

优选的，所述机械架构所用材料是导热系数较高的金属材料，其导热系数高于150W/m·℃。

优选的，所述机械架构的材料是紫铜、铝合金(87Al-13Si)或纯铝等材料。

优选的，所述光纤夹具为弹性夹具，用于固定所述光纤的尾端。

优选的，所述光纤夹具能够固定夹持光纤的纤径为100～1000μm，基本涵盖了各类光纤激光器所用光纤。

优选的，所述光纤为返回光输出的光纤，其为合束器的其中一个泵浦臂或信号纤，或者为光纤光栅的尾纤。

优选的，所述光纤纤径参数为100～1000μm，输出端面为5～10°斜角，防止输出激光因菲涅耳反射返回激光器中。

本发明的有益效果是：本发明提供的返回光处理装置，无需水冷保护就可实现百瓦以内的返回光的收集处理，满足一般大功率光纤激光器的应用需求。具体来说：

装置不使用水等制冷剂，无需额外的配套的循环管路，没有制冷剂循环运行的振动和噪声；

半导体制冷模块的热惯性非常小，制冷时间很快，在热端散热良好冷端空载的情况下，通电不到一分钟，制冷模块就能达到最大温差；