[发明专利]高功率光纤激光器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤激光器领域，特别是涉及一种双向泵浦的高功率光纤激光器。

背景技术

近年来，基于全光纤结构的千瓦级掺镱单模光纤激光器，由于具有电光效率高、光束质量好以及稳定可靠等优点，在工业和军事领域均呈现出良好的应用前景，已经广泛应用于普通金属如钢，高反金属如铝、铜等材料切割、焊接、表面处理和3D打印等。

全光纤结构的千瓦级光纤激光器大多采用下列三种激光谐振腔结构，1)通过正向泵浦合束器，多个相同泵源单向泵浦单纤珐珀腔结构；2)通过两个泵浦合束器，其中反向泵浦/信号合束器为侧面泵浦结构，采用多个相同泵源双向泵浦单纤珐珀腔结构；3)采用种子源加放大器的主振荡器功率放大器(MOPA)结构。第一种单向泵浦光纤激光器腔体结构在腔内有源光纤前段部分存在泵浦功率过高，受激自发辐射严重，温度过高，容易导致光纤非线性效应，产生克尔效应和受激拉曼散射，甚至出现多模振荡，影响了激光器的稳定。第二种双向泵浦光纤激光器腔体结构在腔内有源光纤上泵浦光功率分布和温度均匀性较第一种显著改善，但是由于有源光纤纤芯本身对于正向和反向传输泵浦光的有限吸收，内包层中正向传输和反向传输的泵浦光都存在部分残余泵浦光，这些残余泵浦光将通过正向泵浦信号合束器和反向泵浦信号合束器传输到泵浦光纤，进入泵源，从而对泵源芯片造成干扰和伤害，影响泵源的寿命和光纤激光器的稳定性。第三种MOPA结构的光纤激光器由于分为两级，其电路控制及光路结构都较前两种复杂，在脉冲工作状态下其成本、光束质量和工作稳定性逊于单腔结构的光纤激光器。

发明专利CN 104466630A“一种高功率光纤激光器”公开了一种采用双端泵浦结构的高功率光纤激光器，其采用了两段20/400有源光纤，且包层光滤除器位于两段有源光纤的中间，用来剥除两侧相对泵浦的残余泵浦光，该结构属于第二种技术方案。该结构虽然避免了两侧残余泵浦光对泵源芯片的相互损害，但是该结构单侧和单端泵浦形式类似，没有构成泵源对有源光纤的重复泵浦。为了获得高功率光输出，不可避免采用加长有源光纤长度，这样易导致光纤产生受激拉曼效应，影响激光器的稳定输出。再者，其谐振腔内部除了高、低反光纤光栅和有源光纤的熔接点外，又增加了包层光滤除器两端和有源光纤的两个熔接点，这对大功率光纤，尤其是大模场面积双包层光纤来说，多个腔内熔接结点存在容易激发低阶模，腔内损耗增加，又影响激光器的效率和稳定性。此外，其反向后端可能的回光也没有任何处理，该结构激光器可能会存在安全问题。

发明专利CN 103066482 A公布了一种双向泵浦光纤激光器，其在激光器的低反输出光栅的输出端增加分束器，用于分离出激光和残余泵浦光，泵浦反射装置，用于将增益光纤未吸收的残余泵浦光反射后，反向注入增益光纤，该结构类似第二种技术方案。该结构并未有采用反向泵浦光源，仅是把很低功率的正向残余泵浦光反向送回，不能够显著提升激光器的输出功率。

发明内容

为了解决现有三种技术方案存在的以上问题，本发明提出了一种双向泵浦高功率光纤激光器，基于线性珐珀谐振腔结构，采用均带有窄带滤波器的不同波长的正向、反向泵浦泵源模块，通过正向泵浦/信号合束器和反向泵浦/信号合束器同时从掺杂光纤的前后两端通过高反光栅和低反输出光栅泵浦掺杂光纤，实现了光纤激光器的千瓦级功率稳定输出，且避免了两侧残余泵浦光对泵源芯片的相互损害。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种高功率光纤激光器，所述光纤激光器的腔体包括正向泵浦泵源模块、正向泵浦/信号合束器、高反光栅、掺杂光纤、低反输出光栅、反向泵浦/信号合束器和反向泵浦泵源模块；所述掺杂光纤为双包层或三包层结构有源光纤；

所述正向泵浦泵源模块包括多个正向泵浦激光器，所述正向泵浦激光器提供泵浦光经过所述正向泵浦/信号合束器的泵浦光纤汇合传至所述正向泵浦/信号合束器的输出端光纤，正向通过所述高反光栅，进入所述掺杂光纤，大部分泵浦光在传输过程中被掺杂光纤中的掺杂稀土离子吸收，残余的泵浦光经过所述低反输出光栅进入所述反向泵浦/信号合束器；其中大部分残余泵浦光沿着所述反向泵浦/信号合束器的信号光纤继续前行，剩余的小部分残余泵浦光经过所述反向泵浦/信号合束器的泵浦光纤，逆向传输进入所述反向泵浦泵源模块的多个反向泵浦激光器内部；