[发明专利]一种高功率柱矢量光纤激光器

说明书

本发明公开了一种高功率单一柱矢量光纤激光器，该激光器包括单一柱矢量模式输出的光纤激光器，一级放大器，二级放大器，三级放大器，输出部件，激光器所使用的光纤为双包层大模场环形芯光纤，其纤芯为高折射率层与低折射率层交叉分布的多层结构，该结构增大了LP11模式的矢量模式间的有效折射率差，有效降低了TE01模式与其它模式间的相互耦合，使得TE01模式在激光器内稳定存在。单一柱矢量模式输出的光纤激光器为单一柱矢量模式输出的连续光纤激光器或脉冲光纤激光器，经过三级放大可以实现高功率、高稳定性的柱矢量光束输出。本发明可以应用于激光精密加工、粒子加速和表面等离子体激发等领域。

技术领域

本发明涉及光纤激光器技术领域，具体公开了一种高功率柱矢量光纤激光器。

背景技术

柱矢量光束由于由于其独特环形电场分布和轴对称偏振性质，使其在许多领域都有着广泛的应用。在表面等离子体激发方面，当径向偏振光入射到金属表面时，其任一纵向剖面对于材料表面而言都是P偏振的，可以通过表面结构增强形成强聚焦的表面等离子体激发并形成增强的局域场。在粒子操控方面，因为粒子表面散射的存在使得通过激光光束去完成对磁性粒子的三维操控非常困难，而角向偏振光束在聚焦后为中空的环形光斑并且只存在角向偏振分量，可以实现对磁性粒子强有力的束缚。在激光加工方面，径向偏振光束是激光切割中最想的偏振态，在大纵深金属加工应用中，径向偏振光束的加工效率是线偏振光和圆偏振光的1.5-2倍，提高了激光加工的效率和质量。激光加工对于激光的功率要求十分高，而目前的柱矢量激光器输出功率低，稳定性差，无法满足实用性的要求，为此我们设计了一种高功率柱矢量光纤激光器满足实际应用的要求。

发明内容

解决的技术问题

本发明的目的是为了解决现有柱矢量光纤激光器稳定性差，输出功率低的缺陷，设计了一种高功率单一柱矢量光纤激光器输出高功率高稳定性的柱矢量激光。

技术方案

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种高功率单一柱矢量光纤激光器，其特征在于，包括单一柱矢量模式输出的光纤激光器，一级放大器，二级放大器，三级放大器以及输出端件，所述单一柱矢量模式输出的光纤激光器输出端的尾纤熔接在一级放大器的信号端尾纤上，所述二级放大器熔接在一级放大器和三级放大器之间，且所述三级放大器的另一尾纤端与输出端件熔接。

单一柱矢量模式输出的光纤激光器可以采用以下三种不同结构的光纤激光器；

第一种为线型腔单一柱矢量模式连续光纤激光器，其包括依次通过尾纤熔接的泵浦源、波分复用器、输入光栅、增益光纤、光纤模式过滤器以及输出光栅，且所述输出光栅另一尾纤端作为激光器的输出端；

所述输入光栅采用刻制在环形芯光纤上的光栅，其对1064nm波段的LP11模式的反射率为50％-100％，而对于975nm波段的泵浦光完全透过，所述输出光栅采用刻制在环形芯光纤上的光栅，其对LP11模式的反射率为10％-99％；

所述增益光纤为在环形芯光纤的导模层中掺杂稀土元素制作而成；所述光纤模式过滤器是通过将环形芯光纤的包层腐蚀至0.5-3μm厚，再在包层表面镀上50-500nm厚的金属膜层制成的；

所述环形芯光纤的纤芯部分是环形的导模层，导模层内部为低折射率层，导模层外部为包层，其中，所述导模层通过在二氧化硅中掺锗制作而成，所述低折射率层材料为空气或普通二氧化硅，所述包层为纯二氧化硅，且所述导模层的折射率与包层折射率之差为0.02-0.04，且所述导模层厚度为1μm-3μm；