[发明专利]一种高功率激光器合束器

说明书

本发明公开了一种高功率激光器合束器，属于激光器领域，包括激光发生单元、传感模块；其中激光发生单元通过将多个LD模块输出的光纤熔接在合束器上，通过对石英玻璃管、光纤进行预处理，选择合适的拉锥比和切割角度，减小了拉锥损耗，提高熔接点的均匀性，减少气泡的产生，进而提高了光纤合束加工的精度，提高光纤合束器的输出功率，提高器件的稳定性；传感模块包括功率采集、温度、湿度、散射PD、传输断路的多重监控，且传感器模块位于LD模块内部，基于ARM和FPGA模块进行多重监控，在高速采集下确保了系统的空间分辨率，同时又能够对信号进行实时处理提高信号的信噪比。

技术领域

本发明属于激光器领域，特别是涉及一种高功率激光器合束器。

背景技术

光纤激光器具有转化效率高、光束质量好、结构紧凑以及维护方便的优点，在科学研究、工业制造、国防安全等领域得到了广泛的应用，随着高功率、高亮度LD和双包层光纤制造工艺的发展，光纤激光器输出功率不断提高，目前单根单模光纤激光器输出功率已经达到万瓦级，并且存在一定的提升空间，然而由于热损伤、非线性效应、光纤端面损伤、热透镜效应等因素的制约，单根单模光纤激光器的输出功率不可能无限提升，因此需要通过合成技术提高光纤激光器的输出功率。

激光合束是大幅提升激光输出功率和辐射亮度的有效手段，主要是将多束激光组合成一束输出，目前激光合束的方法有空间耦合法和光纤合束法，空间耦合法是利用固体光学器件将光耦合进光纤，利用对泵浦光高透、对信号光高反的透镜将泵浦光和信号光一同耦合进双包层光纤，实现信号光的放大，采用空间耦合法效率比较低，只有60%-70%左右，且利用固体的透镜组合，稳定性较差；光纤合束法是通过熔融拉锥光纤束的基础上制备光纤合束器，光纤合束器是高功率光纤激光器的重要器件之一，对高功率光纤激光器未来的发展起着举足轻重的作用，它是无源器件，可以使得功率定向传输，在高功率全纤化激光器中扮演着重要的角色，光纤合束器具有耦合效率高、操作方便、易实现全纤化，适宜在高功率下使用等优点。

目前光纤合束器在制备工艺主要分为旋转法和套管法，旋转法通过多根光纤束缠绕，加热拉锥使光纤熔接在一起，制成光纤束，在光纤束较细的地方切割，并与输出光纤熔接，制成光纤合束器，但此方法制备的光纤合束器功率不高；套管法是通过将多根光纤穿入石英套管中，然后通过加热拉锥使套管和光纤熔融在一起，然后切割与输出光纤熔接，套管法制备的光纤合束器在输出功率上有较大的优势，但是在套管拉锥方面工艺技术要求较高，加工精度较高，操作不当容易造成光纤的结构遭到破坏。

中国专利授权公告号 CN201621024211.X ，发明名称为一种中红外波段光纤抽运/信号合束器，该发明采用的信号光纤的纤芯材料为纯二氧化锗材料，光纤组束的拉锥区的拉锥比例在1~3之间，光纤组束与输出光纤熔接，虽然该方法可以耦合高功率的激光进入输出光纤，但是其不足之处在于，拉锥比例范围较大，信号光纤在此拉锥比例范围内的损耗较大。

发明内容

针对传统光纤合束器中耦合效率低、稳定性差、操作工艺精度要求较高的问题，本发明提供了一种高功率激光器合束器，通过采用光纤合束法代替空间耦合合束法，对石英玻璃管、光纤进行预处理，选择合适的拉锥比和切割角度，减小了拉锥损耗，提高光纤合束加工的精度，提高光纤合束器的输出功率，同时基于ARM和FPGA模块进行功率采集、温度、湿度、散射PD、传输断路的多重监控。

一种高功率激光器合束器，包括激光发生单元、传感模块；其中激光发生单元通过将多个LD模块输出的光纤熔接在合束器上，传感模块包括功率采集、温度、湿度、散射PD、传输断路的多重监控，且传感器模块位于LD模块内部。

进一步，所述合束器包括多根输入光纤和一根输出光纤，输入光纤的数量与光纤激光器的数量一致，所述多根输入光纤的一端分别与多个光纤激光器模块的输出信号光纤熔接，另一端经熔融拉锥后，截断锥区与输出光纤的一端熔接。

进一步，所述合束器的制备方法，包括以下步骤：