[实用新型]基于纤芯包层尺寸连续渐变纺锤形增益光纤的激光振荡器

说明书

一种基于纤芯包层尺寸连续渐变纺锤形增益光纤的激光振荡器，包括纤芯包层尺寸纵向连续渐变的纺锤形增益光纤(1)、高反射光纤光栅(2)、低反射光纤光栅(3)、光纤耦合半导体激光器(4)、泵浦合束器(5)、信号传能光纤(6)、泵浦传能光纤(7)、包层光滤除器(8)、光纤端帽(9)；激光被光纤耦合半导体激光器输出后依次经过泵浦信号合束器、高反射光纤光栅、纤芯包层尺寸纵向连续渐变的纺锤形增益光纤、低反射光纤光栅光纤激光、包层光滤除器后，最后由光纤端帽扩束输出；其中纤芯包层尺寸纵向连续渐变的纺锤形增益光纤的纤芯和内包层横截面外围尺寸以连续变化方式沿光纤长度方向先变大后变小。

技术领域

本实用新型总体地涉及光纤激光器领域，尤其涉及一种基于纤芯包层尺寸连续渐变纺锤形增益光纤的激光振荡器。

背景技术

与主振荡功率放大结构光纤激光器相比，全光纤激光振荡器具有成本低廉、结构紧凑、控制逻辑简单、性能稳定、抗反射回光能力强等优点，在工业加工中有着广泛的应用。随着应用领域的扩展，对光纤激光振荡器的功率需求越来越高。当前，影响全光纤激光振荡器输出功率提升的主要物理限制因素包括模式不稳定效应和受激拉曼散射效应。一般而言，为了抑制模式不稳定，一般需要采用纤芯直径和模场面积较小、归一化频率较低的增益光纤来抑制高阶模式的产生，从而提高激光器输出功率。但是，为了抑制非线性效应、提升受激拉曼散射的阈值，需要采用纤芯直径和模场面积较大的增益光纤。

因此，一般而言，抑制横向模式不稳定和受激拉曼散射对于增益光纤模场面积的需求是相互矛盾的，普通结构的全光纤激光器难以平衡此矛盾，进一步提升全光纤激光振荡器的功率遇到了明显的技术瓶颈。

当前，全光纤激光器振荡器大都采用纤芯直径沿光纤长度方向均匀变化的增益光纤作为激光器的增益介质，难以平衡模式不稳定效应和受激拉曼散射效应抑制的矛盾。

公开报道利用纤芯直径纵向渐变光纤构成激光器，主要是利用拉锥光纤置于激光谐振腔中：专利CN201310069242.1利用拉锥区域轴向长度为1.5～2厘米、相邻两个拉锥区的轴向中心之间间隔4～6米的、总长度大于或等于80m的多锥段光纤，在环形腔激光器中实现稳定的单频激光运转；专利CN201410106212.8利用拉锥光纤锥区直径为4～10微米，长度为0.5～2厘米的锥形光纤固定在可调谐装置上，通过调整装置对拉锥光纤施加不同的应力，在环形激光器中实现不同波长的调谐输出；专利CN201610567283.7利用调制周期为6.8～7.2纳米，锥腰为7.0～7.5微米的拉锥光纤，通过微位移光纤夹上拉伸锥形光纤的长度，在掺铥光纤环形腔中实现激光纵模竞争的抑制和实现波长的调谐，实现了基于拉锥光纤的可调谐2微米波段双波长锁模光纤激光输出。

上述利用拉锥光纤构建激光器的方案，拉锥光纤都是单模光纤、且锥区长度都在2厘米以下，主要通过控制锥区的长度或应力来实现波长调谐的或线宽控制，当前这类基于锥形光纤的激光器，未涉及横向模式控制和受激拉曼散射抑制。

针对上述问题，专利CN201810801634(一种基于纤芯尺寸纵向渐变增益光纤的全光纤激光振荡器)提出了一种新的全光纤激光振荡器方案，其使用的增益光纤纤芯尺寸沿着光纤长度方向先增大后减小，内包层尺寸沿着光纤长度方向恒定不变，能够达到同时抑制模式不稳定与受激拉曼散射的效果。但该专利中的增益光纤在直径渐变的区域以及大直径区域芯包比显著增大，因为泵浦吸收系数与光纤芯包比的平方成正比，所以变化的芯包比使得增益光纤的吸收系数可测性、可实施性较差；同时，芯包比改变的增益光纤无法用常规的预制棒拉制出来，其生产过程需要在预制棒的制作上做出改变，生产难度大。

发明内容