[发明专利]具有抗纤芯拉曼回光功能的光纤激光器

说明书

本发明公开了一种具有抗纤芯拉曼回光功能的光纤激光器，包括依次连接的指示激光器、第一拉曼隔离单元、光纤振荡器谐振腔、第二拉曼隔离单元和QBH输出光纤，第一拉曼隔离单元包括第一拉曼倾斜光栅，第二拉曼隔离单元包括第二拉曼倾斜光栅，第一拉曼倾斜光栅的长周期端指向光纤振荡器谐振腔的输入光纤，第二拉曼倾斜光栅的长周期端指向光纤振荡器谐振腔的输出光纤。采用本发明设计的光纤激光器，可以实现将外部产生的纤芯拉曼回光在进入光纤振荡器谐振腔之前被滤除，有效的避免纤芯拉曼回光对光纤激光器的损坏，达到保护激光器内部器件和使激光器在加工材料的过程中输出功率稳定的效果，特别适合高反射率材料的工业激光加工。

技术领域

本发明属于激光技术领域，涉及一种光纤激光器，尤其涉及一种具有抗纤芯拉曼回光功能的光纤激光器。

背景技术

光纤激光具有高效率、高光束质量、高紧凑度等优点，被广泛应用于现代高科技工业加工技术中。目前，工业材料加工主要采用高功率多模激光。相比于多模光纤激光，高功率单模光纤激光具有更高的光束质量，在一些需要极高亮度的材料加工应用中，如远程加工、精细加工以及加工高反射率材料(铜，铝等)时具有更大的优势，因此，申请人致力于在该新的领域进行开发研究。

申请人在研究高功率单模光纤激光加工过程中发现，将高功率单模光纤激光用于材料加工面临着新的挑战，即材料表面产生的反射光将从输出端帽进入单模光纤激光器的输出光纤中。这些反射光可以进一步被分为两种成分：(1)进入光纤激光器输出光纤包层中的反射光(以下简称包层回光)；(2)进入输出光纤纤芯中的反射光(以下简称纤芯回光，包括信号光波段纤芯回光以及纤芯拉曼回光)。包层回光可以采用传统的包层光滤除器滤除，因此包层回光对单模光纤激光器的影响较小。信号光波段纤芯回光由于功率远低于输出激光功率，不会影响谐振腔内的激光增益竞争过程，对激光器的影响可以忽略。纤芯拉曼回光在经过QBH输出光纤(即带激光输出端帽的光纤，常规器件，QBH全称quartz bulk head，即激光输出端帽)和光纤激光器谐振腔时，QBH输出光纤和谐振腔内的激光功率会因为受激拉曼散射效应转换为纤芯拉曼回光，导致输出激光功率降低，纤芯拉曼回光功率提升，而过强的纤芯拉曼回光则会导致激光器内部器件损坏。因此，如何避免高功率单模光纤激光器被纤芯拉曼回光损坏，是高功率单模光纤激光用于材料加工的重要挑战。

纤芯拉曼回光由输出激光中的拉曼光经加工材料反射后形成，因此降低输出激光中的拉曼光功率则可以有效抑制纤芯拉曼回光。虽然在现有技术中，公开号为CN109217098A的中国专利文献给出了一种抑制高功率光纤振荡器中受激拉曼散射效应的方法，其特点是在光纤振荡器的谐振腔内部加入拉曼光倾斜光栅，滤除光纤振荡器内部产生的拉曼光，减少振荡器内产生的拉曼光，进而减少在输出激光中的拉曼光。但是，该专利文献给出的技术仅适用不需要长距离QBH输出光纤的应用场景中，如定向能武器系统(激光作用于远距离目标，回光可以忽略)，却不适用于需要长距离QBH输出光纤的高功率激光工业加工中。这是由于配备长距离QBH输出光纤的高功率单模工业激光器的输出激光中的拉曼光有两方面来源，一是来自光纤振荡器、二是来自QBH输出光纤。前者是由于高功率光纤振荡器腔内信号光功率超过受激拉曼散射效应阈值而产生的拉曼激光，后者则是高功率激光在QBH传输光纤中长距离传输而触发受激拉曼散射效应，输出激光转换为拉曼光所致。因此，专利文献CN109217098A中的技术不能减少QBH输出光纤中产生的拉曼光，而这部分拉曼光同样可以通过材料端面反射，转换为纤芯拉曼回光，返回至高功率光纤激光器内部，进而导致激光器内部器件损坏。