[实用新型]一种高功率单模光纤激光器

说明书

本发明公开了一种高功率单模光纤激光器，包括振荡器和放大器两种结构，其中振荡器结构组成包括前向泵浦模块(1)、高反射率光纤光栅(2)、低掺杂大模场低数值孔径增益光纤(3)、低反射率光纤光栅(4)、后向泵浦模块(5)和激光输出模块(6)。放大器结构组成包括种子源(7)、前向泵浦模块(1)、低掺杂大模场低数值孔径增益光纤(3)、后向泵浦模块(5)、激光输出模块(6)。其中，低掺杂大模场低数值孔径增益光纤是在最大吸收系数波长处的吸收系数较低、纤芯模场直径较大、数值孔径较小的掺稀土离子光纤。本发明同时抑制模式不稳定效应和受激拉曼散射效应，并且具有更低的光子暗化效果。

技术领域

本实用新型属于高功率光纤激光技术领域，涉及一种高功率单模光纤激光器的新方案。

背景技术

高功率单模光纤激光是工业加工应用的重要光源，当前，高亮度单路功率提升主要受限于横向模式不稳定效应(TMI)和受激拉曼散射效应(SRS)。TMI的出现会降低光束质量、限制功率提升甚至威胁激光器安全；而SRS的出现一方面会诱发TMI的产生，另一方面会降低系统效率、光谱纯度和光束质量。传统观念认为增加光纤吸收系数可以缩短增益光纤长度从而可以降低非线性效应的影响。但是对于高功率光纤激光器，TMI效应的阈值通常更低，首先发生的是TMI效应而不是非线性效应，因此继续沿用传统增益光纤搭建高功率光纤激光器，无法获得高光束质量的激光输出。同时由于高吸收还会带来光子暗化等问题，降低光纤的长时间可靠性。理论研究认为TMI主要来源于热负载引起的模式耦合，因此降低热负载有利于抑制TMI。为了有效抑制TMI效应，有研究人员采用低吸收系数波长的半导体泵浦源进行泵浦，从而降低单位长度上的产热，但是该方法为了获得足够的吸收又必须增加光纤长度，从而增强了非线性效应，因此传统高功率单模光纤激光器功率提升的矛盾非常尖锐。

实用新型内容

本实用新型提供一种高功率单模光纤激光器，所述单模光纤激光器至少包括：前向泵浦模块(1)，低掺杂大模场低数值孔径增益光纤(3)、后向泵浦模块(5)和激光输出模块(6)；其中前向泵浦模块(1)和后向泵浦模块(5)均包括光输出光纤和输入端光纤，前向泵浦模块(1)的光输出光纤与低掺杂大模场低数值孔径增益光纤(3)的一端通过光纤熔接连接成一体；后向泵浦模块(5)光输出光纤与低掺杂大模场低数值孔径增益光纤(3)的另一端连接通过光纤熔接连接成一体，后向泵浦模块(5)的输入端光纤和激光输出模块(6)通过光纤熔接连接成一体；所述低掺杂大模场低数值孔径增益光纤(3)为掺单一稀土离子的石英玻璃光纤，所述低掺杂大模场低数值孔径增益光纤(3)在泵浦吸收最强波长处的包层吸收系数为0.3dB/m-0.8dB/m，纤芯直径为25μm-50μm，包层直径为400μm-1000μm，纤芯数值孔径为0.03-0.055。。

进一步的，所述的稀土离子包括镱离子、铒离子、铥离子、钬离子。

进一步的，所述的单模光纤激光器能够用于激光振荡器，当用作激光振荡器时，分别在前向泵浦模块(1)与低掺杂大模场低数值孔径增益光纤(3)之间的光纤上插入高反射率光纤光栅(2)；在低掺杂大模场低数值孔径增益光纤(3)和后向泵浦模块(5)之间插入低反射率光纤光栅(4)。

进一步的，所述高反射率光纤光栅(2)的中心波长对应低掺杂大模场低数值孔径增益光纤增益最大的波长范围，所述高反射率光纤光栅(2)的反射率为99％，反射带宽为1nm-3nm，光纤纤芯、包层直径和数值孔径参数与低掺杂大模场低数值孔径增益光纤(3)相同，所述低反射率光纤光栅(4)的中心波长与高反射率光纤光栅(1)中心波长相同；低反射率光纤光栅的反射率为15％-5％，反射带宽为0.1nm-2nm，光纤纤芯、包层直径和数值孔径参数与低掺杂大模场低数值孔径增益光纤(3)相同，所述两种光纤光栅通过光纤熔接分别与低掺杂大模场低数值孔径增益光纤(3)和前向泵浦模块(1)或后向泵浦模块(5)连接。

进一步的，所述低反射率光纤光栅(4)和高反射率光纤光栅(1)中心波长的范围为1060nm-1090nm。