[发明专利]一种晶体光纤泵浦光耦合系统、方法及其应用

说明书

本发明公开了一种晶体光纤的泵浦光耦合系统、方法及其应用，包括无包层晶体光纤、设置于所述晶体光纤一侧的泵浦光发射组件和设置在所述晶体光纤的另一侧的泵浦光回收组件，采用侧面泵浦及双程增益的泵浦方式，克服了目前工艺上无法一次性制备双包层晶体光纤，限制晶体光纤有效泵浦的问题。

技术领域

本发明属于晶体光纤技术领域，更具体地，涉及一种基于无包层晶体光纤的泵浦光耦合技术及其应用。

背景技术

晶体光纤，是介于传统固体激光器所用的块体晶体与光纤激光器所用的玻璃光纤之间的新型增益介质，是将晶体材料制备成为纤维状的单晶体，直径在几十微米到2毫米之间。它继承了单晶材料的理化性质、光学性能和光纤材料的形态特征，具有热导率高、散热效率高、非线性增益系数小等优势，这使得以晶体光纤为工作介质的激光器件可以兼具固体激光器的高峰值功率与光纤激光器的高平均功率；同时，晶体光纤具有稀土离子掺杂浓度高、传光性好、耐高温等优点，这使得晶体光纤具备应用在更高功率光纤激光器上的潜力。

但是，晶体光纤是一种一维功能的晶体材料，至今还没有成功制备出同时具有晶体纤芯和包层的晶体光纤，使其既不能如传统玻璃光纤在光纤外部同时制备有与纤芯具有折射率差值的二氧化硅包层以获得高效光波导，也不能像晶体棒具有大尺寸直径可以在外表面键合非吸收包层材料，通过通过包层面的多次反射提升单程增益。

因此，如何将泵浦光高效，充分地耦合进没有包层的晶体光纤，特别是小芯径晶体光纤内，是晶体光纤器走出实验室实现商业化亟需解决的重大难点。

发明内容

本本发明鉴于上述情况而提出，其目的在于：提供一种晶体光纤泵浦光耦合系统、方法及其激光器，通过将泵浦光分成多路，降低单路泵浦功率，并进行双程增益，以增强晶体光纤对泵浦光的吸收，解决了目前晶体光纤无法拉制晶体包层带来的泵浦光注入困难，无法有效形成光波导的难题。

本发明解决上述问题的技术方案为：

提供一种晶体光纤的泵浦光耦合系统，包括晶体光纤、设置于所述晶体光纤一侧的泵浦光发射组件和相应设置在所述晶体光纤的另一侧的泵浦光回收组件；

所述泵浦光发射组件包括多个半导体激光芯片，用于发射特定波长的多路泵浦光，所述多路泵浦光从所述晶体光纤侧面注入到所述晶体光纤中，在所述晶体光纤中完成一次增益；

所述泵浦光回收组件包括多个整形透镜和多个反射镜，用于回收从所述晶体光纤的另一侧射出的未吸收泵浦光，并将所述未吸收泵浦光从所述晶体光纤端面或侧面再次注入到所述晶体光纤中，在所述晶体光纤中完成二次增益。

在一些实施例中，所述半导体激光芯片和所述反射镜设置的角度可根据所述泵浦光注入所述晶体光纤所需达到的有效增益长度进行调整。

在一些实施例中，所述反射镜包括多个三角反射透镜和至少一双面垂直全反射镜，所述整形透镜和所述三角反射透镜顺次设置于对应的所述半导体激光芯片的出射光路上，且所述多个三角反射透镜与所述双面垂直全反射镜处于同一光路。

在一些实施例中，还包括高低反射组件，所述高低反射组件包括分别设置于所述晶体光纤的两端的凹形低反射镜和凹形全反射镜，所述凹形低反射镜用于将增益光部分反射回所述晶体光纤中，所述凹形全反射镜用于将增益光全部反射回所述晶体光纤内，以实现增益光的充分放大。

在一些实施例中，所述无包层晶体光纤为稀土离子掺杂的小芯径晶体光纤，直径范围8um～500um，所述半导体激光芯片为单管芯片及巴条芯片，输出功率不超过50w。

本发明还提供了一种晶体光纤泵浦光耦合方法，包括步骤：

发射多路低功率泵浦光；

所述多路泵浦光从所述晶体光纤的至少一侧面均匀注入所述晶体光纤中；

注入的所述多路泵浦光被所述晶体光纤吸收，完成一次增益；