一种高功率单腔单模全光纤激光器的制作方法

专利检索2026-08-06  7


本技术涉及光纤激光器,尤其涉及一种高功率单腔单模全光纤激光器。


背景技术:

1、随着激光技术的快速发展,激光加工对激光的光束质量、功率提出了新要求。其中,激光的光束质量影响光束能量聚集,以此影响加工效率和精度,高功率、高光束质量的激光能实现更强的加工能力。评估光束质量常用m2,m2=1时为单模激光理想状态,m2越大,则光束质量越差。但在光纤激光器制作中,将光束质量、功率提高到一定程度后,散热与非线性效应会逐渐展现影响,导致功率提高不上去,乃至器件损伤。高功率单腔单模全光纤激光器是指使用单谐振腔、全光纤器件实现高功率的单模激光输出的激光器,使热与非线性影响可控,激光器稳定工作。

2、在实现高功率单模输出中,主要实现方式为mopa放大,即采用质量较好的种子光,通过多级放大实现,放大过程中需设计各级泵浦控制逻辑,以避免泵浦源等器件损伤。这一方式需在电路控制逻辑、光放大逻辑、保持光束质量等方面处理完善,需要在每级放大中都设计好光、电逻辑并保持光束质量,其优点是输出光可受到种子光控制,缺点是光、电系统复杂,成本也较高。

3、另外,还有一般的高功率单腔输出激光器常采用纤芯、包层都较大的光纤来实现,市场中已有以20/400光纤为主的高功率激光器,但其光束质量m2一般>1.2,在部分精细加工中依然不够均匀。

4、为此,本申请人经过有益的探索和研究,找到了解决上述问题的方法,下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。


技术实现思路

1、本实用新型所要解决的技术问题在于:针对现有技术的不足而提供一种降低系统复杂度、提高光束质量、提高出光功率和信号功率的高功率单腔单模全光纤激光器。

2、本实用新型所要解决的技术问题可以采用如下技术方案来实现:

3、一种高功率单腔单模全光纤激光器,包括沿光路方向依次连接的正向合束器、第一光栅、有源光纤、第二光栅、反向合束器、包层光剥除器以及qbh输出端模块;还包括至少一第一半导体泵浦激光器和至少一第二半导体泵浦激光器,每一第一半导体泵浦激光器的泵浦输出端分别与所述正向合束器对应的泵浦端连接,每一第二半导体泵浦激光器的泵浦输出端分别与所述反向合束器对应的泵浦端连接。

4、在本实用新型的一个优选实施例中,所述第一半导体泵浦激光器和/或第二半导体泵浦激光器采用976nm的135/155um光纤输出,其输出功率≥400w,其纤芯na≤0.175。

5、在本实用新型的一个优选实施例中,所述第一半导体泵浦激光器的数量与第二半导体泵浦激光器的数量不相等。

6、在本实用新型的一个优选实施例中,所述第一半导体泵浦激光器的数量为四个,所述第二半导体泵浦激光器的数量为六个。

7、在本实用新型的一个优选实施例中,所述正向合束器采用端泵方式制作,其单臂采用135/155um光纤,其纤芯、包层na分别为0.22/0.46,单臂承载力≥400w,信号光纤规格为14/250um无源光纤,其对信号光的承载能力>1kw。

8、在本实用新型的一个优选实施例中,所述正向合束器和/或反向合束器的底面涂覆有导热硅脂。

9、在本实用新型的一个优选实施例中,所述第一光栅为高反射率光栅,其对信号光的耐受能力大于等于预期信号功率,其对信号光的反射率≥99.5%,其信号光纤规格为14/250um无源光纤。

10、在本实用新型的一个优选实施例中,所述第二光栅为低反射率光栅,其对信号光的耐受能力大于等于预期信号功率,其对信号光的反射率为10±2%,其信号光纤规格为14/250um无源光纤。

11、在本实用新型的一个优选实施例中,所述有源光纤的规格为14/250um有源光纤,其吸收率0.5~0.65db/m@915nm,其总和吸收率>30db,其芯径范围在12~15um。

12、在本实用新型的一个优选实施例中,还包括设置在所述包层光剥除器与qbh输出端模块之间的倾斜光栅。

13、由于采用了如上技术方案,本实用新型的有益效果在于:

14、1.本实用新型采用单谐振腔输出方式,获得高功率单模输出,与现有的mopa方式相比,光电系统大为简化,有效地降低系统复杂度;同时,采用小芯径光纤(12~15um)提高光束质量,m2<1.15,达成单模输出;

15、2.本实用新型的有源光纤吸收率0.5~0.65db/m@915nm,以保障散热、tmi阈值、拉曼间达成平衡,实现更高的出光功率;

16、3.本实用新型采用不对称方式接入半导体泵浦源,避开tmi阈值,提高了信号功率。



技术特征:

1.一种高功率单腔单模全光纤激光器,其特征在于,包括沿光路方向依次连接的正向合束器、第一光栅、有源光纤、第二光栅、反向合束器、包层光剥除器以及qbh输出端模块;还包括至少一第一半导体泵浦激光器和至少一第二半导体泵浦激光器,每一第一半导体泵浦激光器的泵浦输出端分别与所述正向合束器对应的泵浦端连接,每一第二半导体泵浦激光器的泵浦输出端分别与所述反向合束器对应的泵浦端连接。

2.如权利要求1所述的高功率单腔单模全光纤激光器,其特征在于,所述第一半导体泵浦激光器和/或第二半导体泵浦激光器采用976nm的135/155um光纤输出,其输出功率≥400w,其纤芯na≤0.175。

3.如权利要求1所述的高功率单腔单模全光纤激光器,其特征在于,所述第一半导体泵浦激光器的数量与第二半导体泵浦激光器的数量不相等。

4.如权利要求3所述的高功率单腔单模全光纤激光器,其特征在于,所述第一半导体泵浦激光器的数量为四个,所述第二半导体泵浦激光器的数量为六个。

5.如权利要求1所述的高功率单腔单模全光纤激光器,其特征在于,所述正向合束器采用端泵方式制作,其单臂采用135/155um光纤,其纤芯、包层na分别为0.22/0.46,单臂承载力≥400w,信号光纤规格为14/250um无源光纤,其对信号光的承载能力>1kw。

6.如权利要求1所述的高功率单腔单模全光纤激光器,其特征在于,所述正向合束器和/或反向合束器的底面涂覆有导热硅脂。

7.如权利要求1所述的高功率单腔单模全光纤激光器,其特征在于,所述第一光栅为高反射率光栅,其对信号光的耐受能力大于等于预期信号功率,其对信号光的反射率≥99.5%,其信号光纤规格为14/250um无源光纤。

8.如权利要求1所述的高功率单腔单模全光纤激光器,其特征在于,所述第二光栅为低反射率光栅,其对信号光的耐受能力大于等于预期信号功率,其对信号光的反射率为10±2%,其信号光纤规格为14/250um无源光纤。

9.如权利要求1所述的高功率单腔单模全光纤激光器,其特征在于,所述有源光纤的规格为14/250um有源光纤,其吸收率0.5~0.65db/m@915nm,其总和吸收率>30db,其芯径范围在12~15um。

10.如权利要求1至9中任一项所述的高功率单腔单模全光纤激光器,其特征在于,还包括设置在所述包层光剥除器与qbh输出端模块之间的倾斜光栅。


技术总结
本技术公开的一种高功率单腔单模全光纤激光器,包括沿光路方向依次连接的正向合束器、第一光栅、有源光纤、第二光栅、反向合束器、包层光剥除器以及QBH输出端模块;还包括至少一第一半导体泵浦激光器和至少一第二半导体泵浦激光器,每一第一半导体泵浦激光器的泵浦输出端分别与所述正向合束器对应的泵浦端连接,每一第二半导体泵浦激光器的泵浦输出端分别与所述反向合束器对应的泵浦端连接。本技术采用单谐振腔输出方式,获得高功率单模输出,与现有的mopa方式相比,光电系统大为简化,有效地降低系统复杂度,提高光束质量。

技术研发人员:李柳江,杨松,张先明,刘进辉,丁建武
受保护的技术使用者:光惠(上海)激光科技有限公司
技术研发日:20230808
技术公布日:2024/5/29
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