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光纖激光泵浦耦合器.pdf

關 鍵 詞:
光纖 激光 耦合器
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摘要
申請專利號:

CN201210507719.5

申請日:

2012.11.30

公開號:

CN102946045B

公開日:

2015.01.14

當前法律狀態:

有效性:

法律詳情: 專利權的轉移IPC(主分類):H01S 3/098登記生效日:20180428變更事項:專利權人變更前權利人:清華大學變更后權利人:北京同方華光系統科技有限公司變更事項:地址變更前權利人:100084 北京市海淀區100084-82信箱變更后權利人:102200 北京市昌平區雙營西路79號院中科云谷園32號樓|||授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H01S 3/098申請日:20121130|||公開
IPC分類號: H01S3/098; H01S3/094 主分類號: H01S3/098
申請人: 清華大學
發明人: 肖起榕; 鞏馬理; 閆平; 張海濤
地址: 100084 北京市海淀區100084-82信箱
優先權:
專利代理機構: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201 代理人: 張大威
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201210507719.5

授權公告號:

|||102946045B||||||

法律狀態公告日:

2018.05.18|||2015.01.14|||2013.03.27|||2013.02.27

法律狀態類型:

專利申請權、專利權的轉移|||授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提出了一種具有選模功能的光纖激光泵浦耦合器,由至少一根泵浦光纖和微彎曲的主光纖組成,其中,泵浦光纖貼合到微彎曲主光纖側面,泵浦光纖中傳輸的泵浦光通過貼合耦合區高效耦合進入主光纖。主光纖傳輸的信號光通過微彎曲光纖后,基模保持高效傳輸,而高階模式發生泄漏,并有部分高階模式將轉換為基模光,使整個耦合器對信號光傳輸起到激光傳輸模式選擇功能。此耦合器在不影響泵浦激光耦合效率的情況下,能選擇光波中高光束質量的模式高效透過,而光束質量較差的激光模式有效阻止,提高了光纖中基模的傳輸效果,可將此耦合器其應用于大模場光纖的光纖激光器中,將會直接提高光纖激光器的光束質量。

權利要求書

權利要求書一種光纖激光泵浦耦合器,其特征在于,包括:
多模的泵浦光纖;以及
微彎曲的主光纖,
其中,所述泵浦光纖貼合到所述主光纖的側面,所述泵浦光纖中傳輸的泵浦光通過貼合耦合區高效耦合進入所述主光纖,所述主光纖傳輸的信號光通過微彎曲光纖后,基模保持高效傳輸,而高階模式發生泄漏,并有部分高階模式將轉換為基模光,使整個耦合器對信號光傳輸起到激光傳輸模式選擇功能。
根據權利要求2所述的光纖激光泵浦耦合器,其特征在于,所述泵浦光纖與主光纖通過膠粘、激光焊接、超聲熔接、熱熔接或壓力密合的方式緊密貼合。
根據權利要求1和2所述的光纖激光泵浦耦合器,其特征在于,所述泵浦光纖為純纖芯無包層光纖或石英包層光纖。
根據權利要求1?3所述的光纖激光泵浦耦合器,其特征在于,所述泵浦光纖為直光纖或錐形光纖。
根據權利要求1所述的光纖激光泵浦耦合器,其特征在于,所述主光纖在耦合區處呈微彎曲結構,彎曲的離軸偏差為H小于主光纖直徑。
根據權利要求1所述的光纖激光泵浦耦合器,其特征在于,所述主光纖在耦合區處呈微彎曲結構,彎曲的軸向距離W為1mm~50mm。
根據權利要求1所述的光纖激光泵浦耦合器,其特征在于,所述主光纖為保偏光纖或非保偏光纖。

說明書

說明書光纖激光泵浦耦合器
技術領域
本發明屬于激光技術領域,具體涉及一種具有選模功能的光纖激光泵浦耦合器。
背景技術
光纖激光器以光束質量好、轉換效率高、體積小、重量輕和熱管理簡單等優點成為現代激光領域的研究熱點之一。為實現更高的輸出功率和能量,光纖激光器需要突破的關鍵技術主要有大模場光纖模式控制和高效抽運耦合技術等。
大模場光纖由于纖芯較大,且光纖的歸一化頻率V>2.405,能夠容納多個激光模式傳輸和放大,容易激發高階模式,使光纖激光光束質量下降。所以如何在大模場光纖激光器中獲得高光束質量輸出一直是個難題。國內外研究人員采用各種選模方法來提高基模輸出的比例。這些選模方法包括彎曲選模(Koplow JP,Kliner DAV,Goldberg L.Single?mode operation of a coiled multimode fiber amplifier.Opt.Lett.,2000,25:442?444.),光錐選模(Alvarez?Chavez JA,Grudinin A B,Nilsson J,et al.Mode selection in high power cladding pumped fibre lasers with tapered section.Lasers and Electro?Optics,1999.CLEO'99.),增益控制選模(Jens L,Zellmer H,Tunnermann A,et al.Suppression of higher order modes in a multimode fiber amplifier using efficient gain?loss?management.Advanced Solid?State Lasers:Optical Society of America,2002.)和腔鏡選模等,通過外加因素干預的方式來改變光纖中各階模式在競爭中的能力來達到選模的目的,但是這些放大均較為復雜。
現在大功率光纖激光器、光纖放大器主要采用的是雙包層摻雜光纖,與半導體抽運激光器的發出的多模抽運光束的發散角相比,內包層直徑小,因此如何把抽運光高效地耦合到雙包層光纖的內包層是獲得高功率光纖激光輸出的核心技術。研究者提出了多種方案,包括:熔融拉錐端面泵浦耦合技術、GT?wave技術、貼合棱鏡側面泵浦耦合、V形槽側面泵浦耦合、泵浦光纖角度拋磨側面耦合、衍射光柵側面耦合、錐形石英管側面耦合和嵌入反射鏡側面耦合等。然而,現有光纖耦合技術僅能實現單一功能——泵浦激光耦合。
如果將大模場光纖的模式控制和泵浦耦合功能集合成一體,將有效降低高光束質量輸出的大模場光纖激光器系統復雜度,并使系統更加緊湊和穩定。
發明內容
本發明旨在至少在一定程度上解決上述技術問題之一或至少提供一種有用的商業選擇。為此,本發明的一個目的在于提出一種具有
根據本發明實施例的光纖激光泵浦耦合器,包括:多模的泵浦光纖;以及微彎曲的主光纖,其中,所述泵浦光纖貼合到所述主光纖的側面,所述泵浦光纖中傳輸的泵浦光通過貼合耦合區高效耦合進入所述主光纖,所述主光纖傳輸的信號光通過微彎曲光纖后,基模保持高效傳輸,而高階模式發生泄漏,并有部分高階模式將轉換為基模光,使整個耦合器對信號光傳輸起到激光傳輸模式選擇功能。
在本發明的一個實施例中,所述泵浦光纖與主光纖通過膠粘、激光焊接、超聲熔接、熱熔接或壓力密合的方式緊密貼合。
在本發明的一個實施例中,所述泵浦光纖為純纖芯無包層光纖或石英包層光纖。
在本發明的一個實施例中,所述泵浦光纖為直光纖或錐形光纖。
在本發明的一個實施例中,所述主光纖在耦合區處呈微彎曲結構,彎曲的離軸偏差為H小于主光纖直徑。
在本發明的一個實施例中,所述主光纖在耦合區處呈微彎曲結構,彎曲的軸向距離W為1mm~50mm。
在本發明的一個實施例中,所述主光纖為保偏光纖或非保偏光纖。本發明采用泵浦光纖直接與微彎曲的主光纖側面緊密貼合的方式,可實現泵浦光從泵浦光纖到主光纖的高效耦合。由于主光纖為微彎曲的光纖,光波通過微彎曲光纖使高階模式大部分從纖芯漏出,且有一部分將轉換為基模激光,對于光纖中的模式選擇具備一定的功能和效果。此耦合器在不影響泵浦激光耦合效率的情況下,能選擇光波中高光束質量的模式高效透過,而光束質量較差的激光模式有效阻止,提高了光纖中基模的傳輸效果。可將此耦合器其應用于大模場光纖的光纖激光器中,將會直接提高光纖激光器的光束質量。
本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出,部分將從下面的描述中變得明顯,或通過本發明的實踐了解到。
附圖說明
本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解,其中:
圖1為本發明的結構原理圖;
圖2為耦合器模式選擇的理論計算結果
圖3為本發明采用無源大模場光纖作為微彎曲光纖的實施例;
圖4為本發明采用保偏光纖作為微彎曲光纖的實施例;
圖5為本發明應用于高功率光纖激光振蕩器實施例;
圖6為本發明應用于高功率光纖激光放大器實施例。
圖中,1表示泵浦光纖,2表示微彎曲的主光纖,3表示主光纖微彎曲部分,4表示泵浦耦合部分,5表示泵浦源,6表示本發明的耦合器,7表示增益光纖,8表示高反射率光纖光柵,9表示熔接點,10表示低反射率光纖光柵,11表示輸出耦合,12表示激光種子源。
具體實施方式
下面詳細描述本發明的實施例,所述實施例的示例在附圖中示出,其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的,旨在用于解釋本發明,而不能理解為對本發明的限制。
在本發明的描述中,需要理解的是,術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內”、“外”、“順時針”、“逆時針”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系,僅是為了便于描述本發明和簡化描述,而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作,因此不能理解為對本發明的限制。
此外,術語“第一”、“第二”僅用于描述目的,而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發明的描述中,“多個”的含義是兩個或兩個以上,除非另有明確具體的限定。
在本發明中,除非另有明確的規定和限定,術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解,例如,可以是固定連接,也可以是可拆卸連接,或一體地連接;可以是機械連接,也可以是電連接;可以是直接相連,也可以通過中間媒介間接相連,可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言,可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
在本發明中,除非另有明確的規定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接觸,也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。
根據本發明實施例的光纖激光泵浦耦合器,包括:多模的泵浦光纖;以及微彎曲的主光纖,其中,泵浦光纖貼合到主光纖的側面,泵浦光纖中傳輸的泵浦光通過貼合耦合區高效耦合進入主光纖,主光纖傳輸的信號光通過微彎曲光纖后,基模保持高效傳輸,而高階模式發生泄漏,并有部分高階模式將轉換為基模光,使整個耦合器對信號光傳輸起到激光傳輸模式選擇功能。
在本發明的一個實施例中,泵浦光纖與主光纖通過膠粘、激光焊接、超聲熔接、熱熔接或壓力密合的方式緊密貼合。
在本發明的一個實施例中,泵浦光纖為純纖芯無包層光纖或石英包層光纖。
在本發明的一個實施例中,泵浦光纖為直光纖或錐形光纖。
在本發明的一個實施例中,主光纖在耦合區處呈微彎曲結構,彎曲的離軸偏差為H小于主光纖直徑。
在本發明的一個實施例中,主光纖在耦合區處呈微彎曲結構,彎曲的軸向距離W為1mm~50mm。
在本發明的一個實施例中,主光纖為保偏光纖或非保偏光纖。本發明采用泵浦光纖直接與微彎曲的主光纖側面緊密貼合的方式,可實現泵浦光從泵浦光纖到主光纖的高效耦合。由于主光纖為微彎曲的光纖,光波通過微彎曲光纖使高階模式大部分從纖芯漏出,且有一部分將轉換為基模激光,對于光纖中的模式選擇具備一定的功能和效果。此耦合器在不影響泵浦激光耦合效率的情況下,能選擇光波中高光束質量的模式高效透過,而光束質量較差的激光模式有效阻止,提高了光纖中基模的傳輸效果。可將此耦合器其應用于大模場光纖的光纖激光器中,將會直接提高光纖激光器的光束質量。
為使本領域技術人員更好地理解本發明,下面結合附圖及實施例對本發明進行詳細說明如下。
實施例1:
如圖3所示,本例是采用雙包層大模場光纖作為微彎曲的主光纖2的實施例。主光纖為無源雙包層光纖,纖芯直徑為20um,纖芯數值孔徑0.06,內包層直徑為250um,數值孔徑為0.46。主光纖微彎曲的離軸偏差為80um,彎曲的軸向距離為10mm。泵浦光纖為多模光纖,纖芯/包層直徑為105/125um,纖芯數值孔徑為0.15。采用火焰加熱熔融拉錐的方法將泵浦光纖1拉錐成錐形。然后,將錐形泵浦光纖1與無源雙包層微彎曲主光纖的彎曲部分3的側面以熱熔接的方式貼合到一起,形成泵浦耦合器。
實施例2:
如圖4所示,本例是采用雙包層保偏大模場光纖作為微彎曲的主光纖2的實施例。主光纖為雙包層保偏大模場光纖,纖芯直徑為20um,纖芯數值孔徑0.06,內包層直徑為400um,數值孔徑為0.46。主光纖微彎曲的離軸偏差為100um,彎曲的軸向距離為20mm。泵浦光纖為多模光纖,纖芯/包層直徑為400/440um,纖芯數值孔徑為0.22。采用火焰加熱熔融拉錐的方法將泵浦光纖1拉錐成錐形。然后,將錐形泵浦光纖與雙包層保偏大模場微彎曲主光纖的彎曲部分3側面以激光熔接的方式貼合成一體,形成泵浦耦合器。
實施例3:
如圖5所示,本例是將本發明的具有選模功能的光纖激光泵浦耦合器應用于光纖激光振蕩器的實施例。此光纖激光振蕩器由泵浦源,本發明的光纖耦合器,光纖光柵對(一個高反光柵和一個低反光纖),大模場增益光纖和輸出耦合組成。其中本發明的具有選模功能的光纖激光泵浦耦合器在光纖激光器的諧振腔內部,具有兩個應用效果:一是將泵浦激光高效耦合進入增益光纖;二是起到腔內模式選擇效果,使高光束質量的低階模式高效諧振而抑制光束質量較差的高階模式諧振,從而實現高光束質量光纖激光諧振輸出。
實施例4:
如圖6所示,本例是將本發明的具有選模功能的光纖激光泵浦耦合器應用于光纖激光放大器的實施例。此光纖激光放大器由泵浦源,本發明的光纖耦合器,激光種子源,大模場增益光纖和輸出耦合組成。其中本發明的具有選模功能的光纖激光泵浦耦合器安置于種子源和增益光纖之間,具有兩個應用效果:一是將泵浦激光高效耦合進入增益光纖;二是對種子源輸出的激光起到模式選擇效果,使高光束質量的低階模式高效耦合進入放大級,而抑制光束質量較差的高階模式進入放大級,從而實現高光束質量光纖激光放大輸出。
在本說明書的描述中,參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中,對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且,描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
盡管上面已經示出和描述了本發明的實施例,可以理解的是,上述實施例是示例性的,不能理解為對本發明的限制,本領域的普通技術人員在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下在本發明的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。

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