CN102891423A

CN102891423A - 集成光纤激光器

Info

Publication number: CN102891423A
Application number: CN2012103628831A
Authority: CN
Inventors: 林学春; 杨盈莹; 于海娟; 韩泽华; 张玲; 孙伟
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2012-09-25
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2032-09-25
Also published as: CN102891423B

Abstract

本发明提供了一种集成光纤激光器，包括：冷却柱，包括呈中空柱形或中空台形的冷却柱主体，该冷却柱主体内部填充冷却液；泵浦模块，设置于冷却柱主体中空部的面上，与电源相连接，用于产生泵浦激光；增益光纤，缠绕于冷却柱主体的外表面上，其通过高反射光纤光栅连接至泵浦模块的输出端，通过低反射光纤光栅连接至集成光纤激光器的输出端，用于将泵浦模块产生的泵浦激光增益输出。该集成光纤激光器充分利用冷却柱的表面，包括内表面和外表面，使高功率光纤激光器能够有效提高散热能力。

Description

集成光纤激光器

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种集成光纤激光器。

背景技术

光纤激光器以其低阈值、高效率、全固化、结构紧凑等优点成为近几年来研究的热点。全光纤激光器从激光的产生到激光的传输，全部在柔软的光纤中进行，从而表现出了众多显著的优越性，在材料加工和处理、工业制造、泵浦、医疗等应用方面，全光纤激光器发挥了越来越大的优势，现在对光纤激光器的需求也向着大功率和小型化、便携性发展。

与传统固体激光器相比，光纤激光器具有很大的表面积与体积比，在功率不高时可有效散热，但是随着输出功率的不断提高，热效应将严重制约着光纤激光器的输出功率和光束质量，因此热效应是高功率光纤激光器必须考虑的因素之一。

光纤激光器内部产生的过高的热量严重影响激光器正常工作，甚至毁坏光纤器件，如由于基质材料热膨胀而引起的应力和折射率变化，光纤包层的热致老化，最后可能会出现炸裂。严重的热效应给小型化高功率光纤激光器带来了困难。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决上述的一个或多个问题，本发明提供了一种集成光纤激光器，以提高高功率光纤激光器的散热能力。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种集成光纤激光器，包括：冷却柱，包括呈中空柱形或中空台形的冷却柱主体，该冷却柱主体内部填充冷却液；泵浦模块，设置于冷却柱主体中空部的面上，与电源相连接，用于产生泵浦激光；增益光纤，缠绕于冷却柱主体的外表面上，其通过高反射光纤光栅连接至泵浦模块的输出端，通过低反射光纤光栅连接至集成光纤激光器的输出端，用于将泵浦模块产生的泵浦激光增益输出。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明集成光纤激光器具有以下有益效果：

(1)采用立体化的方式，整体结构稳定性强；

(2)充分利用冷却柱的表面，包括内表面和外表面，使高功率光纤激光器在拥有小型体积的同时，能够有效提高散热能力；

(3)电路、光路、冷却管集成在一个整体中，保持了模块化设计，同时，热处理和各模块空间分布体现良好的结合，解决内外表面的空间分布、连通问题，和器件排布问题。

附图说明

图1A为根据本发明实施例的集成光纤激光器的立体图；

图1B为图1A所示集成光纤激光器在另一个角度的立体图

图2为图1A所示集成光纤激光器的俯视图；

图3为图1A所示集成光纤激光器的正视图。

【主要元件符号说明】

1、2-激光二极管； 3-高反射光纤光栅；

4-低反射光纤光栅； 5-合束器；

6-支撑脚； 7-冷却液嘴；

8-增益光纤； 9-光纤激光器输出端；

10-冷却柱主体； 11-进冷却液管；

12-出冷却液管； 13-冷却液管。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。

另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。此外，以下实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

图1A为根据本发明实施例的集成光纤激光器的立体图。图1B为图1A所示集成光纤激光器在另一个角度的立体图。请参照图1A和图1B，该立体式集成光纤激光器包括：泵浦模块、高反射光纤光栅3、低反射光纤光栅4、合束器5、冷却液嘴7、增益光纤8、光纤激光器输出端9和冷却柱主体10。

请参照图1A和图1B，冷却柱主体10包括冷却柱主体10和连接于该冷却柱主体的若干的支撑脚6，该冷却柱主体10呈中空柱形或台形，其内部充满冷却液，在其上表面或下表面设置冷却液的进口和出口。

冷却柱主体10的外部为圆柱形，该圆柱形外表面刻有缠绕光纤的凹槽，该凹槽的曲率与光纤的直径相匹配，防止缠绕于其上的增益光纤8滑落。冷却柱主体的材料为铝、铜等导热良好的金属。冷却柱主体也可以呈类圆柱形或台形，例如椭圆形。

冷却柱主体10的中空部具有四个平面，分为两个部分，分别放置泵浦模块和包括合束器5、高反射光纤光栅3、低反射光纤光栅4的光纤器件模块，该泵浦模块和光纤器件模块优选地设置于相对的两个平面上。当然，冷却柱主体的内表面也不限于四个平面，也可为任意个平面，包括弧形曲面。

如图1A和图1B所示，在冷却柱主体10的上、下表面，分别有对称的4个支撑脚6。如图2和图2所示，支撑脚6间的空隙构成内外表面的光纤连接通道，光纤可在内外表面自由穿梭。

图2为图1所示集成光纤激光器冷却柱主体10内表面各部件的布置示意图。以下各器件请参照图2。

泵浦模块设置于冷却柱的内表面，与电源输入的正负极相连接，在电源输入的激励下产生泵浦激光，其可以包括若干个泵浦激光器。如图2所示，泵浦模块包括激光二极管1和激光二极管2，分别连有泵浦模块的电源输入的正负极。当然，LD模块并不仅限于图2所示的2个二极管，其包含1个及以上的激光二极管。

合束器5设置于冷却柱的内表面，其输入端连接于泵浦模块中多个激光二极管的输出端，其输出端通过高反射光纤光栅3连接至将增益光纤8。若干个泵浦激光器产生的多束泵浦激光合束，当然，如果泵浦模块只包括一泵浦激光器时，该合束器5也可以省略；

光纤光栅部分包括：高反射光纤光栅3和其输入输出光纤、低反射光纤光栅4和其输入输出光纤。高反射光纤光栅3，设置于冷却柱主体10的内表面，其输入端连接至合束器5的输出端，将合束后的泵浦激光反射至增益光纤。低反射光纤光栅4，设置于冷却柱主体10的内表面，其输入端连接至增益光纤8的输出端，用于将经过增益的激光输出。

增益光纤8缠绕于冷却柱主体10的外表面的凹槽内，其通过高反射光纤光栅3连接至合束器的输出端，其通过低反射光纤光栅4连接至该立体式集成光纤激光器的输出端。增益光纤8与高反射光纤光栅3、低反射光纤光栅4之间的连接光纤可在冷却柱主体10上下表面的支撑脚6之间的空隙处自由穿梭。

冷却管连接如图3所示，冷却柱主体10上表面共有两个对称的冷却液嘴7，一个为进冷却液嘴，另一个为出冷却液嘴，分别连接有进冷却液管11和出冷却液管12，下表面有对应的两个冷却液嘴并有冷却液管13相连，这样形成一个冷却液流通道，进行冷却柱主体10内部所有的冷却液循环，把光纤激光器工作时内部产生的热量全部带走。当然，冷却液嘴也可在冷却柱上对称位置进行增加。不限于4个。冷却液可以是水以及其他比热容较大的液体，也可以是液氦、液氮等低温液体。

本发明通过内部充满流动的冷却液的冷却柱将光纤激光器各模块高度集成为一体，充分利用三维空间进行热管理，保证高功率光纤激光器在有限的体积内可将热量散出，维持激光器正常稳定运行，实现了高功率全光纤激光器实现高度集成和小型化。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种集成光纤激光器，其特征在于，包括：

冷却柱，包括呈中空柱形或中空台形的冷却柱主体，该冷却柱主体内部填充冷却液；

泵浦模块，设置于所述冷却柱主体中空部的面上，与电源相连接，用于产生泵浦激光；

增益光纤，缠绕于所述冷却柱主体的外表面上，其通过高反射光纤光栅连接至所述泵浦模块的输出端，通过低反射光纤光栅连接至集成光纤激光器的输出端，用于将泵浦模块产生的泵浦激光增益输出。

2.根据权利要求1所述的集成光纤激光器，其特征在于，在所述冷却柱主体的上表面或下表面设置进冷却液嘴和出冷却液嘴。

3.根据权利要求2所述的集成光纤激光器，其特征在于，在冷却柱主体的上表面设置对称的进冷却液嘴和出冷却液嘴，分别连接有进冷却液管和出冷却液管。

4.根据权利要求3所述的集成光纤激光器，其特征在于，在冷却柱主体的下表面设置与所述进冷却液嘴和出冷却液嘴对称的两冷却液嘴，该两冷却液嘴通过冷却液管相连。

5.根据权利要求1所述的集成光纤激光器，其特征在于，所述冷却柱主体的外表面具有凹槽，所述增益光纤缠绕于所述凹槽内。

6.根据权利要求5所述的集成光纤激光器，其特征在于，所述凹槽的曲率与所述增益光纤的直径匹配。

7.根据权利要求1所述的集成光纤激光器，其特征在于，所述冷却柱主体呈中空圆柱形，其材料为导热良好的金属。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的集成光纤激光器，其特征在于，所述泵浦模块包括：两个或两个以上的激光二极管；

该集成光纤激光器还包括：合束器，设置于所述冷却柱主体中空部的面上，其输入端分别连接于泵浦模块中两个或两个以上的激光二极管的输出端，其输出端通过高反射光纤光栅连接至将增益光纤。

9.根据权利要求8所述的集成光纤激光器，其特征在于，冷却柱主体的中空部具有四个平面；

泵浦模块设置于所述四个平面其中之一的第一平面上；

所述合束器、高反射光纤光栅、低反射光纤光栅设置于所述四个平面中与所述第一平面相对的另一个平面上。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的集成光纤激光器，其特征在于，在冷却柱主体的上表面或下表面设置有若干的支撑脚；

所述增益光纤与高反射光纤光栅之间、所述增益光纤与低反射光纤光栅之间均通过连接光纤相连接，该连接光纤通过支撑脚之间的空隙穿梭。

11.根据权利要求1至7中任一项所述的集成光纤激光器，其特征在于，所述冷却柱主体内部填充的冷却液为：水、液氦或液氮。