CN103280690B - 实现连续光和脉冲光输出的光纤激光器 - Google Patents

Abstract

一种实现连续光和脉冲光输出的光纤激光器，其包括：一带反馈端的传输光纤；一法兰盘，其一端与传输光纤连接；一增益光纤，其一端与法兰盘的另一端连接；一光纤光栅，其输入端与增益光纤的另一端连接；一波分复用器，其C端与光纤光栅的输出端连接，该波分复用器的R端为输出端；一半导体激光器，其输出端与波分复用器的P端连接。本发明的实现连续光和脉冲光输出的光纤激光器集成度高，免维护，易于实现产业化。

Description

实现连续光和脉冲光输出的光纤激光器

技术领域

本发明属于激光领域，尤其涉及一种实现连续光和脉冲光输出的光纤激光器。

背景技术

连续波光纤激光器具有转换效率高，光束质量好等点而广泛应用于加工、切割、打标、焊接等领域。在光纤激光领域，锁模是目前最常用的获得脉冲输出的方法之一，脉冲光纤激光器具有光束质量好，结构紧凑，输出脉宽窄峰值功率高，无须外加水冷装置等优点。被广泛应用于通信、医疗、机械微加工等领域。但是针对加工要求不同，一般机械加工需要连续波激光器即可，精密加工选用脉冲激光器效果更好，但是一般光纤激光器只有一种工作模式，即单一的连续光或脉冲光输出。同时具备多种工作模式的激光器所见不多，文献(Mode-lock，Q-switchandCWoperationofanYb-dopeddouble-cladfiberringlaser.OpticsCommunications.Vol.198(1-3)，pp：141-146.2001)中通过旋转二分之一波片实现锁模、调Q脉冲光和连续光之间转换。该激光器是基于双包层光纤和波片的空间结构，采用光纤V型口泵浦耦合，技术难度大，很难实现产业化推广，且脉冲调制存在不稳定性，不利于激光器连续工作的需求。

本发明提出一种仅需更换反馈器件的方法，可以实现稳定的连续光和脉冲光之间的转换输出。该全光纤结构的连续和脉冲激光器具有线宽窄、可靠性高，光光转换效率高，易于维护，结构紧凑体积小，可以实现商业化生产等优点而具有广阔的应用空间。

发明内容：

本发明的目的是为了解决技术背景中存在的问题，提供一种实现连续光和脉冲光输出的光纤激光器，其可以根据不同应用需求而提供连续光或脉冲光的输出。本发明具有结构紧凑，光束质量好，可靠性高，易于集成，免维护，可实现商业化生产。

本发明提供一种实现连续光和脉冲光输出的光纤激光器，其包括：

一带反馈端的传输光纤；

一法兰盘，其一端与传输光纤连接；

一增益光纤，其一端与法兰盘的另一端连接；

一光纤光栅，其输入端与增益光纤的另一端连接；

一波分复用器，其C端与光纤光栅的输出端连接，该波分复用器的R端为输出端；

一半导体激光器，其输出端与波分复用器的P端连接。

本发明的有益效果是选用结构紧凑的至强腔光纤激光器，在光纤激光器提供反馈的一段，仅需手动更换一下端面镀膜的传输光纤101或尾纤封装SESAM(半导体可饱和吸收镜)的传输光纤102，即可实现连续光和脉冲光之间的转换，比技术背景中的文献报道的方式易于实现，同时拓展了一台激光器的用途。同时本发明的激光器集成度高，免维护，易于实现产业化。

附图说明

为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的一实施例图；

图3为图1的另一实施例图；

图4为图3中输出的锁模脉冲序列图谱；

图5为图1输出1064nm激光光谱图。

具体实施方式

请参阅图1、图2和图3所示，本发明一种实现连续光和脉冲光输出的光纤激光器，其包括：

一带反馈端的传输光纤10，该带反馈端的传输光纤10为端面镀膜的传输光纤101(参阅图2)或尾纤封装SESAM(半导体可饱和吸收镜)的传输光纤102(参阅图3)，所述端面镀膜传输光纤所镀膜的反射中心波长为1064nm，反射率大于99.3％，所述的SESAM传输光纤中的SESAM调制中心波长为1064nm，反射率为85％，弛豫时间1ps，调制深度大于10％，饱和通量32μJ/cm²，损伤阈值2.5mJ/cm²，带反馈端传输光纤10的另外一端封装FC接头，并且光纤端面经过0°角精细研磨；一法兰盘20，其一端与传输光纤10连接，法兰盘链接两FC接头的损耗0.1dB；一增益光纤30，其一端与法兰盘20的另一端连接，所述增益光纤30为高掺镱光纤，对976nm泵浦光的吸收为1200dB/m，光纤长度为25cm，纤芯直径为6um，包层直径为125um；一光纤光栅40，其输入端与增益光纤30的另一端连接，输出端接波分复用器的的C端，所述光纤光栅40的中心波长为1064nm，3dB带宽为0.2nm，反射率为20％，边摸抑制比11dB；一波分复用器50，其C端与光纤光栅40的输出端连接，该波分复用器50的R端为输出端，所述的波分复用器50的工作波长为980/1060nm；一半导体激光器60，其输出端与波分复用器50的P端连接，所述的半导体激光器60的中心波长为976nm，半波全宽为0.5nm，输出最高功率为600mW。

本发明的连续光输出的光纤激光器结构参见图2，本发明的脉冲光输出的光纤结构参见图3，两个光纤激光器之间仅需更换带反馈端的传输光纤10即可，易于手动操作，无须熔接，可以多次重复。

针对连续光输出，参见图2，将一端端面镀有1064nm高反膜反馈端传输光纤101通过法兰盘20与增益光纤30链接，镀膜端面与光纤光栅40形成一个1064nm的激光谐振腔，通过光纤光栅40提供反馈与输出。用波分复用器50将泵浦光引入到掺Yb增益光纤30中，其纤芯吸收976nm的泵浦光经过振荡辐射出1064nm的激光。通过光纤光栅40输出后再通过波分复用器50的R输出端输出1064nm的连续激光。

针对脉冲光输出，将连续光(图1)所用的一端端面镀有1064nm高反膜反馈端传输光纤101，将其FC封装的一端从法兰盘20拧下后，更换尾纤封装SESAM的传输光纤102，SESAM的反射中心波长在1064nm处。其与1064nm的光纤光栅40形成一个1064nm的激光谐振腔。采用波分复用器50将泵浦光引入到谐振腔内振荡形成1064nm的激光。同时由于半导体可饱和吸收体的非线性调制作用，形成脉冲光，当这些光脉冲通过半导体可饱和吸收体时，边缘部分的损耗大于中央部分，这样光脉冲在通过半导体可饱和吸收体的过程中脉宽被窄化，随着泵浦光的逐渐增大，会自启动稳定的被动锁模。输出皮秒量级的脉冲光。通过光纤光栅40和波分复用器50的R输出端最终输出脉冲激光。

本领域的普通技术人员应当认识到，以上实施方式仅是用来说明本发明，而并非作为对本发明的限定，只要在本发明的范围内，对以上实例的变化、变型都将落在本发明的保护范围。更改其余波长的光纤光栅40和SESAM器件，都将落在本发明的保护范围之内。例如更换一端端面镀有1550nm高反膜反馈端传输光纤101，尾纤封装SESAM的传输光纤102，其中SESAM的反射波长为1550nm，和中心波长1550nm的光纤光栅40，可以实现1550nm的连续光和脉冲光的输出；更换一端端面镀有2000nm高反膜反馈端传输光纤101，尾纤封装SESAM的传输光纤102，其中SESAM的反射波长为2000nm，中心波长2000nm的光纤光栅40，工作波长为790/200nm的波分复用器50和输出波长790nm的半导体激光器60，可以实现2000nm的连续光和脉冲光的输出。这些都是本发明的变型，都将落在本发明的保护范围之内。

本发明的输出端还可以接放大级实现高功率激光输出，根据放大级的不同设计可以实现几十至几百瓦的平均功率输出，使得该激光器的用途可以拓展更宽，适用于精密加工，太阳能电池板的制作，精密钻孔和切割，以及微熔覆等。

具体实例一

本发明激光器有两种输出模式，连续光和脉冲光。

采用如图2所示结构的连续光输出的光纤激光器。端面镀膜的传输光纤101一端端面镀1064nm高反膜，其反射率为99.3％，没有镀膜的端面封装FC接头，其FC接头连接法兰盘20一端。增益光纤30采用25cm的高掺Yb单模光纤，纤芯对976nm泵浦光的吸收为1200dB/m，纤径6/125μm，纤芯数值孔径NA.为0.14，一端端面研磨成0°角后封装FC接头，FC接头连接法兰盘20的另外一端。光纤光栅40采用中心波长为1064nm，反射率为20％，3dB带宽为0.2nm的布拉格光栅，其输入端接增益光纤30。波分复用器50的C端接光纤光栅40的输出端。半导体激光器60采用最高功率为600mW的作为泵浦源，其输出端接波分复用器的R端。整体光纤激光器的激光谐振腔长度为2m。在本结构中，泵浦源加到300mW时，在波分复用器50的R端输出75.8mW的1064nm的激光，光谱宽度为0.2nm，其光谱参见图5。是该激光器的输出方式之一。

手动更换端面镀膜的传输光纤101，将其从法兰盘20上面拧下后，手动接上尾纤封装SESAM的传输光纤102，其结构图参见图3。其余器件及参数与图2相比均不变。其中SESAM为BATOP公司的1064nm波长的可饱和吸收体。对1064nm光的反射率为80％，调制深度为10％，饱和通量为32μJ/cm²，腔长仍为2m。在半导体激光器60的泵浦光加到220mW时实现连续锁模输出，对应的输出功率为30.8mW，其对应的锁模脉冲序列图谱见图4所示，光谱图如图5所示，中心波长为1064.1nm，半波全宽为0.2nm。对应的脉宽为35ps，重复频率为49MHz。继续增加泵浦光，在泵浦光加到280mW时连续锁模图谱开始有扰动，此时对应的输出的46.4mW。即连续锁模区间为30.8-46.4mW的功率输出。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种实现连续光和脉冲光输出的光纤激光器，其包括：

一带反馈端的传输光纤；

一法兰盘，其一端与传输光纤连接；

一增益光纤，其一端与法兰盘的另一端连接；

一光纤光栅，其输入端与增益光纤的另一端连接；

一波分复用器，其C端与光纤光栅的输出端连接，该波分复用器的R端为输出端；

一半导体激光器，其输出端与波分复用器的P端连接。

2.根据权利要求1所述的实现连续光和脉冲光输出的光纤激光器，其中反馈端传输光纤为端面镀膜的传输光纤或尾纤封装SESAM的传输光纤102。

3.根据权利要求2所述的实现连续光和脉冲光输出的光纤激光器，其中端面镀膜传输光纤所镀膜的反射中心波长为1064nm，反射率大于99.3％。

4.根据权利要求2所述的实现连续光和脉冲光输出的光纤激光器，其中所述的SESAM传输光纤中的SESAM调制中心波长为1064nm，反射率大于80％，弛豫时间1ps，调制深度大于10％，饱和通量32μJ/cm²，损伤阈值大于2mJ/cm²。

5.根据权利要求1所述的实现连续光和脉冲光输出的光纤激光器，其中所述增益光纤30为高掺镱光纤，对976nm泵浦光的吸收为1200dB/m，光纤长度为25cm。

6.根据权利要求1所述的实现连续光和脉冲光输出的光纤激光器，其中所述光纤光栅40的中心波长为1064nm，3dB带宽为0.2nm，反射率为20％，边摸抑制比大于10dB。

7.根据权利要求1所述的实现连续光和脉冲光输出的光纤激光器，其中所述的波分复用器50的工作波长为980/1060nm。

8.根据权利要求1所述的实现连续光和脉冲光输出的光纤激光器，其中所述的半导体激光器60的中心波长为976nm，半波全宽为0.5nm，输出功率为600mW。