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