CN104993369B - 一种基于光纤激光器暗化维护的暗化漂白装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光子暗化漂白装置，以解决目前在掺镱光纤激光运行过程中光子暗化现象的缺少干预的局面。本发明包括暗化漂白光源及其驱动电源。本发明是在掺镱光纤激光器内部上增加一套暗化漂白装置，因此不改变光纤激光器的主体结构，具有高的适用性。本发明装置尤其适合于工作中的周期性的对光纤激光器暗化进行漂白，促进了光纤激光器的使用过程功率的稳定性，减缓了激光器光子暗化进程，提高了激光器的使用寿命。

Description

一种基于光纤激光器暗化维护的暗化漂白装置和方法

技术领域

本发明属于光纤激光器领域，更具体地，涉及一种掺镱光纤激光器光子暗化漂白装置和方法。

背景技术

镱离子具有能级结构简单、激发态下荧光寿命长、量子缺陷小等优势，而以石英作为基质的光纤具有极高的激光损伤阈值，因而掺镱石英光纤被广泛用于制备各种高功率光纤激光器和放大器***。而这种***其工作波长在1.0um到1.1um，具有极大地实用性和广阔的应用前景，被广泛应用于材料加工、激光武器、生物光学和医学等。随着半导体泵浦源、泵浦耦合以及光纤设计制备等技术的不断发展，掺镱石英光纤激光器及放大器***的输出功率已得到了极大地提升，从早期的瓦量级已攀升至目前的百千瓦量级。

然而近年来这种高功率激光***在应用中，其输出功率随运行时间增加而降低的现象不断被观测。这种功率衰减导致***缺乏稳定性、工作寿命短，限制了***功率的进一步攀升和应用领域及范围的拓展。为解决功率衰减问题，即光暗化效应，众多国内外高校、研究机构及公司都开展了相关的研究。

对光子暗化的研究国内外集中在两个方面来，一是光子暗化的标定和测量，通过对光子暗化大小的有效准确的测量来在增益光纤的选择上进行控制，进而选择低光子暗化特性的掺镱光纤来保证激光器的性能，如专利201210292916X给出了一种光子暗化测试的装置和方法。文章J.J.Koponen,M.J.S.K.T.Tammela et al..Photodarkeningin ytterbium-doped silica fibers[C].SPIE,2005,5990:599008.1-599008.10提出了一种用于标定单模掺镱光纤和双包层掺镱光纤光子暗化特性的技术。

第二个方面是集中在有源光纤预制棒制作方面。通过研究光子暗化的形成机理，从预制棒制备前端进行干预，抑制光子暗化的产生。具体包括离子的共掺杂，专利zl201110076289.1，采用共掺杂铈离子来消除色心进而研制低光子暗化光纤。文章Mattsson K E.The three-electron bond＝Si<O2:.Yb absorption center of pre-darkened ytterbium-doped silica[J].Optics Express.2013,21(10):12849～12864.研究了是色心导致光纤在可见光到近红外光谱范围产生永久的光学损耗，输出激光功率降低表现为光子暗化效应。

无论是对光子暗化机理的研究、采用共掺杂离子来制备低光子暗化光纤，还是快速稳定的光子暗化测试方法，都只能实现保证光纤激光器所用掺镱光纤的尽可能为低光子暗化特性，但光纤一旦确定，激光器使用过程造成的暗化就无法调控；并且光纤激光器目前还没有使用中心波段为793nm和808nm暗化漂白光源进行漂白的。综上所述，截止到目前的研究和成果都无法改善组装成光纤激光器整机后，在使用过程中对掺镱光纤激光器中光子暗化现象进行干预和优化处理。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本申请提供的是一种基于光纤激光器暗化维护的暗化漂白装置和方法，其中通过对暗化漂白装置的具体结构及其设置方式进行研究和涉及，相应能够在更为紧凑的结构上实现光子漂白，与现有产品更易于对组装后的光纤激光器，在使用过程中对光子暗化现象进行干预和优化处理。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种光纤激光器，其特征在于：该激光器包括：暗化漂白装置，该装置由暗化漂白光源和驱动电源组成。

优选地，所述光纤激光器为掺镱光纤激光器；

优选地，该暗化漂白光源的输出光纤和该激光器中合束器相连，该输出光纤的类型和该激光器中合束器的类型相同；

优选地，该暗化漂白光源是带有光纤输出的半导体激光器光源；

优选地，该带有光纤输出的半导体激光器光源的中心波段可为793nm、808nm；相比其他中心波段暗化漂白恢复程度恢复到30％左右，中心波段793nm、808nm可达到70％左右。

按照本发明的另一方面，提供了一种光纤激光器的暗化漂白方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

(1)大功率光纤激光器在泵浦工作一段时间后，关闭泵浦光；

(2)打开暗化漂白光源驱动电源，调整输入电源功率，使中心波段为793nm、808nm、543nm、633nm的暗化漂白光源开始工作，连续工作多个小时，关闭暗化漂白光源；

(3)重新开启光纤激光器正常工作，当激光器工作时间达到预定工作时间时，关闭激光器泵浦光，重复步骤(2)；

(4)根据激光器工作时间段间隔要求，反复多次重复步骤(1)和(2)不断恢复暗化带来的损耗，减缓激光器暗化进程。

总体而言，按照本发明的上述技术构思与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1、本发明装置为光纤激光器漂白装置，可以使用在十瓦、百瓦乃至上千瓦的光纤激光器中，可以和原光纤激光器共用一套合束***具有较高的稳定性和适应性；

2、该装置具有高的集成度，操作简便。可以对使用过程的光纤激光器整机进行暗化漂白，通过周期性的开启来漂白光纤产生的光子暗化现象，减缓了光纤激光器暗化过程，保证了光纤激光器激光输出功率的稳定性；

3、本发明的光子暗化漂白装置可以采用多种波长、不同功率的漂白光源，这些波长的光源当前都技术成熟性能稳定高。

附图说明

图1是本发明实例提供的暗化漂白装置结构示意图；

图2是为本发明实例提供的暗化漂白装置结构示意图；

图3为793nm漂白光源对掺镱光纤激光器暗化维护，暗化引起的附加损耗变化曲线；

图4为808nm漂白光源对掺镱光纤激光器暗化维护，暗化引起的附加损耗变化曲线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1和图2所示，本发明实例提供的暗化漂白装置，包括漂白光源和其驱动电源。图2显示暗化漂白光源的驱动电源可以和光纤激光器泵浦源使用同一驱动电源和控制模块。

暗化漂白光源的输出光纤和激光器中合束器相连，输出光纤的类型和掺镱光纤激光器中合束器的光纤类型保持一致。

如图3所示，激光器使用过程中在915nm泵浦条件下泵浦一段时间后，光纤激光器的增益介质掺镱光纤因光子暗化引起的附加衰减逐渐变大，之后再采用本发明提到的793nm暗化漂白光源进行暗化漂白后，发现由暗化引起的附加损耗的明显降低。重复多次循环，实现了暗化漂白过程，达到了激光器的暗化维护。

图4给出了在915nm泵浦光纤激光器，采用本发明提到808nm暗化漂白光源进行漂白，通过暗化测试装置测试得到光纤暗化引起的光纤附加损耗的变化曲线。

实例一：

采用本发明所述的暗化漂白装置进行激光器光子暗化漂白的使用说明如下；

30w掺镱激光器工作在工作达到300h时，在泵浦光(915nm或975nm泵浦源)关闭的情况下，打开暗化漂白光源驱动电源，调整输入电源功率，使用中心波长在793nm暗化漂白光源输出功率为5瓦，连续工作12小时。关闭暗化漂白光源驱动电源，重新按照掺镱光纤激光器使用要求进行使用。在工作了300h时，30w掺镱光纤激光器功率下降到29w。采用本发明所述暗化漂白装置进行暗化漂白后，功率恢复到29.7瓦，暗化漂白恢复程度为达到70％。在光纤激光器在工程应用中当工作到600小时后，重复上述步骤，工作达到900h时，再次重复，以此类推，使用本发明装置可以达到对使用过程产生的暗化进行漂白，可减缓的光子暗化的进程。

实例二：

采用本发明所述的暗化漂白装置进行激光器光子暗化漂白的使用说明如下；

100w掺镱激光器在泵浦工作达到150h时，在泵浦光15nm或975nm泵浦源)关闭的情况下，打开暗化漂白光源驱动电源，调整输入电源功率，使用中心波长在808nm暗化漂白光源输出功率为12瓦，连续工作12小时。关闭暗化漂白光源驱动电源，重新按照掺镱光纤激光器使用要求进行使用。在增加本发明所述暗化漂白装置进行暗化漂白前后掺镱光纤激光器暗化导致的功率损耗恢复率68％。在光纤激光器工作到300h后，重复上述步骤，最终实现减缓光纤激光器光子暗化的进程。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种光纤激光器使用过程中的光子暗化漂白方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

(1)大功率光纤激光器在泵浦工作一段时间后，关闭泵浦光；

(2)打开暗化漂白光源驱动电源，调整输入电源功率，使中心波段为793nm、808nm的暗化漂白光源开始工作，连续工作多个小时，关闭暗化漂白光源。

2.一种可在使用过程中实现光子暗化漂白的光纤激光器，该光纤激光器包括：泵浦源、谐振腔，其特征在于：该光纤激光器还包括能使该光纤激光器在使用过程中实现光子暗化漂白的装置，该装置由暗化漂白光源和驱动电源组成；该暗化漂白光源是带有光纤输出的半导体激光器光源，其中心波段为793nm、808nm。

3.如权利要求2所述的光纤激光器，其特征在于：所述光纤激光器为掺镱光纤激光器。

4.如权利要求2的所述光纤激光器，其特征在于：该暗化漂白光源的输出光纤和该光纤激光器中合束器相连，该输出光纤的类型和该光纤激光器中合束器的类型相同。