板條狀雙包層光纖雷射器的製作方法
2023-10-10 20:55:34
專利名稱：板條狀雙包層光纖雷射器的製作方法
技術領域：
本發明涉及光纖雷射器，特別是一種板條狀雙包層光纖雷射器，尤其是高光束質量的大功率輸出的光纖雷射器。
背景技術：
目前大功率光纖雷射器採用的雙包層光纖，結構上多為環形的外包層環繞著圓形的激活層，整個光纖成細長的圓柱形。由於散熱和模式控制的要求，不可能有很大的橫截面，不具有橫截面的可擴展性。由於光纖的橫截面較小，當雷射器採用端面泵浦方式時，大功率的泵浦光不易耦合進入光纖，另一方面，橫截面較小的光纖雷射器在大功率輸出時會導致光纖端面的損傷，從而限制了光纖雷射器的最高輸出功率。
發明內容
為了在保證散熱和模式控制需求的情況下，得到具有大橫截面積的光纖雷射器，本發明提供一種板條狀雙包層光纖雷射器，該光纖雷射器可以在保證散熱和模式控制需求的同時，提供較大的橫截面積。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一種板條狀雙包層光纖雷射器，其構成在板條狀雙包層光纖的兩個端面各緊貼一個雷射諧振腔鏡而構成，所述的板條狀雙包層光纖的橫截面為多層結構的長方形，包括摻有雷射激活離子的激活層、不摻雜的內包層和保護性的外包層構成，由上到下依次是第一外包層、第一內包層、激活層、第二內包層和第二外包層，所述的外包層的折射率小於內包層的折射率，內包層的折射率又小於激活層的折射率。
所述的激活層在厚度方向的V值小於π/2，在寬度方向的V值大於π/2，其中V值定義為V=(k0d/2)n12-n22,]]>k0是雷射場的在真空中波矢，d是激活層的厚度或寬度，n2是激活層的折射率，n1是內包層的折射率，在寬度方向為空氣的折射率。
泵浦光可以由板條狀雙包層光纖的端面入射進入光纖，也可以由板條狀雙包層光纖的側面入射進入光纖；泵浦光在入射光纖時，經過透鏡聚焦，入射在內包層中，由於內包層的折射率小於外包層的折射率被限制在內包層中傳輸。雷射束在摻有激活離子的激活層中產生，並由於激活層的折射率小於內包層的折射率被限制在激活層中傳輸。由於激活層在厚度方向的V值小於π/2，在寬度方向的V值大於π/2，其中V值定義為V=(k0d/2)n12-n22,]]>k0是雷射場的在真空中波矢，d是激活層的厚度或寬度，n2是激活層的折射率，n1是內包層的折射率(在寬度方向為空氣的折射率)，故激活層在雷射介質的厚度方向形成單模波導，在雷射介質的寬度方向形成多模波導。光纖的橫截面積可根據雷射器設計要求的最大輸出功率在寬度方向進行擴展。光纖寬度的選取應使雷射平均功率小於光纖端面的損傷閾值。不論採用何種光纖寬度，保持光纖的外包層、內包層和激活層在厚度方向的尺寸和結構不變，以保證散熱和模式控制的要求。在光纖兩個端面各緊貼一個平面雙色鏡構成雷射諧振腔，雷射由光纖的端面輸出。
本發明的優點是在保證散熱和模式控制的要求下，具有橫截面上的可擴展性，獲得較大的光纖橫截面積，從而在大功率雷射輸出時，避免光纖端面的損傷。同時結構簡單，不需要對傳統光纖雷射器的其它裝置進行改動，便於推廣和生產。
圖1是本發明板條狀雙包層光纖的橫截面結構圖。
圖2是本發明板條狀雙包層光纖的外包層，內包層和激活層的相對摺射率示意圖。
圖3本發明的第一實施例圖。
圖4本發明的第二實施例圖。
圖5本發明的第三實施例圖。
具體實施例方式
實施例1如圖1所示，板條狀雙包層光纖11寬1000微米，第一外包層和第二外包層1由聚酯塑料構成，厚度約100微米，第一內包層和第二內包層2由純石英構成，厚度100微米，激活層3由摻雜有25％鐿的石英構成，厚度8微米。如圖2所示外包層的折射率4為1.35，內包層的折射率5為1.45，激活層的折射率6為1.451。激活層3在厚度方向的V值等於1.28，在寬度方向的V值等於3100。如圖3所示半導體泵浦源7為輸出波長940nm的半導體雷射器，輸出總功率為700W，聚焦透鏡9為非球面透鏡，泵浦光8由板條狀雙包層光纖11端面的輸入耦合鏡10輸入，輸入耦合鏡10鍍有在940nm波段增透而1100nm波段全反的雙色膜，板條狀雙包層光纖11長度20m，板條狀雙包層光纖11的另一輸出端面的輸出耦合鏡12鍍有在940nm波段為高反射率而在1100nm波段的反射率為4％的雙色膜，雷射輸出13總輸出功率為560W。
實施例2如圖4所示，實施例2中採用雙端泵浦，第一半導體泵浦源7和第二半導體泵浦源16分別通過第一透鏡9和第二透鏡14匯聚，由板條狀雙包層光纖11的兩端輸入，光纖總長度為25m，第一半導體泵浦源7和第二泵浦源16的總輸入功率為1400W，輸出耦合鏡12鍍有在940nm波段為高透過率而在1100nm波段為高反射率的雙色膜，傾斜45°放置，其它裝置與實施例1相同，雷射輸出13總輸出功率為1120W。
實施例3如圖5所示，本實施例中採用側面泵浦，第一半導體泵浦源7通過透鏡9聚焦，由緊貼在板條狀雙包層光纖11側面的稜鏡17射入，稜鏡17與緊貼光纖端面的反射鏡10相距0.5m；第二半導體泵浦源16通過透鏡14聚焦，由緊貼在板條狀雙包層光纖11側面的稜鏡18射入，稜鏡18與緊貼板條狀雙包層光纖的光纖端面的反射鏡10相距10m。光纖總長度30m；第一半導體泵浦源7和第二泵浦源16的總輸入功率為1400W，反射鏡10鍍有1100nm全反的高反膜，輸出耦合鏡12鍍有在940nm波段為高反射率而在1100nm波段反射率為4％的雙色膜，其它裝置與實施例1相同，雷射輸出13總輸出功率為1120W。
權利要求
1.一種板條狀雙包層光纖雷射器，其特徵是在一板條狀雙包層光纖的兩個端面各緊貼一個雷射諧振腔鏡而構成，所述的板條狀雙包層光纖的橫截面為多層結構的長方形，包括摻有雷射激活離子的激活層、不摻雜的內包層和保護性的外包層構成，由上到下依次是第一外包層、第一內包層、激活層、第二內包層和第二外包層，所述的外包層的折射率小於內包層的折射率，內包層的折射率又小於激活層的折射率。
2.根據權利要求1所述的板條狀雙包層光纖，其特徵是所述的激活層在厚度方向的V值小於π/2，在寬度方向的V值大於π/2，其中V值定義為V=(k0d/2)n12-n22,]]>k0是雷射場的在真空中波矢，d是激活層的厚度或寬度，n2是激活層的折射率，n1是內包層的折射率，在寬度方向為空氣的折射率。
全文摘要
一種板條狀雙包層光纖雷射器，其特徵是在一板條狀雙包層光纖的兩個端面各緊貼一個雷射諧振腔鏡而構成，所述的板條狀雙包層光纖的橫截面為多層結構的長方形，包括摻有雷射激活離子的激活層、不摻雜的內包層和保護性的外包層，由上到下依次是第一外包層、第一內包層、激活層、第二內包層和第二外包層，所述的外包層的折射率小於內包層的折射率，內包層的折射率又小於激活層的折射率。本發明具有橫截面上的可擴展性，獲得較大的光纖橫截面積，在大功率雷射輸出時，避免了光纖端面的損傷；結構簡單，不需要對傳統光纖雷射器的其它裝置進行改動，便於推廣使用。
文檔編號H01S3/06GK1694319SQ200510026068
公開日2005年11月9日 申請日期2005年5月23日 優先權日2005年5月23日
發明者徐劍秋, 戴世勳 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所