非石英光纖雷射器的冷卻方法
2023-07-25 20:46:51
專利名稱：非石英光纖雷射器的冷卻方法
技術領域：
本發明涉及光纖雷射器，特別是一種非石英光纖雷射器的冷卻方法。
背景技術：
作為光纖雷射器的重要成員之一，非石英光纖雷射器有著廣泛的用途。目前，商用大功率雷射二極體(LD)大都以石英纖尾輸出泵浦雷射，石英光纖與大多數非石英光纖的熱學性能差異巨大，這給非石英光纖作為增益介質的光纖雷射系統的全光纖化帶來了困難。所以，非石英光纖雷射系統通常用耦合透鏡或光纖-光纖準直來耦合泵浦光。由於材料本身的特性和製作工藝的限制，非石英光纖的傳輸損耗通常要比石英光纖大很多，增益光纖的熱積累問題是獲得高效率、大功率雷射輸出的主要障礙之一。更重要的是，較大的熱積累還會嚴重影響非石英光纖雷射器的穩定性。目前常用的散熱方法有兩種第一，用熱導率較好的金屬熱沉夾住增益光纖，用熱沉控制增益光纖的溫度。第二，把增益光纖浸泡在密封較好液體室裡，不斷注入低溫液體來控制增益光纖的溫度。熱沉降溫較為成熟，在固體雷射器裡較為常用，因為可以很好的結合半導體製冷片，對大功率雷射器具有很好的冷卻效果。在對非石英光纖雷射器冷卻時，非熔接耦合會使泵浦端出現嚴重的熱積累，嚴重影響雷射器的效率和穩定性。採用密封液體室的系統較為複雜，實用較為困難。
發明內容
本發明的目的是為了克服上述在先冷卻方法的不足，提供一種非石英光纖雷射器的冷卻方法，達到疏導增益光纖耦合端的熱積累，抑制耦合端的熱效應，提高光纖雷射器的發光效率和穩定性。本發明的技術解決方案如下一種非石英光纖雷射器冷卻方法，其特點是用折射率與增益光纖匹配的液體密封所述的增益光纖耦合端和腔鏡的接觸點，或泵浦光纖端面的接觸點。所述的增益光纖為非石英光纖，包括磷酸鹽光纖、碲酸鹽光纖、氟化物玻璃光纖。本發明方法的優點本發明結合泵浦光空間耦合的特點，用折射率匹配的液體密封耦合點，一方面提高耦合效率，減少增益光纖耦合端熱積累的來源；另一方面，液體能起到較好的散熱效果， 疏導增益光纖耦合端熱積累。增強雷射的穩定性，提高增益光纖的破壞閾值。本發明方法簡單可靠，具有普適性。密封液體也可以是具有同等作用的熔接材料， 解決非石英光纖與石英光纖的熔接問題。
圖1是本發明方法用於空間耦合的結構示意2是本發明方法用於光纖-光纖耦合的結構示意3密封耦合點前後增益光纖輸出端泵浦光剩餘隨泵浦功率的變化。斜率的變化反應了水滴密封耦合點前後耦合效率的變化圖4密封耦合點前後輸出功率隨泵浦功率的變化圖5密封耦合點後輸出功率為500mW時的雷射光譜
具體實施例方式下面結合實施例和附圖對本發明作進一步說明，但不應以此限制本發明的保護範圍。先請參閱圖1和圖2，圖1是本發明方法用於空間耦合的結構示意圖。圖2是本發明方法用於光纖-光纖耦合的結構示意圖，圖1和圖2給出了兩種較為常用的耦合方式。圖中1和6是增益光纖，3和7是密封液體，2是組成雷射腔的雙色鏡，8是泵浦光源的纖尾， 5是纖尾的鍍膜，其作用和2相同，4為耦合透鏡。調整光路，使泵浦光到增益光纖1和增益光纖6的耦合效率最大。增大泵浦光超過雷射閾值，增益光纖產生雷射。用滴管把密封液體3和密封液體7滴在耦合點，控制液滴的大小，由於吸附作用液滴可以密封耦合點。泵浦功率不變，實時測量雷射功率，確保密封前後增益光纖1、增益光纖6和增益光纖8的位置不變。圖1和圖2兩種結構的耦合點都出現F-P腔結構，如圖1中增益光纖1左邊的端面和雙色鏡2組成F-P腔，圖2中增益光纖6和纖尾鍍膜5形成組成F-P腔。特別是對於增益光纖1和增益光纖6沒有嚴格拋光的情況下，F-P腔的出現無法避免。密封液體3和密封液體7的折射率和增益光纖的包層的折射率接近，這樣F-P腔的作用會急劇降低。耦合效率提高，可達到> 94%，耦合損耗(< 0. 3dB)低於石英光纖與大多數非石英光纖的熔接損耗( dB)，接近石英光纖與石英光纖的損耗( 0. 2dB)，且這個方法具有普適性。空間耦合時，增益光纖1和增益光纖6耦合端有比光纖其他部位較為嚴重的熱積累，密封液體 3和密封液體7具有較好的導熱性，可以起到較好的導熱作用，減弱增益光纖泵浦端的熱積累對雷射功率的擾動和光譜穩定性。最大功率1. 4W時，密封前後雷射功率的波動從3. 5% 減弱到2. 5%。同時，密封液體3和密封液體7對增益光纖1和增益光纖6泵浦端起到到有效冷卻，提高了增益光纖1和增益光纖6的破壞閾值。本發明也可以用於兩端泵浦的高功率光纖和波導雷射器。實施例120釐米長的Nd摻雜磷酸鹽單模光纖作為雷射增益介質，結構示意圖如圖1。增益光纖的結構參數如下外徑130微米，內包層90微米，芯徑5. 3微米，內包層數值孔徑0. 32， 纖芯數值孔徑0. 15，光纖長度21釐米.採用孔徑耦合方式泵浦增益光纖，耦合透鏡的數值孔徑0. 3，如圖1所示。雷射諧振腔由泵浦端的雙色鏡2 (808ARil053HR)和增益光纖1輸出端的菲涅爾反射組成(R 5%)。考慮到實驗的重複性，密封液體為水滴。圖3為密封耦合點前後增益光纖尾端泵浦光功率的變化，它直接反應耦合效率的變化。可以看出，用液體密封耦合點，耦合係數增加9. 7%，達到93%。把水擦乾重複以上實驗10次，耦合效率增加值波動小於5%，平均值為9. 7%。圖4為用水密封耦合點前後輸出功率與泵浦功率的變化曲線。斜率效率增加15%，密封水滴對增益光纖泵浦端的冷卻和F-P效應減弱也使雷射器的效率增加。增益光纖泵浦端的熱積累得到抑制，使雷射的泵浦破壞閾值增加，提高泵浦功率可以得到更高功率的輸出。圖5為輸出功率為500mW時的雷射光譜。
實驗表明，本發明方法具有抑制光纖耦合端的熱效應，提高光纖雷射器的發光效率和穩定性。具有簡單方便的特點。
權利要求
1.一種非石英光纖雷射器的冷卻方法，其特徵是用折射率與增益光纖匹配的液體密封所述的增益光纖耦合端和腔鏡的接觸點，或泵浦光纖端面的接觸點。
2.根據權利要求1所述的非石英光纖雷射器的冷卻方法，其特徵是所述的增益光纖為非石英光纖，包括磷酸鹽光纖、碲酸鹽光纖、氟化物玻璃光纖。
全文摘要
一種非石英光纖雷射器的冷卻方法，用折射率與增益光纖相匹配的液體密封所述的增益光纖耦合端和腔鏡的接觸點，或泵浦光纖端面的接觸點。可效地減弱耦合點的F-P效應，有效減少衍射損耗，抑制耦合端的熱效應，提高光纖雷射器的發光效率和穩定性，具有簡單方便的特點。
文檔編號H01S3/042GK102244340SQ20111013565
公開日2011年11月16日 申請日期2011年5月24日 優先權日2011年5月24日
發明者於春雷, 周秦嶺, 張光, 王孟, 陳丹平 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所