一種大功率微片激光器裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大功率微片激光器裝置，其特征在于包括有順次連接的第一泵浦光源、光學耦合系統(tǒng)、被動調(diào)Q微芯片、用于聚焦輸出的凸透鏡、反射鏡、第一準直器、以及合束器，所述合束器設有準直輸入端、泵浦光輸入端、以及合束輸出端，合束器準直輸入端與第一準直器輸出端連接，合束器泵浦光輸入端連接有第二泵浦光源，合束器合束輸出端順次連接有用于激光預放大的小芯徑雙包層增益光纖、泵浦泄露裝置、光纖隔離器、光纖模場適配器、用于激光主放大的大芯徑多模雙包層光纖放大器、以及用于輸出的第二準直器。本案實現(xiàn)了全光纖條件下運轉(zhuǎn)，大大提高整個大功率微片激光器裝置工作的穩(wěn)定性，使其能夠滿足工業(yè)應用的條件。
【專利說明】一種大功率微片激光器裝置
[【技術(shù)領域】]
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種大功率微片激光器裝置。
[【背景技術(shù)】]
[0002]日益增長的高精度微加工市場的需求對激光器脈沖的峰值功率和重復頻率提出了更高的要求，納秒脈沖激光器一般無法滿足精細加工的要求。在過去工作在皮秒?yún)^(qū)域的大功率激光器大多是鎖模系統(tǒng)，并且通過降低重復頻率和放大后用于高精度微加工。通常鎖模振蕩器需要與脈沖選擇器相結(jié)合并且經(jīng)過再生放大器，這樣往往導致系統(tǒng)體積龐大，復雜度高，價格昂貴。成本低、穩(wěn)定性高、高增益放大的超短脈沖光纖激光器引起人們的廣泛關注。這些優(yōu)點對于工業(yè)材料加工激光器來說尤為重要。
[0003]1994年麻省理工大學，J.J.Zayhowski等人提出了被動調(diào)Q微芯片皮秒激光器的原理，并且實現(xiàn)了重復頻率為6kHz，脈沖寬度為337ps的激光輸出。近年來，微芯片激光器取得了重大的發(fā)展，1999年，G.J.Spuhler等人在腔內(nèi)利用可飽和半導體吸收體作為微芯片激光器的可飽和吸收體，可以將重復頻率提高到100kHz，脈沖寬度可以達到10ps以下，但是利用這種方法無法克服增益介質(zhì)和可飽和吸收體之間的空氣間隙引起激光器的不穩(wěn)定的缺點。為了使得微芯片激光器應用于工業(yè)加工中，利用增益光纖對微芯片信號進行放大是一個主流的辦法。在國外,2005年Christopher D.Brooks等人利用光子晶體增益光纖放大微芯片種子源獲得了 1.1MW的峰值功率。2008年A.Tunnermann等人利用光子晶體增益光纖將含半導體可飽和吸收體的微芯片激光器放大，獲得了重復頻率為105kHz，脈寬85ps的脈沖輸出，峰值功率達到3MW。在國內(nèi)，深圳大學激光工程深圳重點實驗室利用大模場雙包層增益光纖放大皮秒脈沖光源，獲得重復頻率為6.7kHz的700ps光纖激光器。目前對于微芯片激光的光纖放大，采用的光纖基本都是光子晶體增益光纖，其采用端面泵浦的方式存在以下無法克服的困難:
[0004]1、信號光和泵浦光的耦合效率低，造成資源的浪費；
[0005]2、激光器對工作環(huán)境的穩(wěn)定性要求苛刻，外界的擾動容易丟失耦合，給激光器的工業(yè)應用帶來很大的困難。
[0006]因此，有必要解決如上問題。
[
【發(fā)明內(nèi)容】
]
[0007]本發(fā)明克服了上述技術(shù)的不足，提供了一種大功率微片激光器裝置，其輸出功率高，穩(wěn)定性好。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了下列技術(shù)方案:
[0009]一種大功率微片激光器裝置，包括有順次連接的第一泵浦光源1、光學耦合系統(tǒng)
2、被動調(diào)Q微芯片3、用于聚焦輸出的凸透鏡4、反射鏡5、第一準直器6、以及合束器7,所述合束器7設有準直輸入端、泵浦光輸入端、以及合束輸出端，合束器7準直輸入端與第一準直器6輸出端連接，合束器7泵浦光輸入端連接有第二泵浦光源8，合束器7合束輸出端順次連接有用于激光預放大的小芯徑雙包層增益光纖9、泵浦泄露裝置10、光纖隔離器11、光纖模場適配器12、用于激光主放大的大芯徑多模雙包層光纖放大器13、以及用于輸出的第二準直器14。
[0010]所述被動調(diào)Q微芯片3由Nd: YAG激光晶體和Cr: YAG可飽和吸收調(diào)Q晶體通過鍵合而成，其中，Nd:YAG激光晶體靠近光學耦合系統(tǒng)2偵U。
[0011]所述光學耦合系統(tǒng)2包括順次連接在第一泵浦光源I與被動調(diào)Q微芯片3之間的FC/APC泵浦輸出頭21、用于平行輸出的第一凸透鏡22、高反高透保護鏡23、以及用于將激光聚焦輸出到被動調(diào)Q微芯片3上的第二凸透鏡24。
[0012]所述第一泵浦光源I波長為808nm，所述第一凸透鏡22焦距為30nm，所述高反高透保護鏡23為波長808nm高反、波長1064nm高透的保護鏡，所述第二凸透鏡24焦距為25nm,所述反射鏡5為1064nm/45度的反射鏡，所述第二泵浦光源8波長為976nm，所述大芯徑多模雙包層光纖放大器13內(nèi)采用摻鐿增益光纖進行放大。
[0013]所述摻鐿增益光纖芯徑為30微米，采用兩個25W的915nm多模泵浦進行泵浦。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0015]1、被動調(diào)Q微芯片種子源輸出信號通過第一準直器、合束器耦合到小芯徑雙包層增益光纖進行預放大，然后利用光纖模場適配器將信號光輸入大芯徑多模雙包層光纖放大器中，實現(xiàn)了全光纖條件下運轉(zhuǎn)，大大提高整個大功率微片激光器裝置工作的穩(wěn)定性，使其能夠滿足工業(yè)應用的條件；
[0016]2、第一泵浦光源與被動調(diào)Q微芯片之間通過光學耦合系統(tǒng)進行耦合，所述光學耦合系統(tǒng)包括順次連接的FC/APC泵浦輸出頭、用于平行輸出的第一凸透鏡、高反高透保護鏡、以及用于將激光聚焦輸出到被動調(diào)Q微芯片上的第二凸透鏡，便于產(chǎn)生高功率以及高穩(wěn)定性的信號光；
[0017]3、被動調(diào)Q微芯片與第一準直器之間設置有用于聚焦輸出的凸透鏡、反射鏡，便于對信號光的準直，提高第一準直器的耦合效率，防止殘余的泵浦光耦合到光纖中；
[0018]4、小芯徑雙包層增益光纖與大芯徑多模雙包層光纖放大器之間設置泵浦泄露裝置，便于防止第二泵浦光源剩余泵浦光的在連接處產(chǎn)生熱量而燒壞光纖，設置光纖隔離器便于后面光路反射光的隔離、設置光纖模場適配器便于模場間適配作用。
[【專利附圖】

【附圖說明】]
[0019]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖2是本發(fā)明的輸出光譜圖。
[0021]圖3是本發(fā)明輸出功率隨時間的變化曲線圖。
[【具體實施方式】]
[0022]以下結(jié)合附圖通過實施例對本發(fā)明特征及其它相關特征作進一步詳細說明，以便于同行業(yè)技術(shù)人員的理解:
[0023]如圖1所示，一種大功率微片激光器裝置，包括有順次連接的第一泵浦光源1、光學率禹合系統(tǒng)2、被動調(diào)Q微芯片3、用于聚焦輸出的凸透鏡4、反射鏡5、第一準直器6、以及合束器7，所述合束器7設有準直輸入端、泵浦光輸入端、以及合束輸出端，合束器7準直輸入端與第一準直器6輸出端連接，合束器7泵浦光輸入端連接有第二泵浦光源8，合束器7合束輸出端順次連接有用于激光預放大的小芯徑雙包層增益光纖9、泵浦泄露裝置10、光纖隔離器11、光纖模場適配器12、用于激光主放大的大芯徑多模雙包層光纖放大器13、以及用于輸出的第二準直器14。
[0024]所述被動調(diào)Q微芯片3由Nd = YAG激光晶體和Cr: YAG可飽和吸收調(diào)Q晶體通過鍵合而成，其中，Nd:YAG激光晶體靠近光學耦合系統(tǒng)2偵U。
[0025]所述光學耦合系統(tǒng)2包括順次連接在第一泵浦光源I與被動調(diào)Q微芯片3之間的FC/APC泵浦輸出頭21、用于平行輸出的第一凸透鏡22、高反高透保護鏡23、以及用于將激光聚焦輸出到被動調(diào)Q微芯片3上的第二凸透鏡24。
[0026]所述第一泵浦光源I波長為808nm，所述第一凸透鏡22焦距為30nm，所述高反高透保護鏡23為波長808nm高反、波長1064nm高透的保護鏡，所述第二凸透鏡24焦距為25nm,所述反射鏡5為1064nm/45度的反射鏡，所述第二泵浦光源8波長為976nm，所述大芯徑多模雙包層光纖放大器13內(nèi)采用摻鐿增益光纖進行放大。
[0027]所述摻鐿增益光纖芯徑為30微米，采用兩個25W的915nm多模泵浦進行泵浦。
[0028]本案的工作過程如下:
[0029]第一泵浦光源I輸出波長為808nm的泵浦光經(jīng)過光學耦合系統(tǒng)2進入被動調(diào)Q微芯片3中，利用被動調(diào)Q激光原理產(chǎn)生重復頻率為25kHz，脈沖寬度為360ps，平均功率為120mff的脈沖激光輸出，微芯片激光種子源經(jīng)凸透鏡22、反射鏡5、第一準直器6、合束器7耦合到小芯徑雙包層增益光纖9進行預放大，小芯徑雙包層增益光纖9芯徑為10微米，預放大采用功率為6W、波長為976nm的第二泵浦光源8，輸出功率為1.6W，預放大后經(jīng)過泵浦泄露裝置10、光纖隔離器11、光纖模場適配器12進入大芯徑多模雙包層光纖放大器13進行主放大，大芯徑多模雙包層光纖放大器13內(nèi)增益光纖芯徑為30微米,米用兩個25W的915nm多模泵浦同時泵浦，最后通過準直隔離輸出頭13準直輸出，當泵浦功率為30W時，輸出光譜如圖2所示，輸出功率為8.5W，最終提高了微芯片激光種子源的輸出功率。整個激光器系統(tǒng)連續(xù)工作8小時，測量系統(tǒng)的輸出功率隨時間的變化曲線，如圖3所示，輸出功率波動在2%以內(nèi)。
[0030]如上所述，本案保護的是一種大功率微片激光器裝置，一切與本案結(jié)構(gòu)相同或相近的技術(shù)方案都應示為落入本案的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種大功率微片激光器裝置，其特征在于包括有順次連接的第一泵浦光源(I)、光學耦合系統(tǒng)(2)、被動調(diào)Q微芯片(3)、用于聚焦輸出的凸透鏡(4)、反射鏡(5)、第一準直器(6)、以及合束器(7)，所述合束器(7)設有準直輸入端、泵浦光輸入端、以及合束輸出端，合束器(7)準直輸入端與第一準直器(6)輸出端連接，合束器(7)泵浦光輸入端連接有第二泵浦光源(8)，合束器(7)合束輸出端順次連接有用于激光預放大的小芯徑雙包層增益光纖(9)、泵浦泄露裝置(10)、光纖隔離器(11)、光纖模場適配器(12)、用于激光主放大的大芯徑多模雙包層光纖放大器(13)、以及用于輸出的第二準直器(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率微片激光器裝置，其特征在于所述被動調(diào)Q微芯片(3)由Nd:YAG激光晶體和Cr:YAG可飽和吸收調(diào)Q晶體通過鍵合而成，其中，Nd:YAG激光晶體靠近光學耦合系統(tǒng)(2)偵U。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種大功率微片激光器裝置，其特征在于所述光學耦合系統(tǒng)(2)包括順次連接在第一泵浦光源(I)與被動調(diào)Q微芯片(3)之間的FC/APC泵浦輸出頭(21)、用于平行輸出的第一凸透鏡(22)、高反高透保護鏡(23)、以及用于將激光聚焦輸出到被動調(diào)Q微芯片⑶上的第二凸透鏡(24)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種大功率微片激光器裝置，其特征在于所述第一泵浦光源(I)波長為808nm，所述第一凸透鏡(22)焦距為30nm，所述高反高透保護鏡(23)為波長808nm高反、波長1064nm高透的保護鏡，所述第二凸透鏡(24)焦距為25nm，所述反射鏡(5)為1064nm/45度的反射鏡，所述第二泵浦光源(8)波長為976nm，所述大芯徑多模雙包層光纖放大器(13)內(nèi)采用摻鐿增益光纖進行放大。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種大功率微片激光器裝置，其特征在于所述摻鐿增益光纖芯徑為30微米，采用兩個25W的915nm多模泵浦進行泵浦。
【文檔編號】H01S3/10GK104051939SQ201410328578
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月10日
【發(fā)明者】張志剛, 劉關玉, 朱海波, 周亮, 云志強 申請人:廣東量澤激光技術(shù)有限公司