一種光纖光柵選頻的頻譜合束裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種光纖光柵選頻的頻譜合束裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 光纖激光器具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點，已成功應(yīng)用在激光切割、激光焊接、激 光打標(biāo)等激光加工領(lǐng)域，是非常有前景的新一代激光技術(shù)之一。
[0003] 對于光纖激光器來說，單根光纖激光的輸出功率受光纖內(nèi)在特性（如非線性效 應(yīng)、熱沉積等）和半導(dǎo)體激光器抽運功率的制約，單橫模光纖激光器的功率輸出受到光纖 承受功率密度的限制，導(dǎo)致單橫模光纖輸出功率的提升變得非常困難。
[0004] 為提高光纖激光器的輸出功率，需要將多束光纖激光器的輸出高效地合為一束輸 出，主要的合束技術(shù)有光纖合束、相干合束和頻譜合束三種。光纖合束直接將多根光纖激光 器的輸出端捆綁在一起，使激光輸出功率達到各分激光器功率總和，由于此方法對合成的 光束沒有控制，形成多橫模輸出，使光束質(zhì)量變差，并且激光的亮度降低。相干合束需要嚴 格控制多個激光器的輸出激光的波長相位和偏振態(tài)，使得多束光波相干加強，得到高功率 激光輸出，此方法實現(xiàn)較難。
[0005] 頻譜合束是采用色散元件使得各單元光束在同方向上實現(xiàn)非相干疊加，從而在不 改變能量的橫向分布的情況下提高整個系統(tǒng)的輸出功率，增強激光亮度。該合束技術(shù)比較 容易實現(xiàn)，并且還能提供較好的光束質(zhì)量。
[0006] 傳統(tǒng)的頻譜合束是采用可調(diào)諧單頻半導(dǎo)體激光器作為選擇波長的激光種子源，通 過多級光纖放大后，再進行光譜合束。該種方式實現(xiàn)高功率輸出需要將毫瓦級的半導(dǎo)體激 光種子源放大至千瓦級，至少需要經(jīng)過三級放大，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，能量轉(zhuǎn)換效率低，不利于用 于工業(yè)生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種光纖光柵選頻的頻譜 合束裝置。利用由高反射光纖光柵和輸出耦合光纖光柵組成的光纖光柵對構(gòu)成的諧振腔， 實現(xiàn)對單元激光波長的選擇。多個單元激光器產(chǎn)生多束激光，分別經(jīng)準(zhǔn)直、光束方向調(diào)整照 射到體光柵上，利用體光柵的衍射效應(yīng)，使得各單元光束在近場和遠場相疊加，最終實現(xiàn)激 光橫向分布的合束，得到功率高、光束質(zhì)量好的激光輸出。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案包括：
[0009] 一種光纖光柵選頻的頻譜合束裝置，包括至少兩路不同波長的光纖激光器、準(zhǔn)直 器、光束方向調(diào)整器以及體光柵，其中，每路光纖激光器包括順序布置的第一泵浦源、高反 射光纖光柵、第一有源光纖以及輸出親合光纖光柵，第一泵浦源輸出的泵浦光通過高反射 光纖光柵耦合至第一有源光纖，以激活第一有源光纖；高反射光纖光柵和輸出耦合光纖光 柵組成光纖激光器的諧振腔，用于選擇該路光纖激光器的激光波長；第一有源光纖作為光 纖激光器的增益介質(zhì)；準(zhǔn)直器的數(shù)量與光纖激光器的數(shù)量對應(yīng)，每個準(zhǔn)直器用于對相應(yīng)的 光纖激光器輸出的激光進行準(zhǔn)直；光束方向調(diào)整器的數(shù)量與準(zhǔn)直器的數(shù)量對應(yīng)，每個光束 方向調(diào)整器用于對經(jīng)準(zhǔn)直器準(zhǔn)直后的激光進行方向調(diào)整，使其以預(yù)定的入射角入射至體光 柵；體光柵用于對來自各個光束方向調(diào)整器的以不同入射角入射、并具有不同波長的激光 合為一束。
[0010] 優(yōu)選地，每路光纖激光器包括多個第一泵浦源和連接在多個第一泵浦源下游的一 個第一光纖合束器，多個第一泵浦源輸出的泵浦光經(jīng)第一光纖合束器合束耦合之后傳輸給 高反射光纖光柵。
[0011] 優(yōu)選地，在每路光纖激光器中還包括順序地布置在輸出耦合光纖光柵下游的包層 功率剝離器和光纖輸出端帽。
[0012] 優(yōu)選地，每個光束方向調(diào)整器包括第一反射鏡和第二反射鏡，其中，經(jīng)準(zhǔn)直器準(zhǔn)直 后的激光先后經(jīng)過第一反射鏡和第二反射鏡反射之后，以預(yù)定的入射角入射至體光柵。
[0013] 優(yōu)選地，每路光纖激光器還包括多個第二泵浦源、第二光纖合束器、第二有源光 纖，多個第二泵浦源的輸出泵浦光與經(jīng)輸出耦合光纖光柵處理后的激光一起經(jīng)第二光纖合 束器進行合束耦合處理之后，輸出至第二有源光纖；第二有源光纖對來自第二光纖合束器 的激光進行增益放大之后，傳送給準(zhǔn)直器。
[0014] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：
[0015] (1)每路光纖激光器采用不同周期結(jié)構(gòu)的光纖光柵對（包括高反射光纖光柵和輸 出耦合光纖光柵）作為光纖激光器的諧振腔，可以選擇不同的輸出激光波長，該選頻方式 結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好，使得光纖激光器的結(jié)構(gòu)簡單；光纖光柵選頻使每路光纖激光器波長可 由光纖光柵選擇，波長的穩(wěn)定性好，省去傳統(tǒng)由可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器發(fā)出預(yù)定激光波長，經(jīng) 過多級放大實現(xiàn)高功率的復(fù)雜布局，本發(fā)明可以由光纖激光振蕩級直接產(chǎn)生高功率窄線寬 激光裝置。
[0016] (2)體光柵的頻譜合束技術(shù)，通過對各路光纖激光器輸出的激光做準(zhǔn)直、調(diào)整方向 處理，將各路激光入射至體光柵，利用體光柵的衍射效應(yīng)即可實現(xiàn)光束合束，得到功率高、 光束質(zhì)量好的激光輸出。
【附圖說明】
[0017] 圖1為根據(jù)本發(fā)明的光纖光柵選頻的頻譜合束裝置的組成示意圖。
【具體實施方式】
[0018] 下面將結(jié)合附圖和具體實施例對根據(jù)本發(fā)明的光纖光柵選頻的頻譜合束裝置做 進一步詳細的說明。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的光纖光柵選頻的頻譜合束裝置如圖1所示，其包括至少兩路不同波 長的光纖激光器、準(zhǔn)直器2、光束方向調(diào)整器3以及體光柵4。在本發(fā)明中，采用四路光纖激 光器。實踐中，根據(jù)需要也可以選擇6路或者更多的光纖激光器。
[0020] 每路光纖激光器包括順序布置的第一泵浦源11、高反射光纖光柵12、第一有源光 纖3以及輸出親合光纖光柵14。第一泵浦源11輸出的泵浦光通過高反射光纖光柵12f禹合 至第一有源光纖13,以激活第一有源光纖13。高反射光纖光柵12和輸出親合光纖光柵14 組成光纖激光器的諧振腔，用于選擇該路光纖激光器的激光波長。第一有源光纖13作為光 纖激光器的增益介質(zhì)。
[0021] 準(zhǔn)直器2的數(shù)量與光纖激光器的數(shù)量對應(yīng)。每個準(zhǔn)直器2用于對相應(yīng)的光纖激光 器輸出的激光進行準(zhǔn)直。
[0022] 光束方向調(diào)整器3的數(shù)量與準(zhǔn)直器2的數(shù)量對應(yīng)，每個光束方向調(diào)整器3用于對 經(jīng)相應(yīng)的準(zhǔn)直器2準(zhǔn)直后的激光進行方向調(diào)整，使其以預(yù)定的入射角入射至體光柵。
[0023] 體光柵4用于對來自各個光束方向調(diào)整器3的以不同入射角入射、并具有不同波 長的激光合為一束。
[0024] 該光纖光柵選頻的頻譜合束裝置的工作機理是：每路光纖激光器由第一泵浦源 11、高反射光纖光柵12、第一有源光纖13、輸出親合光纖光柵14組成。各路光纖激光器的 光纖光柵選擇不同的激光波長輸出，例如，在如圖1所示的優(yōu)選實施例中，為四路，則每路 光纖激光器輸出的激光波長分別為M、12、X3、X4。每路光纖激光器輸出的激光經(jīng)過準(zhǔn) 直器2做光束準(zhǔn)直，然后經(jīng)過光束方向調(diào)整器3調(diào)整方向，將激光輸入至體光柵4。
[0025] 前述入射至體光柵的激光的預(yù)定的入射角根據(jù)以下公式確定：
[0026]
【主權(quán)項】
1. 一種光纖光柵選頻的頻譜合束裝置，其特征在于，包括至少兩路不同波長的光纖激 光器、準(zhǔn)直器（2)、光束方向調(diào)整器（3) W及體光柵（4)，其中， 每路光纖激光器包括順序布置的第一累浦源（11)、高反射光纖光柵（12)、第一有源光 纖（13) W及輸出禪合光纖光柵（14)，第一累浦源（11)輸出的累浦光通過高反射光纖光柵 (12)禪合至第一有源光纖（13)，W激活第一有源光纖（13);高反射光纖光柵（12)和輸出 禪合光纖光柵（14)組成光纖激光器的諧振腔，用于選擇該路光纖激光器的激光波長；第一 有源光纖（13)作為光纖激光器的增益介質(zhì)； 準(zhǔn)直器（2)的數(shù)量與光纖激光器的數(shù)量對應(yīng)，每個準(zhǔn)直器（2)用于對相應(yīng)的光纖激光 器輸出的激光進行準(zhǔn)直； 光束方向調(diào)整器（3)的數(shù)量與準(zhǔn)直器（2)的數(shù)量對應(yīng)，每個光束方向調(diào)整器（3)用于 對經(jīng)準(zhǔn)直器（2)準(zhǔn)直后的激光進行方向調(diào)整，使其W預(yù)定的入射角入射至體光柵； 體光柵（4)用于對來自各個光束方向調(diào)整器（3)的W不同入射角入射、并具有不同波 長的激光合為一束。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵選頻的頻譜合束裝置，其特征在于，每路光纖激光 器包括多個第一累浦源（11)和連接在多個第一累浦源（11)下游的一個第一光纖合束器， 多個第一累浦源（11)輸出的累浦光經(jīng)第一光纖合束器合束禪合之后傳輸給高反射光纖光 柵（。）。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵選頻的頻譜合束裝置，其特征在于，在每路光纖激 光器中還包括順序地布置在輸出禪合光纖光柵（14)下游的包層功率剝離器和光纖輸出端 帽。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵選頻的頻譜合束裝置，其特征在于，每個光束方向 調(diào)整器包括第一反射鏡（31)和第二反射鏡（32)，其中，經(jīng)準(zhǔn)直器（2)準(zhǔn)直后的激光先后經(jīng) 過第一反射鏡（31)和第二反射鏡（32)反射之后，W預(yù)定的入射角入射至體光柵。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵選頻的頻譜合束裝置，其特征在于，每路光纖激光 器還包括多個第二累浦源、第二光纖合束器、第二有源光纖，多個第二累浦源的輸出累浦光 與經(jīng)輸出禪合光纖光柵（14)處理后的激光一起經(jīng)第二光纖合束器進行合束禪合處理之 后，輸出至第二有源光纖；第二有源光纖對來自第二光纖合束器的激光進行增益放大之后， 傳送給準(zhǔn)直器（2)。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種光纖光柵選頻的頻譜合束裝置，包括至少兩路不同波長的光纖激光器、準(zhǔn)直器、光束方向調(diào)整器以及體光柵，每路光纖激光器包括順序布置的第一泵浦源、高反射光纖光柵、第一有源光纖以及輸出耦合光纖光柵，準(zhǔn)直器用于對相應(yīng)的光纖激光器輸出的激光進行準(zhǔn)直；光束方向調(diào)整器用于對經(jīng)準(zhǔn)直器準(zhǔn)直后的激光進行方向調(diào)整，使其以預(yù)定的入射角入射至體光柵；體光柵用于對來自各個光束方向調(diào)整器的以不同入射角入射、并具有不同波長的激光合為一束。采用本發(fā)明的光纖光柵選頻的頻譜合束裝置，省去了傳統(tǒng)由可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器發(fā)出特定激光波長，經(jīng)過多級放大實現(xiàn)高功率的復(fù)雜布局，可以由光纖激光振蕩級直接產(chǎn)生高功率窄線寬激光裝置。
【IPC分類】H01S3-106, H01S3-23
【公開號】CN104577692
【申請?zhí)枴緾N201410838392
【發(fā)明人】馬建立, 王軍龍, 王學(xué)鋒, 劉海娜, 于文鵬, 于淼
【申請人】北京航天控制儀器研究所
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月29日