半導體直接泵浦光纖激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種采用半導體直接栗浦增益光纖的光纖激光器及光纖放大器。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾年，雙包層光纖等大功率光纖器件和高功率二極管栗浦技術(shù)逐漸成熟帶來光纖激光器輸出功率水平的快速提升。然而，隨著高功率光纖激光器在材料加工、激光打標、生物醫(yī)學、空間通信和國防安全等領(lǐng)域的廣泛應用，能夠?qū)崿F(xiàn)輸出功率大幅度提升的新型栗浦耦合技術(shù)成為高功率光纖激光技術(shù)研究的熱點。端面栗浦技術(shù)是一種出現(xiàn)較早且較為成熟的栗浦技術(shù)，現(xiàn)有輸出功率在千瓦以內(nèi)的工業(yè)級全光纖激光器一般采用該技術(shù)對增益光纖的進行栗浦。
[0003]如圖1所示為現(xiàn)有全光纖激光器的基本原理，端面栗浦耦合技術(shù)需要先將半導體栗浦模塊的芯片發(fā)出的栗浦光耦合進栗浦輸出光纖，再將栗浦輸出光纖與栗浦耦合器10的栗浦輸入光纖相熔接，為與栗浦耦合器的輸出光纖相熔接的增益光纖提供栗浦。現(xiàn)有高功率全光纖激光器一般使用的栗浦耦合器為“(6+1) X I”型，可用6個半導體栗浦模塊為增益光纖11提供栗浦光功率，其缺點是:高功率的栗浦耦合器很容易由于光熱損傷而使光纖激光器系統(tǒng)崩潰;全光纖激光器的輸出功率不能通過增加半導體栗浦模塊的數(shù)目進行提升；同時，半導體栗浦模塊中發(fā)光芯片所發(fā)出的栗浦光，在由光學整形和耦合透鏡耦合進栗浦輸出光纖的過程中，會產(chǎn)生較大的栗浦光功率損耗，降低了全光纖激光器系統(tǒng)的整體效率；此外，半導體栗浦模塊在對增益光纖進行栗浦時，栗浦光沿光纖長度方向被逐漸吸收，會造成增益光纖中栗浦光功率分布不均勻以及熱分布不均勻等問題。因此，采用端面栗浦耦合技術(shù)的光纖激光系統(tǒng)存在栗浦功率擴展性差、栗浦耦合器件易損、增益分布不均勻以及光纖端面熱效應等缺陷，最終限制了光纖激光器輸出功率的進一步提升。
[0004]側(cè)面栗浦耦合技術(shù)是通過雙包層光纖側(cè)面將栗浦光耦合進內(nèi)包層的技術(shù)，相比于端面栗浦耦合技術(shù)具有很多優(yōu)點，如栗浦功率擴展性強、增益光纖中栗浦光分布及熱分布均勻、結(jié)構(gòu)緊湊等。但目前已有的側(cè)面栗浦方案大多對制作工藝要求十分苛刻，且在一定程度上破壞了光纖的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)起來成本高、難度大，最終限制了該技術(shù)的實際應用以及光纖激光器輸出功率的提升。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]為了解決【背景技術(shù)】中存在的上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種半導體直接栗浦光纖激光器以及采用該栗浦方式的光纖放大器和光纖激光器，制作工藝簡單、結(jié)構(gòu)緊湊，不破壞光纖結(jié)構(gòu)且易于實現(xiàn)。
[0006]本實用新型的技術(shù)解決方案是:半導體直接栗浦光纖激光器，其特殊之處在于:包括外柱面、內(nèi)柱面以及盤繞在內(nèi)柱面上的增益光纖;所述內(nèi)柱面與外柱面同心設置;所述外柱面、內(nèi)柱面對栗浦光全反射，形成栗浦光波導;栗浦光的兩端設置有半導體栗浦模塊的發(fā)光芯片。
[0007]上述發(fā)光芯片是多個，平均分布設置。
[0008]上述外柱面和內(nèi)柱面的表面是光滑平面。
[0009]上述同軸光滑柱面采用金屬材料或非金屬材料。
[0010]金屬材料是銅或鋁。
[0011]本實用新型的優(yōu)點是:
[0012]本實用新型提所涉及的光纖放大器和光纖激光器采用半導體直接栗浦增益光纖的栗浦方案。該栗浦方案具有獨特的栗浦結(jié)構(gòu)，制作工藝簡單、結(jié)構(gòu)緊湊，不破壞光纖結(jié)構(gòu)且易于實現(xiàn)。該栗浦結(jié)構(gòu)具有相對獨立的光纖激光波導和栗浦光波導，栗浦光在栗浦光波導內(nèi)來回反射并多次穿過增益光纖纖芯，極大提高栗浦光耦合效率，同時增益光纖中的栗浦光分布以及熱分布均勻。增益光纖纏繞在具有一定彎曲直徑的光滑柱面上，可將光纖激光高階模濾除掉，使輸出的激光具有更高的光束質(zhì)量。兩同軸光滑柱面采用熱導性好的材料制作，可使光纖激光器或光纖放大器具有高效的熱管理能力。
[0013]該栗浦方案省去了現(xiàn)有光纖激光器必須使用的大功率栗浦耦合器，避免了因使用該器件造成的栗浦光功率損耗，提高了光纖激光器和光纖放大器的能源利用率，同時簡化了光纖激光器和光纖放大器的結(jié)構(gòu)，降低了光纖激光器和光纖放大器的成本。
【附圖說明】
[0014]圖1是全光纖激光器的基本原理圖；
[0015]圖2.1—圖2.2是半導體直接栗浦結(jié)構(gòu)示意圖；
【具體實施方式】
[0016]本實用新型提供了一種半導體直接栗浦增益光纖的光纖激光器以及光纖放大器，區(qū)別于現(xiàn)有的光纖激光器及光纖放大器，本實用新型具有獨特的栗浦方式及結(jié)構(gòu)設計。
[0017]參見圖2.1，圖2.2，將增益光纖I盤繞填充于兩直徑不同的同軸內(nèi)柱面2和外柱面3之間，內(nèi)柱面2和外柱面3是光滑柱面，使之形成光纖激光和栗浦光的兩個波導:增益光纖纖芯是光纖激光波導；內(nèi)、外兩光滑柱面對栗浦光全反射，形成栗浦光波導。半導體栗浦模塊的發(fā)光芯片4直接封裝在栗浦光波導兩端，對增益光纖I進行直接栗浦。增加發(fā)光芯片4的數(shù)量可為光纖激光器提供更高的栗浦光功率，進而能夠提升光纖激光器的輸出功率。
[0018]光纖激光器或光纖放大器工作時，半導體發(fā)光芯片發(fā)射的栗浦光在栗浦波導內(nèi)來回反射，多次穿過增益光纖纖芯，能夠?qū)崿F(xiàn)沿增益光纖長度的均勻栗浦，極大提升了栗浦光的利用率和耦合效率。
[0019]同軸光滑柱面采用熱導性好的材料制作，可使光纖激光器或光纖放大器具有高效的熱管理能力。同時，增益光纖纏繞在具有一定彎曲直徑的光滑柱面上，可將光纖激光高階模濾除掉，從而使輸出的激光具有更高的光束質(zhì)量。
【主權(quán)項】
1.半導體直接栗浦光纖激光器，其特征在于:包括外柱面、內(nèi)柱面以及盤繞在內(nèi)柱面上的增益光纖;所述內(nèi)柱面與外柱面同心設置;所述外柱面、內(nèi)柱面對栗浦光全反射，形成栗浦光波導;栗浦光的兩端設置有半導體栗浦模塊的發(fā)光芯片。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體直接栗浦光纖激光器，其特征在于:所述發(fā)光芯片是多個，平均分布設置。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導體直接栗浦光纖激光器，其特征在于:所述外柱面和內(nèi)柱面的表面是光滑平面。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導體直接栗浦光纖激光器，其特征在于:所述內(nèi)柱面和外柱面采用金屬材料或非金屬材料。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導體直接栗浦光纖激光器，其特征在于:金屬材料是銅或銷O
【專利摘要】本實用新型提供了一種半導體直接泵浦光纖激光器，包括外柱面、內(nèi)柱面以及盤繞在內(nèi)柱面上的增益光纖；內(nèi)柱面與外柱面同心設置；外柱面、內(nèi)柱面對泵浦光全反射，形成泵浦光波導；泵浦光的兩端設置有半導體泵浦模塊的發(fā)光芯片。本實用新型半導體直接泵浦光纖激光器以及采用該泵浦方式的光纖放大器和光纖激光器，制作工藝簡單、結(jié)構(gòu)緊湊，不破壞光纖結(jié)構(gòu)且易于實現(xiàn)。
【IPC分類】H01S3/0941, H01S3/067
【公開號】CN205303937
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】趙保銀, 李剛, 高奇, 趙衛(wèi)
【申請人】中國科學院西安光學精密機械研究所
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2015年12月14日