一種大功率微片激光器裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)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(xué)耦合系統(tǒng)、被動(dòng)調(diào)Q微芯片、用于聚焦輸出的凸透鏡、反射鏡、第一準(zhǔn)直器、以及合束器，所述合束器設(shè)有準(zhǔn)直輸入端、泵浦光輸入端、以及合束輸出端，合束器準(zhǔn)直輸入端與第一準(zhǔn)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(yù)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(chǎng)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(zhǔn)直器。本案實(shí)現(xiàn)了全光纖條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，大大提高整個(gè)大功率微片激光器裝置工作的穩(wěn)定性，使其能夠滿(mǎn)足工業(yè)應(yīng)用的條件。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種大功率微片激光器裝置
[【技術(shù)領(lǐng)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(zhǎng)的高精度微加工市場(chǎng)的需求對(duì)激光器脈沖的峰值功率和重復(fù)頻率提出了更高的要求，納秒脈沖激光器一般無(wú)法滿(mǎn)足精細(xì)加工的要求。在過(guò)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(guò)降低重復(fù)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(guò)再生放大器，這樣往往導(dǎo)致系統(tǒng)體積龐大，復(fù)雜度高，價(jià)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(guān)注。這些優(yōu)點(diǎn)對(duì)于工業(yè)材料加工激光器來(lái)說(shuō)尤為重要。
[0003]1994年麻省理工大學(xué)，J.J.Zayhowski等人提出了被動(dòng)調(diào)Q微芯片皮秒激光器的原理，并且實(shí)現(xiàn)了重復(fù)頻率為6kHz，脈沖寬度為337ps的激光輸出。近年來(lái)，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(dǎo)體吸收體作為微芯片激光器的可飽和吸收體，可以將重復(fù)頻率提高到100kHz，脈沖寬度可以達(dá)到10ps以下，但是利用這種方法無(wú)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(diǎn)。為了使得微芯片激光器應(yīng)用于工業(yè)加工中，利用增益光纖對(duì)微芯片信號(hào)進(jìn)行放大是一個(gè)主流的辦法。在國(guó)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(dǎo)體可飽和吸收體的微芯片激光器放大，獲得了重復(fù)頻率為105kHz，脈寬85ps的脈沖輸出，峰值功率達(dá)到3MW。在國(guó)內(nèi)，深圳大學(xué)激光工程深圳重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室利用大模場(chǎng)雙包層增益光纖放大皮秒脈沖光源，獲得重復(fù)頻率為6.7kHz的700ps光纖激光器。目前對(duì)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(wú)法克服的困難:
[0004]1、信號(hào)光和泵浦光的耦合效率低，造成資源的浪費(fèi)；
[0005]2、激光器對(duì)工作環(huán)境的穩(wěn)定性要求苛刻，外界的擾動(dòng)容易丟失耦合，給激光器的工業(yè)應(yīng)用帶來(lái)很大的困難。
[0006]因此，有必要解決如上問(wèn)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(shí)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(xué)耦合系統(tǒng)
2、被動(dòng)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(zhǔn)直器6、以及合束器7,所述合束器7設(shè)有準(zhǔn)直輸入端、泵浦光輸入端、以及合束輸出端，合束器7準(zhǔn)直輸入端與第一準(zhǔn)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(yù)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(chǎng)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(zhǔn)直器14。
[0010]所述被動(dòng)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(guò)鍵合而成，其中，Nd:YAG激光晶體靠近光學(xué)耦合系統(tǒng)2偵U。
[0011]所述光學(xué)耦合系統(tǒng)2包括順次連接在第一泵浦光源I與被動(dòng)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(hù)鏡23、以及用于將激光聚焦輸出到被動(dòng)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(zhǎng)為808nm，所述第一凸透鏡22焦距為30nm，所述高反高透保護(hù)鏡23為波長(zhǎng)808nm高反、波長(zhǎng)1064nm高透的保護(hù)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(zhǎng)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(jìn)行放大。
[0013]所述摻鐿增益光纖芯徑為30微米，采用兩個(gè)25W的915nm多模泵浦進(jìn)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(dòng)調(diào)Q微芯片種子源輸出信號(hào)通過(guò)第一準(zhǔn)直器、合束器耦合到小芯徑雙包層增益光纖進(jìn)行預(yù)放大，然后利用光纖模場(chǎng)適配器將信號(hào)光輸入大芯徑多模雙包層光纖放大器中，實(shí)現(xiàn)了全光纖條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，大大提高整個(gè)大功率微片激光器裝置工作的穩(wěn)定性，使其能夠滿(mǎn)足工業(yè)應(yīng)用的條件；
[0016]2、第一泵浦光源與被動(dòng)調(diào)Q微芯片之間通過(guò)光學(xué)耦合系統(tǒng)進(jìn)行耦合，所述光學(xué)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(hù)鏡、以及用于將激光聚焦輸出到被動(dòng)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(hào)光；
[0017]3、被動(dòng)調(diào)Q微芯片與第一準(zhǔn)直器之間設(shè)置有用于聚焦輸出的凸透鏡、反射鏡，便于對(duì)信號(hào)光的準(zhǔn)直，提高第一準(zhǔn)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(shè)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(shè)置光纖隔離器便于后面光路反射光的隔離、設(shè)置光纖模場(chǎng)適配器便于模場(chǎng)間適配作用。
[【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)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(shí)間的變化曲線(xiàn)圖。
[【具體實(shí)施方式】]
[0022]以下結(jié)合附圖通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明特征及其它相關(guān)特征作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)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(xué)率禹合系統(tǒng)2、被動(dòng)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(zhǔn)直器6、以及合束器7，所述合束器7設(shè)有準(zhǔn)直輸入端、泵浦光輸入端、以及合束輸出端，合束器7準(zhǔn)直輸入端與第一準(zhǔn)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(yù)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(chǎng)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(zhǔn)直器14。
[0024]所述被動(dòng)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(guò)鍵合而成，其中，Nd:YAG激光晶體靠近光學(xué)耦合系統(tǒng)2偵U。
[0025]所述光學(xué)耦合系統(tǒng)2包括順次連接在第一泵浦光源I與被動(dòng)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(hù)鏡23、以及用于將激光聚焦輸出到被動(dòng)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(zhǎng)為808nm，所述第一凸透鏡22焦距為30nm，所述高反高透保護(hù)鏡23為波長(zhǎng)808nm高反、波長(zhǎng)1064nm高透的保護(hù)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(zhǎng)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(jìn)行放大。
[0027]所述摻鐿增益光纖芯徑為30微米，采用兩個(gè)25W的915nm多模泵浦進(jìn)行泵浦。
[0028]本案的工作過(guò)程如下:
[0029]第一泵浦光源I輸出波長(zhǎng)為808nm的泵浦光經(jīng)過(guò)光學(xué)耦合系統(tǒng)2進(jìn)入被動(dòng)調(diào)Q微芯片3中，利用被動(dòng)調(diào)Q激光原理產(chǎn)生重復(fù)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(zhǔn)直器6、合束器7耦合到小芯徑雙包層增益光纖9進(jìn)行預(yù)放大，小芯徑雙包層增益光纖9芯徑為10微米，預(yù)放大采用功率為6W、波長(zhǎng)為976nm的第二泵浦光源8，輸出功率為1.6W，預(yù)放大后經(jīng)過(guò)泵浦泄露裝置10、光纖隔離器11、光纖模場(chǎng)適配器12進(jìn)入大芯徑多模雙包層光纖放大器13進(jìn)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(gè)25W的915nm多模泵浦同時(shí)泵浦，最后通過(guò)準(zhǔn)直隔離輸出頭13準(zhǔn)直輸出，當(dāng)泵浦功率為30W時(shí)，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(gè)激光器系統(tǒng)連續(xù)工作8小時(shí)，測(cè)量系統(tǒng)的輸出功率隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)，如圖3所示，輸出功率波動(dòng)在2%以?xún)?nèi)。
[0030]如上所述，本案保護(hù)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(yīng)示為落入本案的保護(hù)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(xué)耦合系統(tǒng)(2)、被動(dòng)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(zhǔn)直器(6)、以及合束器(7)，所述合束器(7)設(shè)有準(zhǔn)直輸入端、泵浦光輸入端、以及合束輸出端，合束器(7)準(zhǔn)直輸入端與第一準(zhǔn)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(yù)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(chǎng)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(zhǔn)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(dòng)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(guò)鍵合而成，其中，Nd:YAG激光晶體靠近光學(xué)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(xué)耦合系統(tǒng)(2)包括順次連接在第一泵浦光源(I)與被動(dòng)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(hù)鏡(23)、以及用于將激光聚焦輸出到被動(dòng)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(zhǎng)為808nm，所述第一凸透鏡(22)焦距為30nm，所述高反高透保護(hù)鏡(23)為波長(zhǎng)808nm高反、波長(zhǎng)1064nm高透的保護(hù)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(zhǎng)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(jìn)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(gè)25W的915nm多模泵浦進(jìn)行泵浦。
【文檔編號(hào)】H01S3/10GK104051939SQ201410328578
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)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(guān)玉, 朱海波, 周亮, 云志強(qiáng) 申請(qǐng)人:廣東量澤激光技術(shù)有限公司