本發(fā)明是一種集成高功率全光纖器件，屬于激光領(lǐng)域，尤其涉及高功率全光纖激光器。

技術(shù)背景

高功率全光纖激光器由于其光束質(zhì)量好、集成度高、轉(zhuǎn)換效率高等諸多的優(yōu)異特性，近年來(lái)在工業(yè)加工、國(guó)防軍事、醫(yī)療、3D打印等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。隨著高功率光纖激光器應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，對(duì)光纖激光器的輸出功率和光束質(zhì)量的要求越來(lái)越高。如汽車、飛機(jī)、大型船舶的制造業(yè)中，對(duì)厚金屬板的激光成型、焊接和切割等加工，需要光纖激光器的輸出功率達(dá)到千瓦級(jí)乃至萬(wàn)瓦級(jí)。

但是在高功率光纖激光器的制造中，受高功率光纖器件承受能力、熔接點(diǎn)的處理工藝、高亮度泵浦源的功率、整體集成的穩(wěn)定性等因素制約，目前單纖的功率在千瓦量級(jí)。目前只有少數(shù)公司可以的生產(chǎn)2kW以上的光纖激光器，也只有少數(shù)公司掌握著高功率全光纖器件的技術(shù)，如ITF公司，而且商業(yè)化的高功率全光纖器件都是分立制作和出售。如高功率光纖光柵、高功率泵浦合束器、高功率模式濾除器、光纖輸出端帽等都是分立制作，各器件的尾纖都在1～2m的長(zhǎng)度，且在選擇器件的時(shí)候需要考慮各器件尾纖數(shù)值孔徑和纖徑的匹配性。此外，在制作高功率光纖激光器時(shí)需要將各個(gè)器件通過(guò)熔接鏈接，在制作工程化或者商業(yè)化的光纖激光器需要將各個(gè)熔接點(diǎn)涂覆，并加以冷卻或者封裝保護(hù)，這樣既增加了光纖激光器的傳輸光纖的長(zhǎng)度，降低非線性效應(yīng)的閾值，又使得光纖激光器的集成度降低，同時(shí)還有熔點(diǎn)損耗導(dǎo)致的激光泄露和散熱等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決技術(shù)背景中存在的問(wèn)題以及目前高功率全光纖器件存在的技術(shù)缺陷，提供一種集成高功率全光纖器件。

一種集成高功率全光纖器件，包括高功率泵浦合束器和高功率光纖光柵，其特征在于，所述的高功率泵浦合束器的信號(hào)纖和高功率光纖光柵的柵區(qū)在同 一根無(wú)源雙包層光纖上，所述的高功率泵浦合束器件的泵浦纖為封裝好的光纖及端帽，能夠直接插拔在高功率半導(dǎo)體激光的輸出端上。

所述的高功率光纖光柵的柵區(qū)與高功率泵浦合束器的信號(hào)纖為同一根光纖。

所述的高功率泵浦合束器件為N×1型，N小于19，N為正整數(shù)。

所述的高功率泵浦合束器件還可以為(N+1)×1型，N小于19，N為正整數(shù)。

所述的光纖都為無(wú)源低損耗光纖。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高，易于集成，免維護(hù)，可以根據(jù)實(shí)際需要選擇不同參數(shù)的器件集成組合實(shí)現(xiàn)所需的功能，此外該集成高功率全光纖器件可以實(shí)行商業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1本發(fā)明實(shí)施例一結(jié)構(gòu)示意圖，為N×1型高功率泵浦合束器與高功率光纖光柵集成全光器件結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例二結(jié)構(gòu)示意圖，(N+1)×1型高功率泵浦合束器與高功率光纖光柵集成全光器件結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，20為泵浦臂尾纖，30為，N×1型高功率泵浦合束器，40為雙包層光纖，50為高功率光纖光柵，60為(N+1)×1型高功率泵浦合束器。

具體實(shí)施方法

一種集成高功率全光纖器件，包括高功率泵浦合束器和高功率光纖光柵，其特征在于，所述的高功率泵浦合束器的信號(hào)纖和高功率光纖光柵的柵區(qū)在同一根無(wú)源雙包層光纖上，所述的高功率泵浦合束器件的泵浦纖為封裝好的光纖及端帽，能夠直接插拔在高功率半導(dǎo)體激光的輸出端上。

所述的高功率光纖光柵的柵區(qū)與高功率泵浦合束器的信號(hào)纖為同一根光纖。

所述的高功率泵浦合束器件為N×1型，N小于19，N為正整數(shù)。

所述的高功率泵浦合束器件還可以為(N+1)×1型，N小于19，N為正整數(shù)。

所述的光纖都為無(wú)源低損耗光纖。

結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做如下詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明的集成高功率全光纖器件，其結(jié)構(gòu)包括N×1型高功率泵浦合束器30和高功率光纖光柵50。N×1型高功率泵浦合束器30的信號(hào)纖和高功率光纖光柵50的柵區(qū)在一根無(wú)源雙包層光纖40上。

采用如圖1所示的結(jié)構(gòu)，N×1型高功率泵浦合束器30與高功率光纖光柵50組合。其中1～N(N＜19)為封裝好的端帽，其可以直接插入到半導(dǎo)體激光器內(nèi)，作為半導(dǎo)體激光器的輸出端，可以省去半導(dǎo)體激光器輸出尾纖與高功率泵浦合束器30的尾纖的熔接步驟，采用插拔式的設(shè)計(jì)，可以提高器件的靈活性，真正實(shí)現(xiàn)模塊化，便于實(shí)際制作生產(chǎn)高功率光纖激光器。封裝好的端帽1～N，其一端作為半導(dǎo)體激光器的輸出端，另外一端與N×1型高功率泵浦合束器30的泵浦臂尾纖20的一端熔接。泵浦臂尾纖20外套保護(hù)套管，提高器件的安全性。泵浦臂尾纖20合束拉錐以后與雙包層光纖40低損耗熔接，將該熔接區(qū)域用金屬元件封裝好即是N×1型高功率泵浦合束器30，其中泵浦臂尾纖20纖徑一般是200/220μm，200/240μm等規(guī)格的傳能光纖，雙包層光纖40纖徑一般是20/400μm，25/400μm，30/400μm 30/250μm，30/600μm等規(guī)格的傳能光纖。一般N×1常用的規(guī)格有2×1，4×1，7×1，19×1，可以根據(jù)實(shí)際需求選擇規(guī)格，每個(gè)泵浦臂能長(zhǎng)時(shí)間承受200W以上的泵浦功率。

封裝好N×1型高功率泵浦合束器30后，在其另外一端雙包層光纖40的20～50cm處刻寫(xiě)所需的高功率光纖光柵50。因受本N×1型高功率泵浦合束器30的制約，一般刻寫(xiě)的高功率光纖光柵50都為高反光柵，反射率反射率≥99％。并將高功率光纖光柵使用金屬封裝后，并在光纖光柵的另外一端留有80～200cm長(zhǎng)度的雙包層光纖40即形成集成高功率全光纖器件，整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。本結(jié)構(gòu)集成高功率全光纖器件可用于高功率光纖激光器諧振腔的反饋端。

采用如圖2所示的結(jié)構(gòu)，(N+1)×1型高功率泵浦合束器60與高功率光纖光柵50組合。與圖1所示的結(jié)構(gòu)不同之處在于高功率的泵浦合束器，該方案為(N+1)×1型高功率泵浦合束器60，與N×1型高功率泵浦合束器30不同之處在于其兩端都有信號(hào)纖，這種(N+1)×1型高功率泵浦合束器60既可以做正向泵浦用也可以作為反向泵浦的合束器。該結(jié)構(gòu)集成高功率全光纖器件不僅可以作為高功率光纖激光器諧振腔的輸出端，也可以作為種子源與放大級(jí)之間過(guò)度 鏈接部分。

(N+1)×1型高功率泵浦合束器60與高功率光纖光柵50組合。其中1～N(N＜19)為封裝好的端帽，其功能特性和圖1結(jié)構(gòu)的端帽相同，另外一端與泵浦臂尾纖20鏈接。該(N+1)×1型高功率泵浦合束器60不同之處在于制作(N+1)×1型高功率泵浦合束器60過(guò)程中，需將其信號(hào)纖也即雙包層光纖40與泵浦臂尾纖20一同拉錐，然后低損耗熔接到同一雙包層光纖40上。將拉錐區(qū)域用金屬元件封裝后即形成(N+1)×1型高功率泵浦合束器60。雙包層光纖40與泵浦臂尾纖20同一端的部分在反饋端時(shí)可以用作高功率光纖激光器的返回光的監(jiān)測(cè)，也可以在輸出端時(shí)候作為高功率光纖激光器的功率輸出端。同樣，泵浦臂尾纖20外加保護(hù)套管，保護(hù)尾纖以提高器件的安全性。

在(N+1)×1型高功率泵浦合束器60的合束端的20～40cm雙包層光纖40處刻寫(xiě)高功率光纖光柵40，該處高功率光纖40的反射率根據(jù)實(shí)際需求選擇。如該集成高功率全光纖器件作為反饋端時(shí)，高功率光纖光柵40的反射率選擇高反射率的，反射率≥99％；如該集成高功率全光纖器件作為輸出端時(shí)，高功率光纖光柵的反射率選擇低反射率的，反射率可選擇在5～50％之間。同樣高功率光纖光柵需要用金屬元件封裝。在光纖光柵的另外一端留有80～200cm長(zhǎng)度的雙包層光纖40即形成本方案集成高功率全光纖器件。本方案中的光纖纖徑參數(shù)與圖1方案中的要求相同。

本發(fā)明的集成高功率全光纖器件既可以用于高功率連續(xù)波光纖激光器，也適用于高功率脈沖光纖激光器。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上實(shí)施方法僅是用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，而并非作為對(duì)本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的范圍內(nèi)，對(duì)以上實(shí)例的變化、變型都將落在本發(fā)明的保護(hù)范圍。例如權(quán)利要求1的高功率泵浦合束器的簡(jiǎn)單形式變型，都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

發(fā)明公開(kāi)一種集成高功率全光器件，將高功率泵浦合束器和高功率光纖光柵集成到一個(gè)光纖器件上。這樣減少高功率光纖激光器內(nèi)的熔點(diǎn)數(shù)，縮減了光纖長(zhǎng)度，提高全光纖激光器的集成度，并提高了非線性效應(yīng)的閾值，一定程度上避免了非線性效應(yīng)。從整體上保證了光纖器件的一致性，可以提高高功率光纖激光器的穩(wěn)定性。

在高功率光纖激光器領(lǐng)域，全光纖器件的集成度和承受功率水平制約著高功 率光纖激光器的輸出功率。目前，實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)中采用的都是分立器件，需要將各個(gè)器件通過(guò)光纖熔接機(jī)熔接實(shí)現(xiàn)集成，這樣增加了光纖的長(zhǎng)度，也增加了熔點(diǎn)個(gè)數(shù)。在光纖激光器的封裝過(guò)程中需要將各熔點(diǎn)涂覆或單獨(dú)封裝加以保護(hù)。本發(fā)明公開(kāi)一種集成高功率全光纖器件，將高功率泵浦合束器和高功率光纖光柵集成到一個(gè)光器件上，同時(shí)泵浦合束器的泵浦臂采用插拔式結(jié)構(gòu)，不用再與半導(dǎo)體激光器的尾纖熔接。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，提高光纖激光器的集成度，縮短光纖的長(zhǎng)度，提高高功率光纖激光器的非線性效應(yīng)閾值，增加高功率光纖激光器的穩(wěn)定性。

一種集成高功率全光纖器件，其結(jié)構(gòu)包括高功率泵浦合束器和高功率光纖光柵。

所述的高功率泵浦合束器的信號(hào)纖和高功率光纖光柵的柵區(qū)在一根無(wú)源雙包層光纖上。所述的高功率泵浦合束器件為N×1或(N+1)×1型，N小于19。

所述的高功率泵浦合束器的泵浦纖單臂能承受200W以上的泵浦光。所述的高功率泵浦合束器件的泵浦纖為封裝好的光纖及端帽，可以直接插拔一些高功率半導(dǎo)體激光的輸出端。如SMA0.5Q的光纖和端帽接頭可直接插入Dilas的高功率半導(dǎo)體激光器。

所述的高功率光纖光柵的柵區(qū)與高功率泵浦合束器信號(hào)纖在同一根光纖上。

所述的高功率光纖光柵可以承受kW級(jí)的激光功率。

所述的集成高功率全光纖器件，采用的光纖都為無(wú)源低損耗光纖。

將高功率泵浦合束器與高功率光纖光柵集成到一個(gè)全光器件上，消除以往各器件之間的熔接鏈接。此外，泵浦合束器可以根據(jù)需要選擇N×1或(N+1)×1型，高功率光纖光柵可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要選擇高反或低反光柵。選擇高反光柵該器件可以作為光纖激光器的反饋端；選擇(N+1)×1型高功率泵浦合束器和高功率低反光柵可以作為高功率光纖激光器的輸出端。根據(jù)實(shí)際需要選擇不同類型的器件組合可以實(shí)現(xiàn)不同的功能，選擇本發(fā)明的高功率全光纖器件，整個(gè)光纖激光器諧振腔部分僅需兩個(gè)熔點(diǎn)即可，一個(gè)是反饋端的集成高功率全光纖器件與增益光纖的熔點(diǎn)，另一個(gè)是輸出端的集成高功率全光纖器件與增益光纖的熔點(diǎn)。這兩個(gè)熔點(diǎn)無(wú)法消除是由于無(wú)源器件和增益光纖之間的熔點(diǎn)無(wú)法避免。