阅读说明：本技术 一种基于泵浦波长转换的掺铥光纤激光器 (Thulium-doped fiber laser based on pumping wavelength conversion ) 是由 袁哲 刘腾 刘明 薛波新 沈文浩 徐维锋 刘普霞 杨超 于 2019-12-06 设计创作，主要内容包括：本申请提供了一种基于泵浦波长转换的掺铥光纤激光器,所述的激光器包括光纤冷却板、分别安装在光纤冷却板正反两面的第一泵浦源和第二泵浦源、激光谐振腔,所述的激光谐振腔包括光纤耦合器、有源光纤,所述的第一泵浦源和第二泵浦源的输出端连接所述的光纤耦合器的输入端。本申请的一种基于泵浦波长转换的光纤激光器,通过同时配置两种不同泵浦波长,以适应单一掺铥光纤长度,使得在连续模式于准连续模式下都获得优化的光光转换效率,并且能够有效控制光纤过短造成的剩余泵浦光,或避免过长造成的效率低下甚至无法起振等现象。(The application provides a thulium-doped fiber laser based on pumping wavelength conversion, the laser include the optical fiber cooling plate, install first pump source and second pump source, the laser cavity at the positive and negative both sides of optical fiber cooling plate respectively, the laser cavity include fiber coupler, active optical fiber, the output of first pump source and second pump source connect fiber coupler's input. The utility model provides a fiber laser based on pumping wavelength conversion through two kinds of different pumping wavelengths of configuration simultaneously to adapt to single thulium-doped fiber length, make all obtain the light conversion efficiency who optimizes under the quasi-continuous mode at the continuous mode, and can the effective control optic fibre overshort surplus pumping light that causes, or avoid the inefficiency that the overlength caused and can't rise phenomenons such as shake even.)

一种基于泵浦波长转换的掺铥光纤激光器

技术领域

本申请涉及激光技术领域，尤其涉及一种基于泵浦波长转换的掺铥光纤激光器。

背景技术

光纤激光器作为新一代固体激光器，具有高效率、高稳定性、高光束质量等优势，随着近几年的飞速发展，已经在工业、医疗、科研等众多领域得到广泛的应用。在掺铥光纤激光器设计过程中，由于其较为复杂的能级跃迁过程以及很强的再吸收过程，针对不同功率级别的泵浦功率与输出激光功率，需要较为严格的光纤长度设计。该特性使得连续波激光器与相应平均功率下的准连续激光器的转换效率不能在光纤长度上得到很高的统一。

发明内容

本申请要解决的技术问题是提供一种基于泵浦波长转换的掺铥光纤激光器，即通过同时配置两种不同泵浦波长，以适应单一掺铥光纤长度。

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种基于泵浦波长转换的掺铥光纤激光器，所述的激光器包括光纤冷却板、分别安装在光纤冷却板正反两面的第一泵浦源和第二泵浦源、激光谐振腔，所述的激光谐振腔包括光纤耦合器、有源光纤，所述的第一泵浦源和第二泵浦源的输出端连接所述的光纤耦合器的输入端。

优选地，所述的激光谐振腔还包括高反光纤光栅、低反光纤光栅，所述的光纤耦合器的输出端连接所述的高反光纤光栅的输入端，所述的高反光纤光栅的输出端连接所述的有源光纤的输入端，所述的有源光纤的输出端连接所述的低反光纤光栅的输入端。

优选地，所述的光纤冷却板内具有用于冷却的水管，所述的水管的进水口和出水口设置在所述的光纤冷却板的侧边。

优选地，所述的第一泵浦源的泵浦波长为λ1，所述的第二泵浦源的泵浦波长为λ2，所述的有源光纤的长度L为所述的第一泵浦源在功率为P1时的适配长度，同时也是第二泵浦源在功率为P2时的适配长度。

优选地，所述的第一泵浦源的泵浦波长λ1为1560nm±10nm，所述的第二泵浦源的泵浦波长λ2为792nm±4nm，所述的第一泵浦源的输出功率P1为100w，所述的第二泵浦源输出功率P2为500w，所述的有源光纤的长度L为5.4m～6.0m，所述的激光谐振腔的输出中心波长为1940nm。

优选地，所述的激光器还包括一用于对第一泵浦源供电的第一供电模块、用于对第二泵浦源供电的第二供电模块。

优选地，所述的激光器还包括与所述的第一供电模块和第二供电模块信号连接的控制模块，所述的控制模块用于切换第一供电模块和第二供电模块的供电状态。

本申请的一种基于泵浦波长转换的光纤激光器，通过同时配置两种不同泵浦波长，以适应单一掺铥光纤长度，使得在连续模式于准连续模式下都获得优化的光光转换效率，并且能够有效控制光纤过短造成的剩余泵浦光，或避免过长造成的效率低下甚至无法起振等现象。

参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本申请公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本申请的理解，并不是具体限定本申请各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本申请的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本申请。

图1是本申请的激光器的结构示意图；

图2是本申请的激光器的立体结构示意图，

其中：1.光纤耦合器；2.高反光纤光栅；3.低反光纤光栅；4.光纤冷却板；5.有源光纤；6.第一泵浦源；7.第二泵浦源。

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请提供了一种基于泵浦波长转换的掺铥光纤激光器，所述的激光器包括光纤冷却板4、分别安装在光纤冷却板4正反两面的第一泵浦源6和第二泵浦源7、激光谐振腔，所述的激光谐振腔包括光纤耦合器1、有源光纤5，所述的第一泵浦源6和第二泵浦源7的输出端连接所述的光纤耦合器1的输入端。所述的激光谐振腔还包括高反光纤光栅2、低反光纤光栅3，所述的光纤耦合器1的输出端连接所述的高反光纤光栅2的输入端，所述的高反光纤光栅2的输出端连接所述的有源光纤5的输入端，所述的有源光纤5的输出端连接所述的低反光纤光栅3的输入端。所述的光纤冷却板4内具有用于冷却的水管，所述的水管的进水口和出水口设置在所述的光纤冷却板4的侧边。

所述的第一泵浦源6的泵浦波长为λ1，所述的第二泵浦源7的泵浦波长为λ2，所述的有源光纤5的长度L为所述的第一泵浦源6在功率为P1时的适配长度，同时也是第二泵浦源7在功率为P2时的适配长度。

所述的激光器还包括一用于对第一泵浦源6供电的第一供电模块、用于对第二泵浦源7供电的第二供电模块。所述的激光器还包括与所述的第一供电模块和第二供电模块信号连接的控制模块，所述的控制模块用于切换第一供电模块和第二供电模块的供电状态。

在一种优选实施方式中，所述的第一泵浦源6的泵浦波长λ1为1560nm±10nm，所述的第二泵浦源7的泵浦波长λ2为792nm±4nm，所述的第一泵浦源6的输出功率P1为100w，所述的第二泵浦源7输出功率P2为500w，所述的有源光纤5的长度L为5.4m～6.0m，所述的激光谐振腔的输出中心波长为1940nm。

以波长为1940nm泵浦源为例，掺铥光纤激光器输出1940nm附近波长激光时，由于其较为复杂的准三能级粒子能态与极强的在吸收效应，使得在有源光纤5长度优化时，针对一种泵浦光情况下，最优长度是随着设计的最大泵浦功率变化的。这样的特性，使得1940nm附近波段输出的掺铥光纤激光器对于输出的额定峰值功率十分严格，也难以使用单一链路(即单纤产生并输出)的，具备不同峰值功率的激光器产品。

针对某型掺铥光纤激光器，输出为1940nm波长时，泵浦光功率分别为100W，180W，500W情况时，最优光纤长度分别为2.9m，3.6m，5.4m，否则，将降低激光转化效率，并且造成额外的热负担。假设泵浦源的工作状态为20％占空比工作，峰值功率500W的情况，或100W连续工作的情况。尽管两者的平均功率一样，但对于选用2.9m的光纤长度，则泵浦源准脉冲工作模式下，光光效率无法达到最大，若对于选用5.5m的光纤长度，则泵浦源连续工作模式下，光光效率降低且伴随热效应。

为避免该问题，本申请提出使用两种波长泵浦源，对激光器进行泵浦。第一泵浦源6的波长为793nm，第二泵浦源7的波长为1560nm，考虑1560nm的吸收截面约为793nm处的1/2，延用上例，可使用长度5.4m左右的有源光纤5。在准连续工作状态下，使用占空比为20％，峰值功率500W波长793nm泵浦源，在连续工作状态下，使用100W的1560nm连续泵浦源。

本申请的一种基于泵浦波长转换的光纤激光器，通过同时配置两种不同泵浦波长，以适应单一掺铥光纤长度，使得在连续模式于准连续模式下都获得优化的光光转换效率，并且能够有效控制光纤过短造成的剩余泵浦光，或避免过长造成的效率低下甚至无法起振等现象。

该方案的优势是，能够采用单一激光链路，获得连续/准连续两种工作体制并存的掺铥光纤激光器。

需要说明的是，在本申请的描述中，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的申请主题的一部分。