阅读说明：本技术 锁波长97Xnm波段泵浦的线性腔全光纤激光振荡器 (Linear cavity all-fiber laser oscillator with 97Xnm wave band pump ) 是由 韩志刚 梁慧生 朱日宏 陈磊 沈华 于 2020-12-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种锁波长97Xnm波长泵浦的线性腔全光纤激光振荡器包括増益光纤、高反光纤光栅、低反光纤光栅、半导体激光器、泵浦信号合束器、信号传能光纤、泵浦传能光纤和光纤输出端帽；高反光纤光栅、增益光纤、低反光纤光栅通过信号传能光纤依次连接形成光纤激光谐振腔；半导体激光器输出泵浦光经泵浦传能光纤注入泵浦信号合束器,再经信号传能光纤注入到光纤激光谐振腔中；光纤激光谐振腔输出的激光经过与之连接的光纤输出端帽扩束输出。本发明吸收系数较低,可有效降低增益光纤的局部热负荷,提高非线性效应阈值,从而提高振荡器输出功率水平。锁波长泵浦源实现了一定温度范围内泵浦波长的稳定,使得激光器的输出功率稳定性大幅提高。(The invention discloses a linear cavity all-fiber laser oscillator of a wavelength-locked 97Xnm wavelength pump, which comprises an increasing fiber, a high-reflection fiber grating, a low-reflection fiber grating, a semiconductor laser, a pump signal beam combiner, a signal energy transmission fiber, a pump energy transmission fiber and a fiber output end cap; the high-reflection fiber grating, the gain fiber and the low-reflection fiber grating are sequentially connected through the signal energy transmission fiber to form a fiber laser resonant cavity; the output pump light of the semiconductor laser is injected into the pump signal beam combiner through the pump energy transmission optical fiber and then is injected into the optical fiber laser resonant cavity through the signal energy transmission optical fiber; and laser output by the fiber laser resonant cavity is expanded and output through the fiber output end cap connected with the fiber laser resonant cavity. The invention has lower absorption coefficient, can effectively reduce the local heat load of the gain optical fiber and improve the nonlinear effect threshold, thereby improving the output power level of the oscillator. The wavelength-locked pump source realizes the stability of the pump wavelength within a certain temperature range, so that the stability of the output power of the laser is greatly improved.)

锁波长97Xnm波段泵浦的线性腔全光纤激光振荡器

技术领域

本发明属于光纤激光器领域，尤其涉及锁波长97Xnm波长泵浦的线性腔全光纤激光振荡器。

背景技术

光纤激光器一般包括基于单谐振腔的激光振荡器和基于主振荡功率放大结构的激光放大器两类。与主振荡功率放大结构光纤放大器相比，全光纤激光振荡器具有成本低廉、结构紧凑、控制逻辑简单、性能稳定、抗反射回光能力强等优点，在工业加工中有着广泛的应用。

光纤激光振荡器有多种不同的泵浦结构，比如前向泵浦、后向泵浦、双向泵浦、及分布式泵浦。泵浦光源通常为半导体单管激光器或者半导体多管组合光源。泵浦波长较多采用915 nm，975 nm。

在这些大功率激光振荡器中，特别是大功率连续和准连续激光振荡器中，散热和非线性效应问题尤为突出。采用915 nm波长泵浦光纤激光振荡器，其量子亏损大，吸收系数较低，所需光纤长度长，易引起受激拉曼散射效应。采用976 nm波长泵浦光纤激光振荡器，其量子亏损小，光-光转化效率高，吸收系数较高，所需光纤长度短，但局部热负荷明显，导致光纤内易发生模式不稳定现象。

发明内容

本发明目的是提供一种锁波长97Xnm波长泵浦的线性腔全光纤激光振荡器，采用972~974 nm之间的波长进行泵浦，相比于976nm波长泵浦，光纤的局部发热量减少，有效降低了大功率光纤激光器中的模式不稳定问题。泵浦激光器是体布拉格光栅（VBG）外腔半导体激光器，锁波长泵浦源实现了一定温度范围内泵浦波长的稳定，使得激光器的输出功率稳定性大幅提高。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种锁波长97Xnm波长泵浦的线性腔全光纤激光振荡器，包括増益光纤、高反光纤光栅、低反光纤光栅、正向泵浦合束器、反向泵浦合束器、信号传能光纤、泵浦传能光纤、光纤输出端帽和至少2个半导体激光器。所述低反光纤光栅、増益光纤、高反光纤光栅通过信号传能光纤依次连接，形成光纤激光谐振腔，正向泵浦合束器通过信号传能光纤与高反光纤光栅的连接，反向泵浦合束器通过信号传能光纤与低反光纤光栅连接，正向泵浦合束器和反向泵浦合束器分别通过泵浦传能光纤连接不同的半导体泵浦激光器，将半导体泵浦激光器产生的泵浦激光输送到增益光纤的内包层中，在所述线性腔全光纤激光振荡器的大功率输出端熔接光纤输出端帽，光纤输出端帽将激光进行发散，防止回光及光纤端面的热损伤，在所述正向泵浦合束器的信号输入端进行斜切处理。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：（1）采用锁波长97Xnm泵浦源，与976nm波长相比，吸收系数较低，可有效降低增益光纤的局部热负荷，提高非线性效应阈值，从而提高振荡器输出功率水平。

（2）和非锁波长泵浦源相比，锁波长泵浦源实现了一定温度范围内泵浦波长的稳定，使得激光器的输出功率稳定性大幅提高。

（3）改进了光纤熔接点的熔接方法，降低了光纤熔接点附近光纤发热问题，提高了熔接效率。

附图说明

图1为本发明所述的锁波长97Xnm波长泵浦的线性腔全光纤激光振荡器原理图。

图2为镱离子在石英中的吸收光谱图。

图3为976nm波长泵浦的线性腔全光纤激光振荡器增益光纤温度图。

图4为锁波长97Xnm波长泵浦的线性腔全光纤激光振荡器增益光纤温度图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步说明本发明方案。

本发明利用97Xnm波段半导体激光器泵浦线性腔全光纤激光振荡器，获得高功率、高稳定性的光纤激光输出。其量子亏损较小，增益光纤吸收系数较高，所需光纤长度短，有利于非线性效应的抑制（尤其是受激拉曼散射效应）

结合图1，本发明所述的锁波长97Xnm波长泵浦的线性腔全光纤激光振荡器，包括増益光纤4、高反光纤光栅3、低反光纤光栅5、正向泵浦合束器2、反向泵浦合束器6、信号传能光纤、泵浦传能光纤、光纤输出端帽7和至少2个半导体激光器1，N≥1。所述后向光纤光栅5、増益光纤4、前向光纤光栅3通过信号传能光纤依次连接，形成光纤激光谐振腔，正向泵浦合束器2通过信号传能光纤与高反光纤光栅3的连接，反向泵浦合束器6通过信号传能光纤与低反光纤光栅5连接，正向泵浦合束器2和反向泵浦合束器6分别通过泵浦传能光纤连接不同的半导体泵浦激光器1，将半导体泵浦激光器1产生的泵浦激光输送到增益光纤4的内包层中，在所述线性腔全光纤激光振荡器的大功率输出端熔接光纤输出端帽7，光纤输出端帽7将激光进行发散，防止回光及光纤端面的热损伤，在所述正向泵浦合束器2的信号输入端进行斜切处理。

结合图2，为了提高激光器光-光转化效率，改善激光器热效应，提高非线性效应的阈值，需合理选择泵浦波长。从图2中可以看出光谱中存在915 nm和976 nm两个吸收峰，因此掺镱光纤激光器常用的泵浦波长有915 nm和976 nm两种。采用915 nm波长泵浦方案，其量子亏损大，吸收系数较低，所需光纤长度长，易引起非线性效应。采用976 nm波长泵浦方案，其量子亏损小，光-光转化效率高，吸收系数较高，所需光纤长度短，但局部热负荷明显，导致光纤内易发生模式不稳定现象。从理论上讲，与976 nm波长泵浦相比，采用97Xnm波长（972~974 nm）泵浦，量子亏损基本不变，而增益光纤吸收系数小，可在保证激光器光-光转化效率的前提下减小增益光纤内局部热负荷。

用于连接低反光纤光栅5、増益光纤4、高反光纤光栅3的信号传能光纤的熔接点两端的光纤涂覆层的剥皮长度在1cm以内，信号传能光纤的切割角度控制在0.3°以内，降低了熔接点处发热问题，提高了熔接效率。

97Xnm波段镱离子吸收系数受温度影响大，短光纤情况下环境敏感性差，功率受环境温度影响波动大，本发明采用体布拉格光栅（VBG）作为半导体激光器的外腔，可以使得半导体激光器在线偏移方面有着较大的提高，可以在5－10℃的范围内稳定工作。

实施例

为了验证本发明方案的有效性，进行如下实验。

后向光纤光栅5、増益光纤4、前向光纤光栅3通过信号传能光纤依次连接，形成光纤激光谐振腔。光纤光栅中心波长为 1080 nm，高反射和低反射光栅的反射率分别为~99%和~10%，增益光纤的结构参数为20/400 μm。使用合束器将泵浦光耦合注入到谐振腔中。谐振腔输出激光经端帽（QBH）输出。热像仪测谐振腔温度，功率计测激光器的输出功率，光谱仪通过测散射光的方法测输出光的光谱。实验研究的泵浦波长有976 nm和97Xnm，它们的吸收系数不同，所需增益光纤长度不同。通过功率计测得的输出功率大小分析915 nm、976 nm和97Xnm波长泵浦下激光器光-光转化效率差异；通过热像仪测得的增益光纤温度大小分析976 nm和97Xnm波长对激光器增益光纤局部热负荷的影响；通过光谱仪测得的光谱分析976nm和97Xnm波长对激光器非线性效应的影响。

结合图3和图4，经过实验测试后，泵浦功率均为700W时，976 nm波长泵浦的光纤激光振荡器谐振腔温度最高为34℃，97Xnm波长泵浦的光纤激光振荡器谐振腔温度最高为31℃。本发明方法可有效降低增益光纤的局部热负荷，提高非线性效应阈值，从而提高振荡器输出功率水平。