專利名稱：主動鎖相多芯相干包層泵浦大功率光纖激光器及制備方法
技術領域：
本發明涉及一種主動鎖相多芯相干包層泵浦大功率光纖激光器及制備方法， 有源多芯包層泵浦光纖以及光纖光柵的定點寫入技術，尤其是主動鎖相多芯相干 包層泵浦大功率光纖激光器，屬于大功率激光器、特種光纖、光纖激光組束以及 光電子器件領域。
技術背景稀土摻雜光纖領域是當前光學中一個嶄新的分支，稀土離子的增益特性結合 光纖的優點，發展出了很多結構緊湊、效率高的器件，特別是稀土摻雜光纖激光 器得到了前所未有的高速發展。摻鐿包層泵浦光纖激光器可以實現高功率高光束 質量的激光輸出，是當前國際上研究的一大熱點。高功率光纖激光器將半導體激光器泵浦技術和雙包層光纖摻雜制造技術有機結合起來，吸收兩者優勢，將高功率、低亮度、廉價的多模LD光通過泵浦雙包層 光纖結構，實現高亮度、衍射受限的單模激光輸出，大大提高了耦合及轉換效率， 增加了輸出激光功率。光纖激光器只消耗相當于1%的燈泵激光器所需電能，同時 其效率是半導體泵固體激光器(Nd激光系統)的兩倍以上。更高的效率、更長的 使用壽命、更少的維護結合起來使得光纖激光器擁有者的成本富有極強的吸引力。 光纖激光器以其卓越的性能和低廉的價格，在光纖通信、工業加工、醫療、 軍事等領域取得了日益廣泛的應用。盡管在實驗室已經實現單個光纖輸出超過 lkW的單模激光，但是隨著激光技術應用的發展，以及材料加工、空間通信、激 光雷達、光電對抗、激光武器等的發展，需要高功率、高質量、高強度的激光， 要求單模輸出功率達到MW甚至GW量級；由于受到非線性、結構因素和衍射極 限的限制，且隨著功率的增加，光束質量變差。因此需要組束技術，實現大功率、高質量的激光輸出。激光組束分為相干組束和非相干組束。非相干組束是通過多個相近激光波長 在近場或遠場獲得光場的疊加，可以提高激光亮度，但是光束質量嚴重變差，且 效率低下。多路激光束通過相干疊加，輸出很亮的激光，同時光束的N^因子保持不變， 因此利用光纖激光器結構簡單、體積小、使用靈巧采用相干組束實現大功率高質 量的激光，在光電對抗和導彈防御等軍事、大型設備精密加工工業以及核聚變點 火中發揮重要作用，使得光纖激光相干組束受到廣泛的重視，具有廣闊的市場前學多芯光纖自組裝 一根共用的內包層中類光子晶體樣排列多個摻雜單模光纖， 這些纖芯直徑和摻雜參數相同，芯芯之間距離為微米量級，同時芯芯排列成環形、 矩形等規則幾何形狀，泵浦光對所有的纖芯同時泵浦，在光纖的輸出端就可以獲 得多路激光。多路激光束之間距離很近并且規則排列，在傳輸過程中各個芯內的 激光束通過瞬逝波產生耦合，實現被動鎖相。這種自組織多芯光纖激光器，其各 個纖芯的一致性要求及其苛刻，其同相位輸出是靠各個纖芯的參數的高度一致性 來保證的，工藝實現及其困難，目前還沒有大功率光纖激光器用此類光纖的報道；而且被動鎖相，某個芯的作用占主導是隨機的，容易造成波長漂移及其功率波動， 不利于應用。發明內容為了克服已有的自組裝多芯被動鎖相光纖激光器的不足，本發明提供一種主 動鎖相多芯相干包層泵浦光纖激光器及制備方法。 本發明的目的是通過以下技術方案實現的。一種主動鎖相多芯相干包層泵浦光纖激光器制備方法，包括以下步驟； 截取適當的多芯光纖長度，多芯光纖的一端鍍高反射率的膜，這種膜對于要激射的激光波長是高反射的，但是對于泵浦光的波長是全透過的；多芯光纖的另 外一端，切割平整，在這一端中的一個纖芯中寫入光柵，光柵反射的波長與鍍膜 所高反射的波長對應， 一起構成主諧振腔。當泵浦光耦合進入多芯光纖時，主諧振的光纖增益系數高，在光柵波長上實 現振蕩激射激光，其它的纖芯通過協同耦合，諧振在主諧振的波長上，整個多芯 光纖產生的激光被主諧振腔鎖定，完成主動鎖相。一種主動鎖相多芯相干包層泵浦光纖激光器，利用有源介質制作纖芯，纖芯 之間可以按照一定規律排列，也可以任意方式排列；纖芯之間距離在滿足協同耦 合的情況下，可大可小；纖芯的數量可以根據需要可多可少。在多芯光纖的一端 鍍膜；另外一端切割平整，只有其中的一個纖芯寫入光柵，與鍍膜面一起構成主 諧振腔，起主動諧振鎖相的功能，不需要添加額外的鎖相反饋控制系統。 本發明的有益效果具體如下所述多芯光纖激光器不需要額外的相位控制器件。已有的主動鎖相的多個光 纖激光器組束，需要復雜的相干檢測，復雜的反饋控制系統來保證各個光纖激光 器之間相位的一致。造成系統復雜，元件眾多，可靠性低，成本高。所述多芯光纖激光器由于采用主動鎖相，主諧振纖芯產生強烈的振蕩，通過 協同耦合，其它纖芯被主動諧振在主諧振腔的波長上。其它纖芯的參數選擇可以 放得很寬，不像被動鎖相的多芯光纖激光器，大大降低了對多芯光纖的要求，簡 化了制作工藝，使所述多芯光纖激光器更容易實現，提高了性價比。本發明可以大大降低被動鎖相多芯光纖激光器對多芯光纖一致性要求，簡化 了多芯光纖制作工藝要求，也簡化了以往主動鎖相光纖激光器的復雜反饋控制系 統。本發明還具有受環境影響小、結構緊湊、易于實施等特點。


圖1為多芯相干光纖激光器腔示意圖。 圖l中ll為多芯光纖的一個端面；圖l中12為多芯光纖的另外一個端面；圖l中21為多芯光纖中的一個纖芯；圖l中22為多芯光纖中的最中心的纖芯；圖l中23為多芯光纖中的外包層。 圖2為19芯的多芯相干光纖激光器示意圖。圖2中ll為多芯光纖的一個端面；圖2中12為多芯光纖的另外一個端面；圖2中21為多芯光纖中的一個纖芯；圖2中22為多芯光纖中的最中心的纖芯；圖2中23為多芯光纖中的外包層；圖2中31為半導體泵浦激光器；圖2中32為多芯光纖激光器輸出的激光。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步描述。 實施例h利用多芯光纖制作多芯主動鎖相光纖激光器。方案一，如圖1所示，在多芯光 纖的ll端端面鍍高反射的膜，高反射膜對哪個波長起高反射，由需要來決定，可 以鍍不同反射波長的高反射膜；在多芯光纖的12端端面切割平整，把多芯光纖中 位于中心的纖芯寫入光柵，光柵的波長根據需要激發的波長來選擇，在12端端面 的其余纖芯上不寫入光柵。最中心的光纖纖芯構成主諧振腔。方案二，如圖1所示，在多芯光纖的ll端端面內的所有纖芯中寫入高反射率的 光柵，高反射光柵對哪個波長起高反射，由需要來決定，可以寫入不同波長的高 反射率光柵，這個光柵可以是寬帶的，也可以是窄帶的；在多芯光纖的12端端面 切割平整，把多芯光纖中位于多芯光纖中心的纖芯寫入光柵，光柵的波長根據需 要激發的波長來選擇，在12端端面的其余纖芯上不寫入光柵，這個光柵的波長也與ll端的波長匹配。最中心的光纖纖芯構成主諧振腔。主諧振腔的制作是關鍵，激光器工作時，主諧振腔起振，由于多芯光纖之間距 離很近，芯芯之間能夠協同耦合起振，迫使其它的纖芯同主諧振腔芯同步，鎖定 在主諧振波長上，完成主動鎖相。實施例2:本發明不涉及泵浦方式，可以采用端面泵浦、側面泵浦以及耦合器泵浦等，這些均為專利持有人或者文獻報道者所擁有。實施例2中采用的摻雜光纖為摻鐿光纖，在多芯光纖中構造諧振腔。 如圖2所示，為采用端面泵浦耦合的一種主動鎖相多芯相干光纖激光器。具體實施方案如下步驟l、 準備多芯包層泵浦光纖。多芯光纖長度根據摻雜濃度、泵浦功率以及光 纖本底損耗決定。步驟2、 如圖2所示，把多芯包層泵浦光纖的端面ll、端面12處理平整。 歩驟3、在端面ll鍍對激光器諧振波長高反射的膜，對975nm等泵浦光高透過率 的膜。步驟4、 在靠近端面12的纖芯的最中間的纖芯22寫入光柵，但是同端的其它芯不 寫入光柵。步驟5、 寫入光柵的芯起主導作用，通過協同耦合，使其它的芯諧振在主芯構成 的腔的諧振波長上。歩驟6、 泵浦激光器31通過多芯光纖端面11輸入，產生的激光通過端面12輸出激 光32。步驟7、 輸出的多芯相干激光可以直接輸出應用，也可以進一步處理后再使用。 實施例3:本發明不涉及泵浦方式，可以采用端面泵浦、側面泵浦以及耦合器泵浦等，這 些均為專利持有人或者文獻報道者所擁有。實施例3中采用的摻雜光纖為摻鐿光纖，在多芯光纖中構造諧振腔。 如圖2所示，為采用端面泵浦耦合的一種主動鎖相多芯相干光纖激光器。具體 實施方案如下步驟l、 準備多芯包層泵浦光纖。多芯光纖長度根據摻雜濃度、泵浦功率以及光 纖本底損耗決定。步驟2、 如圖2所示，把多芯包層泵浦光纖的端面ll、端面12處理平整。 步驟3、在端面ll中所有的纖芯中寫入光柵，寫入的光柵反射波長相同。 步驟4、 在靠近端面12的纖芯的最中間的纖芯22寫入光柵，但是同端的其它芯不 寫入光柵。步驟5、 在端面U寫入的光柵與端面12寫入光柵的纖芯構成主諧振腔，通過協同耦合，使其它的芯諧振在主芯構成的腔的諧振波長上。 步驟6、 泵浦激光器31通過多芯光纖端面11輸入，產生的激光通過端面12輸出激光32。輸出的多芯相干激光可以直接輸出應用，也可以進一步處理后使用。 實施例4:采用多芯包層泵浦光纖，多芯光纖構成的光纖激光器腔一端的具有高的反 射，另一端采用選擇性的高反射，只有起主諧振的腔的纖芯具有高反折射，起主 諧振的作用；其它的纖芯采用低反射，透過協同耦合，被主動鎖相在主動諧振的 激光波長上。多芯包層光纖為增益介質摻雜纖芯的多芯包層光纖，所述多芯包層光纖的任 意單個芯內包層為一種非圓形矩形、或D型、或圓角矩形、或六邊形、或八邊形多芯包層光纖每根纖芯為增益介質摻雜纖芯的雙包層纖芯，增益介質或對光 泵浦或者電泵浦的元素摻雜。不局限于實施例中提到的摻鐿作為增益介質。多芯包層光纖每根纖芯為增益介質摻雜纖芯的雙包層纖芯，增益介質為相同 的摻雜，或為不同的摻雜。多芯包層光纖每根纖芯為增益介質摻雜纖芯的雙包層纖芯，其內包含的纖芯 數量為任意的，可以根據需要決定多芯光纖由多少個纖芯構成。不局限于前文提到的作為范例的19芯。多芯包層光纖每根纖芯為增益介質摻雜纖芯的雙包層纖芯，每根纖芯之間的 形狀安排可以是任意的，不局限于特定的形狀，或為異型或非異型。多芯包層光纖每根纖芯為增益介質摻雜纖芯的雙包層纖芯，每根纖芯之間的 距離間隔可以為任意的，不局限于特定的間隔。動鎖相多芯光纖激光器激光腔，其中的一個纖芯構成主諧振腔，那一個纖芯 選擇為主諧振腔，可以是任意的，不局限于最中間的纖芯，或其位置包含在全體 纖芯中。動鎖相多芯光纖激光器激光腔， 一端鍍高反射的膜；另外一端切割平整，其 中的一個纖芯寫入光柵與鍍膜面對應的纖芯一起構成主諧振。動鎖相多芯光纖激光器激光腔，鍍高反膜的端也可以采用在這端面的所有纖芯中同時寫入一樣的光柵；另外一端切割平整，其中的一個纖芯寫入匹配的光柵與全部有光柵的端面對應的纖芯一起構成主諧振。 主動鎖相多芯光纖激光器，可以采用任意泵浦方式。
權利要求
1. 一種主動鎖相多芯相干包層泵浦光纖激光器制備方法，其特征在于有以下步驟；截取適當的多芯光纖長度，多芯光纖的一端鍍高反射率的膜，多芯光纖的另外一端，切割平整，在這一端中的一個纖芯中寫入光柵，光柵反射的波長與鍍膜所高反射的波長對應，一起構成主諧振腔；當泵浦光耦合進入多芯光纖時，主諧振的光纖增益系數高，在光柵波長上實現振蕩激射激光，其它的纖芯通過協同耦合，諧振在主諧振的波長上，整個多芯光纖產生的激光被主諧振腔鎖定，完成主動鎖相。
2、 一種主動鎖相多芯相干包層泵浦大功率光纖激光器，其特征在于；采用多芯包層泵浦光纖，多芯光纖構成的光纖激光器腔一端的具有高的反射，另一 端采用選擇性的高反射，只有起主諧振的腔的纖芯具有高反折射，起主諧振的 作用；其它的纖芯采用低反射，透過協同耦合，被主動鎖相在主動諧振的激光 波長上。
3、 根據權利要求2所述的一種主動鎖相多芯相干包層泵浦大功率光纖激光 器，其特征在于；多芯包層光纖為增益介質摻雜纖芯的多芯包層光纖，所述多 芯包層光纖的任意單個芯內包層為一種非圓形矩形、或D型、或圓角矩形、 或六邊形、或八邊形以及或梅花形，或為圓形。
4、 根據權利要求3所述一種主動鎖相多芯相干包層泵浦大功率光纖激光器， 其特征在于；所述多芯包層光纖每根纖芯為增益介質摻雜纖芯的雙包層纖芯， 增益介質或對光泵浦或者電泵浦的元素摻雜。
5、 根據權利要求3所述一種主動鎖相多芯相干包層泵浦大功率光纖激光器，其特征在于；所述多芯包層光纖每根纖芯為增益介質摻雜纖芯的雙包層纖芯， 增益介質為相同的摻雜，或為不同的摻雜。
6、 根據權利要求3所述一種主動鎖相多芯相干包層泵浦大功率光纖激光器， 其特征在于；所述多芯包層光纖每根纖芯為增益介質摻雜纖芯的雙包層纖芯， 其內包含的纖芯數量為l個以上。
7、 根據權利要求3所述一種主動鎖相多芯相干包層泵浦大功率光纖激光器， 其特征在于；所述多芯包層光纖每根纖芯為增益介質摻雜纖芯的雙包層纖芯， 每根纖芯之間的形狀為異型或非異型。
8、 根據權利要求2所述一種主動鎖相多芯相干包層泵浦大功率光纖激光器， 其特征在于；所述動鎖相多芯光纖激光器激光腔，其中的一個纖芯構成主諧振 腔，位置包含在全體纖芯中。
9、 根據權利要求2所述一種主動鎖相多芯相干包層泵浦大功率光纖激光器， 其特征在于；所述動鎖相多芯光纖激光器激光腔， 一端鍍高反射的膜；另外一 端切割平整，其中的一個纖芯寫入光柵與鍍膜面對應的纖芯一起構成主諧振。
10、 根據權利要求8所述一種主動鎖相多芯相干包層泵浦大功率光纖激光 器，其特征在于；所述動鎖相多芯光纖激光器激光腔，鍍高反膜的端也可以采 用在這端面的所有纖芯中同時寫入一樣的光柵；另外一端切割平整，其中的一 個纖芯寫入匹配的光柵與全部有光柵的端面對應的纖芯一起構成主諧振。
全文摘要
一種主動鎖相多芯相干包層泵浦大功率光纖激光器及植被方法，利用有源介質制作纖芯，纖芯之間可以按照一定規律排列，也可以任意方式排列；纖芯之間距離在滿足協同耦合的情況下，可大可小；纖芯的數量可以根據需要可多可少。在多芯光纖的一端鍍膜；另外一端切割平整，只有其中的一個纖芯寫入光柵，與鍍膜面一起構成主諧振腔，起主動諧振鎖相的功能，不需要添加額外的鎖相反饋控制系統。本發明可以大大降低被動鎖相多芯光纖激光器對多芯光纖一致性要求，簡化了多芯光纖制作工藝要求，也簡化了以往主動鎖相光纖激光器的復雜反饋控制系統。本發明還具有受環境影響小、結構緊湊、易于實施等特點。
文檔編號H01S3/067GK101237110SQ20071009851
公開日2008年8月6日 申請日期2007年4月19日 優先權日2007年4月19日
發明者艷 劉, 寧提綱, 延鳳平, 堅 李, 治 童, 簡水生, 麗 裴, 譚中偉, 陳根祥 申請人:北京交通大學