一種共諧振腔的級聯泵浦模塊及激光器制造技術

本發明專利技術公開了一種共諧振腔的級聯泵浦模塊，該泵浦模塊包括沿光路方向依次設置的碟片激光器、分光系統、耦合系統(7)、增益物質及反射系統(8)，其中，所述碟片激光器包括泵浦光源、腔鏡(2)和有源增益鏡(1)；所述泵浦光源用于對所述有源增益鏡(1)進行泵浦，產生激光，所述激光被所述分光系統反射，并經耦合系統聚焦耦合進所述增益物質，被所述反射系統(8)反射，所述激光按原光路返回，所述分光系統用于透射需要的激光，反射不需要的激光。本發明專利技術還公開了一種具有所述泵浦模塊的激光器。本發明專利技術的共諧振腔的級聯泵浦模塊，利用碟片激光器腔內產生的激光，多次經過增益光纖，從而使得光纖吸收的泵浦光增加，光轉換效率大大提高。

Cascade pumping module and laser of common resonance cavity

The invention discloses a cascade pump module consists of resonant cavity, the pump module includes a disc laser, arranged in sequence along the optical path of the optical system, the coupling system (7), the gain material and reflection system (8), wherein the laser disc comprises a pump light source, mirror (2) and the active gain the mirror (1); the pump source for the active gain mirror (1) of pump laser generated by the laser light reflected by the system, and by focusing the coupling into the system gain material by the reflecting system (8) reflecting the laser according to the original. The optical path for laser transmission need to return, the optical system, laser reflection does not need. The invention also discloses a laser with the pump module. The cascade pumping module of the common resonant cavity of the invention uses the laser generated in the cavity of the disk laser to gain optical fiber many times, thereby increasing the pump light absorbed by the optical fiber and greatly improving the efficiency of the optical conversion.

【技術實現步驟摘要】
一種共諧振腔的級聯泵浦模塊及激光器
本專利技術屬于光電子
，更具體地，涉及一種共諧振腔的級聯泵浦模塊及激光器。
技術介紹
同帶泵浦，又稱諧振泵浦，是一種可以極大提高泵浦功率，減小激光系統量子虧損，降低熱效應的泵浦方式。目前IPG公司生產的10kw基模光纖激光器，采取的就是同帶泵浦方案。現有的同帶泵浦方案最大的問題是，泵浦波長并不是在增益物質的吸收峰上，導致增益物質對泵浦光的吸收系數很低。對于光纖激光器來說，目前解決這一問題的辦法有：(1)提高摻雜濃度；(2)增加纖芯面積；(3)減小內包層面積。但是隨之而來帶來的問題在于，提高摻雜濃度容易引入更多雜質，引起濃度淬滅；增加纖芯面積不僅會導致輸出激光的模式變差，也會導致纖芯的熱透鏡效應增加；減小內包層會導致注入泵浦光總功率降低。目前解決上述問題的方法主要有采用大模場面積光纖，以及光子晶體光纖兩種方案。專利文獻US8953648B2公開了一種光纖激光器的多次泵浦方案，如圖1所示。但專利文獻US8953648B2公開的多此泵浦方案存在如下缺陷或不足：(1)泵浦光經過光纖后，球面反射鏡被反射，再次回到光纖中；當泵浦光從光纖中出射時，是一個環形，會有一部分光經過球面反射鏡漏掉，造成損耗；(2)泵浦源采用半導體泵浦，光束質量很差，亮度很低，沒辦法讓更多的泵浦光進入光纖，使得其輸出功率有一個上限。
技術實現思路
針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本專利技術提供一種共諧振腔的級聯泵浦模塊，并提供一種具有所述共諧振腔的級聯泵浦模塊的激光器，其目的在于利用碟片激光器腔內產生的激光，多次經過增益光纖，從而使得光纖吸收的泵浦光增加，光轉換效率大大提高。為了實現上述目的，按照本專利技術的一個方面，提供了一種共諧振腔的級聯泵浦模塊，其特征在于，該泵浦模塊包括沿光路方向依次設置的碟片激光器、分光系統、耦合系統、增益物質及反射系統，其中，所述碟片激光器包括泵浦光源、腔鏡和有源增益鏡；所述泵浦光源用于對所述有源增益鏡進行泵浦，以產生激光，所述激光可入射到所述分光系統后被反射至所述耦合系統，該耦合系統用于對所述激光進行聚焦耦合，以對所述增益物質進行增益，增益后的激光入射到所述反射系統中，該反射系統用于對入射的激光進行反射，反射后的激光用于再次進入所述增益物質并被增益，增益后的激光經過所述耦合系統后進入所述分光系統，該分光系統可將不需要的激光分光并反射至所述有源增益鏡進行再次泵浦，泵浦產生的激光可再次入射到分光系統中，以此方式實現激光的多次循環泵浦和增益。進一步地，所述碟片激光器為一臺或多臺。進一步地，所述耦合系統(7)的數量與所述碟片激光器的數量相匹配。進一步地，所述分光系統的數量與所述碟片激光器的數量相匹配。進一步地，所述分光系統為雙色鏡。進一步地，所述耦合系統(7)為球面透鏡或拋物面反射鏡。進一步地，所述球面透鏡組耦合鏡或拋物面反射鏡組的口徑、焦距與所述增益物質的內包層口徑，數值孔徑相匹配。按照本專利技術的另一個方面，提供一種具有所述的共諧振腔的級聯泵浦模塊的激光器。進一步地，所述激光器包括一套、兩套或多套所述共諧振腔的級聯泵浦模塊。進一步地，所述泵浦模塊可以沿光路方向對稱設置，也可以不對稱設置。總體而言，通過本專利技術所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有益效果：(1)本專利技術利用碟片激光器腔內產生的激光振蕩，多次經過增益光纖，從而使得光纖吸收的泵浦光增加，光光轉換效率提高。(2)本專利技術利用碟片激光器腔內產生的激光振蕩，多次經過增益光纖，能夠充分利用能量，除了激光器本身的損耗以外，不會引入其他損耗。(3)本專利技術可以有效縮短增益光纖的長度，降低光纖激光器內的本征損耗，以及受激拉曼散射效應。(4)本專利技術可以極大提高泵浦光的亮度(光束質量)，因此可以極大增加增益物質中注入泵浦光的總功率，以此提高激光器的輸出功率。附圖說明圖1為現有技術實施例的一種光纖激光器的多次泵浦方案裝置示意圖；圖2為本專利技術實施例的一種共諧振腔的級聯泵浦模塊涉及的1個碟片，球面透鏡組耦合的泵浦裝置示意圖；圖3為本專利技術實施例的一種共諧振腔的級聯泵浦模塊涉及的2個碟片，球面透鏡組耦合的泵浦裝置示意圖；圖4為本專利技術實施例的一種共諧振腔的級聯泵浦模塊涉及的1個碟片，拋物面反射鏡耦合的泵浦裝置示意圖；圖5為本專利技術實施例的一種共諧振腔的級聯泵浦模塊涉及的2個碟片，拋物面反射鏡耦合的泵浦裝置示意圖；圖6為本專利技術實施例的一種共諧振腔的級聯泵浦模塊數值模擬的結果。圖2～圖5中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中：1-有源增益鏡，2-腔鏡，3-第一雙色鏡，4-拋物面反射鏡，5-增益光纖，6-第二雙色鏡，7-耦合系統，8-反射系統。具體實施方式為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。此外，下面所描述的本專利技術各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。本專利技術提供了一種共諧振腔的級聯泵浦模塊，其包括有源增有源增益鏡1，腔鏡2，第一雙色鏡3，拋物面反射鏡4，增益光纖5，第二雙色鏡6，耦合系統7以及反射系統8。實施例1圖2為本專利技術實施例的一種共諧振腔的級聯泵浦模塊涉及的1個碟片，球面透鏡組耦合的泵浦裝置示意圖。如圖1所示，該光器包括碟片1，反射鏡2，第二雙色鏡6，聚焦鏡7，增益光纖5，反射鏡8。碟片1的材料選用Yb：YAG晶體，其直徑為15mm，厚度為200um，碟片的背面鍍高反膜，膜系對應的波長為940nm和1030nm，反射率分別為99.9％和99.9％；反射鏡2為1030nm高反鏡，反射率為99.9％，曲率半徑為2m；雙色鏡6為1030nm高反、1080nm高透的平面鏡，反射率為99.9％，透射率99.9％；聚焦鏡7為口徑15mm，有效焦距17mm的聚焦透鏡；增益光纖5為摻Yb的雙包層石英光纖，纖芯直徑為20um，內包層平均直徑為400um，內包層為正八邊形，纖芯的數值孔徑為0.06，內包層的數值孔徑為0.46，包層泵浦光的吸收系數為0.42dB/m；反射鏡8為1030nm和1080nm高反鏡，反射率為99.9％。工作時，首先用940nm的泵浦光對碟片1進行泵浦，碟片1的泵浦區域會積累很多的上能級粒子，此時泵浦區域會在各個方向發生自發輻射。把傳播方向為反射鏡2，雙色鏡6方向的1030nm的振蕩光，通過聚焦透鏡7聚焦耦合進增益光纖5，再通過反射鏡8把增益光纖沒有吸收掉的剩余1030nm的振蕩光，按照原路返回至反射鏡2。這樣，碟片激光器就形成了8—1—2的一個諧振腔；而由于雙色鏡6對1080nm的激光高透，因此增益光纖會形成光纖端面—反射鏡8這樣一個諧振腔，而光纖端面是輸出面，輸出的激光通過雙色鏡6提取出來。由圖2可知，在8—1—2的腔內，腔內形成1030nm的振蕩激光不斷的在光纖中傳輸，不停的被光纖吸收，從而使得光纖吸收的泵浦光增加，光光轉換效率提高。用表1所示的光纖和碟片激光其進行了數值模擬，結果如圖6所示。圖6中“*”表示腔內泵浦時，光纖激光器的輸出功率，‘O’表示碟片激光其輸出鏡透過率為10％(最佳透過率10％)時，光纖激光器的輸出功率，而兩種情況下光纖激光器端面的透過率均為本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種共諧振腔的級聯泵浦模塊，其特征在于，該泵浦模塊包括沿光路方向依次設置的碟片激光器、分光系統、耦合系統(7)、增益物質及反射系統(8)，其中，所述碟片激光器包括泵浦光源、腔鏡(2)和有源增益鏡(1)；所述泵浦光源用于對所述有源增益鏡(1)進行泵浦，以產生激光，所述激光可入射到所述分光系統后被反射至所述耦合系統，該耦合系統用于對所述激光進行聚焦耦合，以對所述增益物質進行增益，增益后的激光入射到所述反射系統(8)中，該反射系統(8)用于對入射的激光進行反射，反射后的激光用于再次進入所述增益物質并被增益，增益后的激光經過所述耦合系統后進入所述分光系統，該分光系統可將不需要的激光分光并反射至所述有源增益鏡(1)進行再次泵浦，泵浦產生的激光可再次入射到分光系統中，以此方式實現激光的多次循環泵浦和增益。

【技術特征摘要】
1.一種共諧振腔的級聯泵浦模塊，其特征在于，該泵浦模塊包括沿光路方向依次設置的碟片激光器、分光系統、耦合系統(7)、增益物質及反射系統(8)，其中，所述碟片激光器包括泵浦光源、腔鏡(2)和有源增益鏡(1)；所述泵浦光源用于對所述有源增益鏡(1)進行泵浦，以產生激光，所述激光可入射到所述分光系統后被反射至所述耦合系統，該耦合系統用于對所述激光進行聚焦耦合，以對所述增益物質進行增益，增益后的激光入射到所述反射系統(8)中，該反射系統(8)用于對入射的激光進行反射，反射后的激光用于再次進入所述增益物質并被增益，增益后的激光經過所述耦合系統后進入所述分光系統，該分光系統可將不需要的激光分光并反射至所述有源增益鏡(1)進行再次泵浦，泵浦產生的激光可再次入射到分光系統中，以此方式實現激光的多次循環泵浦和增益。2.根據權利要求1所述的一種共諧振腔的級聯泵浦模塊，其特征在于：所述碟片激光器為一臺或多臺。3.根據權利要求1或2所述的一種共諧振腔的級聯泵浦模塊，其特征在于：所述耦合系統(7)的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：朱廣志，陳永騫，朱曉，王海林，齊麗君，趙文廣，曹登，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：湖北,42