[实用新型]一种全光纤结构980nm波段高功率光纤振荡器

说明书

本实用新型公开了一种全光纤结构980nm波段高功率光纤振荡器，目的是解决研发成本高、制作难度大问题；本实用新型由增益模块、两个泵浦模块、两个包层光滤除器、两个光纤光栅和输出耦合端组成；增益模块由两个光纤泵浦合束器和双包层掺镱光纤组成；光纤泵浦合束器将泵浦光耦合到双包层掺镱光纤中，对双包层掺镱光纤中的镱离子泵浦，产生980nm波段的光场；光纤泵浦合束器包含多个泵浦光输入端；泵浦模块中的泵浦子模块是尾纤输出900～960nm波段的半导体激光器；包层光滤除器由包层光滤除器或多个子包层光滤除器串联而成；光纤光栅中心波长为970～985nm波段。本实用新型具有50W量级功率输出能力，结构简单，成本低。

技术领域

本实用新型涉及一种光纤振荡器，尤其涉及一种工作波段在980nm附近(975nm～985nm)的低研制成本、结构简单的全光纤结构高功率光纤振荡器。

背景技术

980nm波段光纤激光器是一种新型波段光纤激光器，与980nm波段的半导体激光器相比，具有亮度高、波长稳定性好等优势，作为泵浦光源，不仅在稀土掺杂光纤激光器领域具有广泛的应用前景，而且通过频率转换，可获得新型波段激光，因此，得到了广泛关注。

目前，可用于980nm光纤激光器的增益光纤是掺镱光纤，掺镱光纤也是现阶段高功率光纤激光器的常用增益光纤；但是，与常规波段(1030nm～1090nm波段)掺镱光纤激光器相比，实现高功率980nm波段光纤激光器的难度更大，这是由镱离子的能级特性决定的。镱离子的能级结构决定了980nm掺镱光纤激光器是一个三能级激光器，具有较高的泵浦阈值，放大自发辐射效应也非常严重。因此，基于现有的常规波段(1030nm～1090nm波段)掺镱光纤激光器方案很难满足980nm波段光纤激光器的设计要求。

现阶段，最具功率提升潜力的方案，是专利号为“ZL201710102903.4”的“全光纤结构980nm波段高功率光纤振荡器”提出的基于双包层掺镱光纤的980nm波段光纤振荡器方案，该方案通过采用双包层掺镱光纤，解决了纤芯泵浦带来的泵浦功率受限问题，同时，通过提高双包层光纤的纤芯包层比(大于等于30％)，保证了光纤振荡器的泵浦效率。利用该方案可获得千瓦量级的980nm波段激光输出。虽然该方案较前期方案有了明显的简化，不过，该方案也存在一些问题，首先，大纤芯包层比的双包层掺镱光纤的拉制是比较困难的，往往需要定制，且生产难度较大，周期较长，这大大增加了该系统的研制成本；再者，双包层光纤的结构变化，也为无源光纤器件(如光纤光栅、模场适配器等)的研制带来了较大的难度，现阶段的商用产品无法满足，同样需要定制或自研，这也增加了该系统的研制成本。而研制成本的提升，无疑不利于该设计方案的推广和商品化。

980nm波段光纤振荡器的另一种方案主要采用单模或少模掺镱光纤，通过纤芯泵浦的方式实现的。此类方案的问题在于：单模或少模掺镱光纤纤芯的直径和数值孔径比较小，这极大地限制了泵浦光的耦合。目前，应用于该激光器系统的泵浦方式主要有两种：一种是采用900nm～940nm波段的半导体激光器直接泵浦，这种方案受限于半导体激光器的亮度，振荡器的输出功率只能达到瓦量级；另一种泵浦方案是利用920nm～940nm波段的光纤激光器(如：掺Nd光纤激光器)作为泵浦光源，以提升泵浦光源的亮度和功率，从而提高振荡器系统的输出功率。后者虽然能够在一定程度上提升光纤振荡器系统的输出功率，但是，由于920nm～940nm波段的光纤激光器不仅增加了系统复杂性和成本，而且，920nm～940nm波段的光纤激光器本身就具有很大的研发难度，这也大大提高了该激光器系统的研发成本。

此外，专利号为ZL201310749840.3的“全光纤结构980nm波段复合腔单模光纤激光器”提出了980nm波段光纤激光器的复合腔方案，该方案通过拓展半导体激光器直接泵浦振荡器模块的数量，来提升整个激光器系统的输出效率，从而在保证电光转换效率的前提下实现了功率拓展。不过，该方案结构仍较为复杂，同样存在研发成本高的问题。