[发明专利]一种高效导波的双锥形单晶光纤增益模块及其安装方法

说明书

一种高效导波的双锥形单晶光纤增益模块及其安装方法，包括双锥形单晶光纤和热沉组件；热沉组件包括热沉底座和热沉盖板；所述热沉底座上设有开口向上的空腔，空腔内设有冷却液，空腔通过热沉盖板封闭，并且其之间设有密封组件；热沉底座上设有左右贯穿的通孔，通孔与空腔连通；双锥形单晶光纤包括两侧为圆锥、中间锥点相连接的单晶主体和镀设在单晶主体外侧的金属膜层，双锥形单晶光纤穿过热沉底座两侧的通孔；本高效导波的双锥形单晶光纤增益模块及其安装方法，不仅实现对双锥形单晶光纤的高效散热，用于高功率激光的产生，而且通过包层延长双锥形单晶光纤有效长度，提高激光增益。

技术领域

本发明涉及激光领域，具体涉及一种高效导波的双锥形单晶光纤增益模块及其安装方法。

背景技术

单晶光纤是由单晶材料制成的光学纤维，是一种新型的功能材料。相对于块状晶体而言，单晶光纤具有高长径比的尺寸、光波导转换效率高、增益大等优势，相对于传统光纤而言，单晶光纤具有热导率高、红外透过性好、损伤阈值高、非线性效应低等优势。这些优势使单晶光纤在高功率激光领域，特别是中红外高功率激光领域具有重大的应用前景。

但是单晶光纤在高功率激光领域的应用中也面临着一些问题。首先，单晶光纤在使用过程中，若不包层，裸纤易受空气中污染物影响进而损耗过大，另外裸纤与空气折射率相差较大，而空气折射率分布不均匀，且难以控制。若包层，则单晶光纤包层至少要满足以下几个条件：包层材料折射率要低于折射率、热膨胀系数与接近、具有良好的机械和热化学稳定性、包层和界面处相平衡和化学结构稳定。另外，制备过程对反应条件要求较高，制备工艺复杂，且难以调控包层折射率。专利CN110217981A提出了一种单晶光纤和包层的制备方法，但是其操作较为复杂，对设备要求较高。其次，由于量子亏损，单晶光纤应用在高功率激光器中，会产生大量热能，散热问题也是亟需解决的问题。专利CN 204290021U提出利用材料为Nd：YAG或YAP的单晶光纤替代传统的有源光纤，以提高激光增益介质的导热率，实现激光高功率。但是该方案并未涉及光纤包层的问题，亦未提出具体的主动散热方式。

发明内容

本发明目的在于提供一种高效导波的双锥形单晶光纤增益模块及其安装方法，不仅通过单晶光纤的双锥形结构实现对双锥形单晶光纤的高效散热，用于高功率激光的产生，而且通过包层延长双锥形单晶光纤有效长度，提高激光增益，简化实验设备和制备工艺。

为实现上述目的，本一种高效导波的双锥形单晶光纤增益模块，包括双锥形单晶光纤和热沉组件；

所述热沉组件包括热沉底座和热沉盖板；所述热沉底座上设有开口向上的空腔，空腔内设有冷却液，空腔通过热沉盖板封闭，并且其之间设有密封组件；

热沉底座上设有左右贯穿的通孔，通孔与空腔连通；

所述双锥形单晶光纤包括两侧为圆锥结构、中间锥点相连的单晶主体和镀设在单晶主体外侧的金属膜层，双锥形单晶光纤穿过热沉底座两侧的通孔。

进一步的，所述金属膜层为金膜或银膜，厚度为10-50nm。

进一步的，所述单晶主体的材料为稀土激活离子掺杂钇铝石榴石晶体、倍半氧化物晶体，或者过渡金属离子掺杂YAG晶体、蓝宝石、ZnSe晶体。

进一步的，所述热沉底座后端设有与空腔连通的出液口、前端设有与空腔连通的进液口，所述出液口和进液口内均设有内螺纹，并对应与出液接头、进液接头螺纹连接；

所述进液接头通过管路依次与冷却装置、出液接头连接并形成回路，所述进液口置于泵浦光输入端，所述出液口置于激光输出端。

进一步的，所述热沉底座的四周设有安装孔，安装孔与热沉底座的周侧开口设置。

进一步的，所述双锥形单晶光纤的长度大于30mm，直径小于1mm，两端分别镀有对激光和泵浦光的增透膜，所述通孔的直径比双锥形单晶光纤的直径大20-50微米，双锥形单晶光纤的两端位于热沉底座外侧，双锥形单晶光纤的总长度与热沉长度相等。