[发明专利]一种大芯径光纤激光器选模装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤激光器，特别是关于一种能够在大芯径条件下获得单模或低阶模激光输出的大芯径光纤激光器选模装置。

背景技术

在现有技术中，一般的光纤激光器，其功率输出水平大约是1W/μm²或更高。对于一般光纤通讯中常用的光纤，为了实现近红外波长的单模输出，纤芯的直径要求通常小于10μm。基于这种光纤的光纤激光器，其输出功率通常被限制在百瓦量级。为了进一步提高光纤激光器的输出功率，需要采用大芯径的增益光纤或大模面积增益光纤。但是芯径的增加会使激光输出出现高阶模，从而带来输出光束质量下降的问题。虽然可以通过减小纤芯的数值孔径一定程度上提高光束质量，但是由于受工艺限制，纤芯数值孔径减小有限(现有工艺一般控制在0.05左右)，所以这种补偿方法也是有限的，这就是现有技术中光纤激光器中存在的高功率输出和高光束输出质量的矛盾。为了提高大芯径光纤激光器的输出光束质量，需要对这种多模输出的光纤激光器进行选模，把对恶化光束质量的高阶模尽可能滤除。目前国际上普遍采用的是弯曲选模法。对于特定直径和数值孔径的光纤，通常有一个临界的弯曲半径。在这个临界的弯曲半径附近，低阶模的弯曲损耗比高阶模的弯曲损耗小很多。因此，我们可以将光纤弯曲到这个临界半径附近进行选模。但是，这种方法的局限性在于当光纤芯径大到一定程度(比如40μm)的时候，临界半径一般为几个厘米，由于弯曲过程中产生的应力，实际上很难使光纤弯曲到所需要的临界半径，因此达不到预期的选模效果。

如图1所示，传统光纤激光器的谐振腔11的腔镜一般是采用平面反射镜12，腔镜也可以采用布拉格光纤光栅13(如图2所示)。作为输出端的腔镜还可以是利用自身具有菲涅耳反射的光纤端面。上述各种腔镜的反射面都是与光纤轴线垂直的，光纤激光器中任何可导引模式(包括低阶模和高阶模)经过它们反射后，还是保持原来的模式，因此这些腔镜不具有选模功能。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种在大芯径光纤激光器中具有选模作用，进而可以实现高阶模被抑制，低阶模被振荡输出的大芯径光纤激光器选模装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种大芯径光纤激光器选模装置，其特征在于：它包括一作为大芯径光纤激光器谐振腔的光纤，所述谐振腔腔镜的反射面上各点的切线方向与所述光纤轴线的垂直面呈一倾斜角度。

所述腔镜的反射面为各点切线方向一致的斜面。

所述腔镜为一组斜光纤光栅。

所述腔镜为所述光纤的斜端面。

所述腔镜的反射面为曲率中心位于光纤轴线上的曲面

所述腔镜为一组弯曲光纤光栅。

所述腔镜为所述光纤的弧形端面。

所述腔镜为一个独立的部件，其焊接在所述光纤的端面。

所述腔镜作为所述谐振腔的后腔镜或输出镜或者同时作为后腔镜和输出镜。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明使用特殊端面形状的光纤光栅或特殊端面形状的光纤作为腔镜，因此可以是任何可导引的低阶模和高阶模经过其反射后，高阶模被抑制，低阶模被振荡输出从而有效地提高了大芯径光纤激光器输出的光束质量。2、本发明与现有技术的弯曲选模方法相比，可以对更大芯径的光纤进行选模，同时这种选模腔的腔镜与光纤的集成方式比较灵活，这种腔镜可以直接被加工在光纤末端上，也可以被加工成分立元件与光纤对接。本发明可以广泛用于提高大芯径光纤激光器的光束质量。

附图说明

图1是现有技术光束入射平面镜作为腔镜的原理示意图

图2是现有技术光束入射到布拉格光纤光栅作为腔镜的原理示意图

图3是本发明光束以高阶模入射到斜光纤光栅作为腔镜的原理示意图

图4是本发明光束以低阶模入射到斜光纤光栅作为腔镜的原理示意图

图5是本发明光束以高阶模入射到弯曲光纤光栅作为腔镜的原理示意图

图6是本发明光束以低阶模入射到弯曲光纤光栅作为腔镜的原理示意图

图7是本发明光束以高阶模入射到斜端面作为腔镜的原理示意图

图8是本发明光束以低阶模入射到斜端面作为腔镜的原理示意图

图9是本发明光束以高阶模入射到弧形端面作为腔镜的原理示意图

图10是本发明光束以低阶模入射到弧形端面结构作为腔镜的原理示意图

图11是本发明斜光纤光栅作为后腔镜的结构示意图

图12是本发明弧形端面作为输出镜的结构示意图

图13是本发明弯曲光纤光栅同时作为后腔镜和输出镜的结构示意图

图14是本发明两个弧形端面同时作为光纤激光器的后腔镜和输出镜的示意图