[实用新型]一种基于多次非相干合束的高能量纳秒脉冲全光纤激光器

说明书

技术领域

本实用新型属于光纤和激光技术领域，具体涉及一种基于多次非相干合束的高能量纳秒脉冲全光纤激光器。

技术背景

由于传统的纳秒脉冲激光器受非线性效应、能量存储等因素的限制，脉冲能量一般在几毫焦量级，平均功率在百瓦量级，目前广泛应用于激光打标、激光雕刻领域。随着应用领域的不断拓展，对纳秒脉冲全光纤激光器的平均功率及脉冲能量提出了更高的要求。例如，激光清洗用激光器的平均功率一般需要几百瓦量级，尤其是脉冲能量需要达到几十毫焦量级，甚至是几百毫焦量级，因此需要更多的技术来解决平均功率低、脉冲能量小的问题，以满足新兴应用领域对光纤激光器的要求。

申请号为201610871205.6，发明名称为“一种基于非相干合束的高能量纳秒脉冲全光纤激光器”的中国发明专利申请中公开了一种基于非相干合束技术实现高能量纳秒脉冲光纤激光器的技术方案，但其缺点是仅限于一次合束，因此所能获取的全光纤激光器的脉冲能量一般只能达到几十毫焦量级。如果需要继续提高激光器的脉冲能量至几百毫焦量级，则需要发展新的技术。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型旨在提供一种平均功率达到几千瓦量级、脉冲能量达到百毫焦量级的高能量、高平均功率的基于多次非相干合束的高能量纳秒脉冲全光纤激光器。

为了达到上述目的，本实用新型提供的基于多次非相干合束的高能量纳秒脉冲全光纤激光器包括纳秒脉冲种子激光光源、光纤分束器、光纤放大器、至少两级光纤合束器和激光输出头；其中纳秒脉冲种子激光光源的输出端与光纤分束器的输入端连接；光纤分束器的输出端同时与多个光纤放大器的输入端连接；多个光纤放大器分成若干组，每组中的所有光纤放大器的输出端同时与一个第一级光纤合束器的输入端连接；若干第一级光纤分束器的输出端同时与一个第二级光纤合束器的输入端连接，若干第二级光纤合束器的输出端再与一个下一级光纤合束器的输入端连接，最后一级光纤合束器的输出端与激光输出头连接。

所述的纳秒脉冲种子激光光源采用主动调Q光纤激光器和电流调制型的蝶形半导体激光器中的一种。

所述的主动调Q光纤激光器包括第一半导体泵浦激光光源、第一光纤泵浦信号合束器、高反光纤光栅、第一双包层掺镱光纤、光纤耦合声光调制器、低反光纤光栅和第一光纤隔离器；其中第一半导体泵浦激光光源的输出端与第一光纤泵浦信号合束器的泵浦端连接；第一光纤泵浦信号合束器的输入光纤端面进行斜切，输出光纤与高反光纤光栅一端相连接，高反光纤光栅另一端与第一双包层掺镱光纤一端连接，第一双包层掺镱光纤另一端与光纤耦合声光调制器的输入端连接，光纤耦合声光调制器的输出光纤与低反光纤光栅一端连接，低反光纤光栅另一端与第一光纤隔离器的输入光纤焊接。

所述的电流调制型的蝶形半导体激光器包括脉冲电流驱动器、光纤耦合蝶形半导体激光器、输出光纤和第二光纤隔离器；其中脉冲电流驱动器的输出光纤连接光纤耦合蝶形半导体激光器的输入端；光纤耦合蝶形半导体激光器的输出端通过输出光纤与第二光纤隔离器的输入端连接。

所述的光纤放大器由至少两级依次相连的光纤放大级组成；每级光纤放大级包括第二半导体泵浦激光光源、第二光纤泵浦信号合束器、第二双包层掺镱光纤和第三光纤隔离器；其中第二光纤泵浦信号合束器的泵浦端连接第二半导体泵浦激光光源，输出端与第二双包层掺镱光纤的一端相连，第二双包层掺镱光纤的另一端与第三光纤隔离器相连；前一级光纤放大级的第三光纤隔离器的输出端与后一级光纤放大级的第二光纤泵浦信号合束器的输入端相连；第一级光纤放大级的第二光纤泵浦信号合束器的输入端与光纤分束器的输出端相连，最后一级光纤放大级的第三光纤隔离器的输出端与第一级光纤合束器相连。

所述的第一级光纤放大级中的第二半导体泵浦激光光源采用光纤耦合多模半导体激光器，工作波长位于915nm，输出光纤为105μm/125μm光纤，纤芯 NA为0.22，输出功率为20W；第二光纤泵浦信号合束器采用(2+1)×1光纤泵浦信号合束器；第二双包层掺镱光纤的芯径/内包层为20μm/130μm，纤芯NA 为0.08，对915nm处激光的吸收系数为3dB/m。

所述的第二级光纤放大器中的第二半导体泵浦激光光源采用光纤耦合多模半导体激光器，工作波长位于915nm，输出光纤为105μm/125μm光纤，纤芯 NA为0.22，输出功率为30W；第二光纤泵浦信号合束器采用(18+1)×1光纤泵浦信号合束器；第二双包层掺镱光纤的芯径/内包层为50μm/400μm，纤芯 NA为0.08，对915nm处激光的吸收系数为2dB/m。