[发明专利]种子放大泵浦共享MOPA光纤激光器及激光产生方法

说明书

本发明涉及一种种子放大泵浦共享MOPA光纤激光器及激光产生方法，目的是为了解决现有技术中存在的采用单谐振腔难以实现单模高功率输出，采用MOPA结构高频调制、电源控制复杂，且系统风险较大，无法实现工业级高功率单模光纤激光器应用的问题。本发明采用了种子放大泵浦共享方式，通过激光放大模块中反向泵浦为激光种子模块提供种子泵浦功率，有效提高了反向泵浦的利用率和激光转换效率，省去了激光种子模块中的泵浦源和合束器，在相同功率输出水平下，简化了光纤激光器结构，降低了光纤激光器的成本。

技术领域

本发明涉及激光器，具体涉及一种种子放大泵浦共享MOPA光纤激光器及激光产生方法。

背景技术

近年来，光纤激光器大功率关键器件和高功率二极管泵浦技术逐渐成熟，光纤激光器输出功率水平在不断提升，在工业制造等领域具有广泛应用。同时，工业级大功率光纤激光器是激光制造的理想光源，随着激光制造的应用领域不断扩大及制造难度不断升级，例如超厚金属切割焊接、复杂大型件3D打印以及船舶制造和航天航空等重型工业，需要光纤激光器的输出功率达到数千瓦甚至上万瓦，对光束质量的要求也在不断提高。

单模光纤激光器主要有两种类型，一种是利用单腔振荡实现单模激光输出，但是由于单谐振腔泵浦功率及器件承受功率有限，随着功率提升腔内模式控技术难度较高，导致单模单腔功率水平难以提升；另一种是利用MOPA多级放大技术实现单模激光输出，这是实现大功率高光束质量光纤激光器的主流方式。

目前采用MOPA结构的高功率光纤激光器主要有两种，如图1、图2所示，两种均包括激光种子模块和激光放大模块，激光种子模块主要包括泵浦源01、合束器02、光栅03、增益光纤04、包层光剥离器(Cladding Power Striping,CPS)05、激光输出头06等光学元器件。

第一种如图1所示，激光种子模块的泵浦源01置于谐振腔外侧，这种泵浦源外置的泵浦方式可以有效降低腔内损耗、合束器的插入损耗，提高谐振腔效率，同时在谐振腔内不会存在合束器制作工艺导致的模式劣化问题。但是该结构中谐振腔内的CPS-1和CPS-2是不能存在的，由于两端泵浦源进入谐振腔后还未被吸收，CPS-1和CPS-2不能起到腔内高阶模式滤除，增加基模竞争的作用，反而会把大部分泵浦光滤除，腔内效率极低。因此，这种泵浦源置于谐振腔外侧结构，无法在腔内实现模式控制和高阶模式滤除，导致种子输出激光光束质量差。

第二种如图2所示，激光种子模块的泵浦源01置于谐振腔内侧，这种泵浦源内置的泵浦方式的泵浦源不会经过光栅，对光栅承受功率要求较低，同时这种结构下CPS-1和CPS-2可以在腔内进行高阶模式滤除，增加基模竞争，以提高种子激光输出的光束质量。但是泵浦源内置的泵浦方式会由于腔内熔点较多、合束器制作工艺导致腔内插入损耗增加，最终导致谐振腔效率较低。

光纤激光器MOPA结构中，首先需要有种子光，然后才能进行放大，如果没有种子激光，放大系统会由于自脉冲效应烧毁光纤激光器系统。如图3所示，电源1和电源2分别对激光种子模块和激光放大模块进行供电，在激光器开始工作时，电源控制单元需要保证①中通电，然后才能对②通电，需要在时序上进行设置，在激光器关断过程中，首先要关断②，最后关断①，电源控制复杂，且系统风险较大。

因此，亟需寻求一种电源控制简单，能够实现高功率、高光束质量输出的新型结构光纤激光器。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的采用单谐振腔难以实现单模高功率输出，采用MOPA结构高频调制、电源控制复杂，且系统风险较大，无法实现工业级高功率单模光纤激光器应用的问题，而提供了一种种子放大泵浦共享MOPA光纤激光器及激光产生方法。

本发明的工作原理为：采用激光放大模块反向泵浦提供种子泵浦方式，提高泵浦利用率和激光转换效率，其电控简单安全。

本发明所采用的技术方案为：