專利名稱：一種用于光纖激光器的濾波腔鏡及光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種濾波腔鏡，特別是一種用于光纖激光器的濾波腔鏡及光纖激光 器。
背景技術(shù)：
光纖激光器作為當(dāng)今光電子技術(shù)研究領(lǐng)域中最前沿的研究課題之一，廣泛應(yīng)用于 光學(xué)數(shù)據(jù)存儲、光學(xué)通信、傳感技術(shù)、光譜和醫(yī)學(xué)應(yīng)用等多個領(lǐng)域。在光纖激光器的研究過 程中，高功率和高光束質(zhì)量輸出成為人們關(guān)注的熱點。 實現(xiàn)高功率輸出，不僅要對增益介質(zhì)、泵浦源的選擇設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)，腔鏡的設(shè)計與選擇 也是一個重要的方面。腔鏡的特性參數(shù)要能夠滿足高功率激光振蕩的要求。為了使激光 器結(jié)構(gòu)簡單、光路便于調(diào)節(jié)，目前的光纖激光器一般采用光纖光柵、普通端面鍍膜等作為腔 鏡。但是，在高功率激光器中，強光束會對光柵和普通鍍膜造成一定的破壞損傷，使光柵的 折射率或鍍膜的膜系結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，影響其性能；嚴(yán)重時會將它們燒蝕，使其失效。
實現(xiàn)高光束質(zhì)量輸出，需要抑制高階模的起振，使輸出激光中含有高比重的低階 模。在光纖激光器中，各橫模之間的競爭能力與模式的損耗、增益重疊程度、及模式之間的 耦合等因素有關(guān)，(參考文獻Optics Express, Vol. 15 (6) ， p3236_3246， 2007)，如果一個模 式在激光振蕩的一個回程中損耗超過增益，則該模式在競爭中將失去優(yōu)勢，而逐漸被削弱 或被抑制。所以改變模式的損耗機制，使高階模的損耗大于低階模的損耗，則可以保證低階 模起振而高階模不能振蕩，起到選模作用。
發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，并基于上述理論，本發(fā)明的目的是提供一種用于光纖激光器的濾 波腔鏡及光纖激光器。 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案 所述光纖激光器使用的濾波腔鏡，由用于光纖激光器的濾波光纖與所述光纖激光 器的增益光纖在纖芯截面上同軸地連接而成。其中， 濾波光纖在作為激光高反鏡或/和激光輸出鏡的端面上，鍍有具有不同光學(xué)特性 的光學(xué)鍍膜層，構(gòu)成具有濾波作用的腔鏡。所述光學(xué)特性至少包括增透、反射或半反半透這 些光學(xué)特性。所述濾波光纖在鍍膜前要去除涂覆層； 增益光纖的參數(shù)與所述濾波光纖不同，所述參數(shù)包括芯徑、纖芯折射率、數(shù)值孔 徑、纖芯形狀、包層形狀和數(shù)目、以及纖芯折射率分布； 所述濾波光纖和增益光纖，以及濾波光纖端面的鍍膜，共同構(gòu)成了所述光纖激光 器的諧振腔。 所述濾波光纖，作為激光反射鏡一端的光學(xué)鍍膜層，對泵浦光波長增透，對激光波 長高反；作為激光輸出鏡一端的光學(xué)鍍膜層，對泵浦波長高反或增透，對激光波長部分透 過。
當(dāng)增益光纖和濾波光纖均采用雙包層光纖，且所述增益光纖的數(shù)值孔徑較大，兩 種光纖的芯徑、包層結(jié)構(gòu)相同，兩種光纖橫截面的折射率分布均系階躍分布時，所述濾波光 纖和增益光纖這兩種光纖共同構(gòu)成了 Fabry-Perot諧振腔。 所述光纖激光器，由濾波腔鏡，作為增益介質(zhì)的摻雜光纖，和向增益光纖端面注入
泵浦光的泵浦裝置組成。所述濾波光纖熔接在作為增益介質(zhì)的摻雜光纖兩端。其中， 所述端面泵浦方式，用多光束耦合泵浦方式代替； 所述濾波光纖，用光學(xué)膠粘接在作為增益介質(zhì)的摻雜光纖兩端； 所述增益介質(zhì)，由摻雜光纖構(gòu)成。增益粒子在所述增益光纖橫截面上的摻雜方式，
為平頂摻雜、或平頂部分摻雜、或漸變式摻雜。 所述光纖激光器，由濾波腔鏡，作為增益介質(zhì)的摻雜光纖，和向增益光纖側(cè)面注入
泵浦光的泵浦裝置組成。所述濾波光纖熔接在作為增益介質(zhì)的摻雜光纖兩端。其中， 所述側(cè)面泵浦方式，用分布式泵浦方式代替； 所述濾波光纖，用光學(xué)膠粘接在作為增益介質(zhì)的摻雜光纖兩端； 所述增益介質(zhì)，由摻雜光纖構(gòu)成。增益粒子在所述增益光纖橫截面上的摻雜方式，
為平頂摻雜、或平頂部分摻雜、或漸變式摻雜。 本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明加入與增益光纖參數(shù) 不同的濾波光纖，使激光增益介質(zhì)中可能產(chǎn)生的高階模式在多次經(jīng)過參數(shù)不同的波導(dǎo)傳輸 后，能量被削弱，而失去模式競爭的優(yōu)勢，從而使得低階模式在輸出光束中占據(jù)較多的功率 比重，因此可以獲得較好光束質(zhì)量的激光輸出。2、本發(fā)明是從縱向上改變光波導(dǎo)的折射率 分布來實現(xiàn)對模式的控制，與從橫向上改變折射率分布、增益分布的選模方法相輔相成，可 以配合使用，獲得更好的選模效果。3、本發(fā)明使用端面鍍膜作為光纖激光器的腔鏡，鍍膜的 抗損傷閾值相對較高，故可工作在較高功率的激光器和放大器中，而不致?lián)p壞。4、本發(fā)明避 免了直接在增益光纖上鍍膜，因而鍍膜過程中對濾波光纖性能或結(jié)構(gòu)參數(shù)的微擾，不會影 響到增益光纖，故不會影響激光的振蕩。5、本發(fā)明采用在濾波光纖端面直接鍍膜的方法，簡 便易行，無需采用特殊的泵浦方式及腔鏡結(jié)構(gòu)即可達到提高光束質(zhì)量和制備較高損傷閾值 腔鏡的雙重目的，在傳統(tǒng)光纖激光器的基礎(chǔ)上很容易實現(xiàn)。本發(fā)明可以廣泛用于光纖激光 器中。
圖1為本發(fā)明的濾波腔鏡示意圖。
圖2為本發(fā)明用于光纖激光器的實施例。 圖中，1光學(xué)鍍膜層，2濾波光纖，3增益光纖，4濾波光纖纖芯，5濾波光纖包層，6 增益光纖纖芯，7增益光纖包層，8增益光纖涂敷層，9LD泵浦源，10鍍膜腔鏡，11鍍膜腔鏡。
具體實施例方式
—種用于光纖激光器的濾波腔鏡，包括濾波光纖和光學(xué)鍍膜層。其特征在于在濾 波光纖端面鍍制光學(xué)膜層構(gòu)成腔鏡，腔鏡同時兼有濾波的功能。 所述光學(xué)鍍膜層為具有增透、反射或半反半透等特定光學(xué)特性的光纖端面薄膜。
所述濾波光纖，是與激光器的增益光纖參數(shù)不同的兩段光纖。它們可以具有不同的芯徑，或是不同的纖芯折射率，也可以是不同的數(shù)值孔徑，或是不同的纖芯形狀，還可以 是不同的包層形狀和數(shù)目，或是不同的纖芯折射率分布等。濾波光纖在鍍膜前去除涂敷層， 鍍膜完成后，與增益光纖連接為一體。 所述濾波光纖與激光器的增益光纖，橫截面上的折射率分布采用階躍分布、漸變 分布或其它形式的分布。 所述濾波光纖與激光器的增益光纖兩部分的參數(shù)差值，由模式選擇的要求確定。
—種使用濾波腔鏡的光纖激光器，包括泵浦裝置，濾波腔鏡，作為增益介質(zhì)的摻雜 光纖和濾波光纖。其特征在于在一段與增益光纖參數(shù)不同的濾波光纖端面鍍膜，形成激光 器的腔鏡(或放大器的濾波鍍膜層)。光束往返于增益光纖和濾波光纖之間時，高階模的功 率損耗比低階模的大，在模式競爭中逐漸失去優(yōu)勢，漸漸被削弱或被抑制，使最終輸出的激 光束含有較高功率比重的低階模成分，從而獲得較好光束質(zhì)量的輸出。 所述光纖激光器、放大器的泵浦裝置采用半導(dǎo)體激光器(LD)端面泵浦、側(cè)面泵
浦、多光束耦合泵浦、或分布式泵浦等常用泵浦方式中的一種或多種的組合。 所述光纖激光器、放大器的增益介質(zhì)，由摻雜光纖構(gòu)成。增益粒子在光纖橫截面上
的摻雜方式，為平頂摻雜、平頂部分摻雜或漸變式摻雜。 所述濾波腔鏡，可以具有不同的光學(xué)特性。比如，激光高反鏡對泵浦光波長增透， 對激光波長高反；或僅對激光波長高反。激光輸出鏡對激光波長部分透過，對泵浦波長高反 或增透；或僅對激光波長部分透過。
實施例1 : 如圖2所示，本實施例是采用濾波腔鏡的光纖激光器。LD泵浦源(9)，端面鍍膜 (10)、 (ll)，雙包層光纖(3)和濾波光纖(2)構(gòu)成基本的Fabry-Perot諧振腔，光纖兩端的 鍍膜(10)、 (11)作為腔鏡。左端的鍍膜腔鏡(10)對泵浦光高透，對光纖激光高反；作為輸 出腔鏡的鍍膜(11)對泵浦光高透，對光纖激光部分透過。雙包層光纖(3)的數(shù)值孔徑較大， 濾波光纖(2)的數(shù)值孔徑較小，兩類光纖的芯徑相同，包層結(jié)構(gòu)相同，橫截面的折射率分布 均采用階躍分布。泵浦光從側(cè)面注入光纖的內(nèi)包層，在光纖內(nèi)激勵激光振蕩。在一個回程 中，激光光束要兩次穿過濾波光纖(2)，由于(2)的數(shù)值孔徑相對小些，所以會引起激光束 中模式的功率分配向低階模傾斜，當(dāng)(2)的數(shù)值孔徑選擇合理時，光束經(jīng)過多次振蕩后，高 階模損失較大的功率，從而導(dǎo)致低階模在競爭中占據(jù)優(yōu)勢，有效地抑制高階模的產(chǎn)生，輸出 較好光束質(zhì)量的激光。當(dāng)激發(fā)的激光束功率較高時，由于采用抗損傷閾值較高的鍍膜腔鏡， 腔鏡仍能起到相應(yīng)的作用而不受損傷。
權(quán)利要求
一種用于光纖激光器的濾波腔鏡，其特征在于所述光纖激光器使用的濾波腔鏡，由用于光纖激光器的濾波光纖與所述光纖激光器的增益光纖在纖芯截面上同軸地連接而成；其中，濾波光纖，在作為激光高反鏡或/和激光輸出鏡的端面上，鍍有具有不同光學(xué)特性的光學(xué)鍍膜層，構(gòu)成具有濾波作用的腔鏡；所述光學(xué)特性至少包括增透、反射或半反半透這些光學(xué)特性；所述濾波光纖在鍍膜前要去除涂覆層；增益光纖，其參數(shù)與所述濾波光纖不同，所述參數(shù)包括芯徑、纖芯折射率、數(shù)值孔徑、纖芯形狀、包層形狀和數(shù)目、以及纖芯折射率分布；所述濾波光纖和增益光纖，以及濾波光纖端面的鍍膜，共同構(gòu)成了所述光纖激光器的諧振腔。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于光纖激光器的濾波腔鏡，其特征在于所述濾波光 纖，作為激光高反鏡一端的光學(xué)鍍膜層，對泵浦光波長增透，對激光波長高反；作為激光輸 出鏡一端的光學(xué)鍍膜層，對泵浦波長高反或增透，對激光波長部分透過。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于光纖激光器的濾波腔鏡，其特征在于當(dāng)增益光纖 和濾波光纖均采用雙包層光纖，且所述增益光纖的數(shù)值孔徑較大，兩種光纖的芯徑、包層結(jié) 構(gòu)相同，兩種光纖橫截面的折射率分布均系階躍分布時，所述濾波光纖和增益光纖這兩種 光纖共同構(gòu)成了 Fabry-Perot諧振腔。
4. 一種使用濾波腔鏡的光纖激光器，由濾波腔鏡，作為增益介質(zhì)的摻雜光纖，和向增 益光纖端面注入泵浦光的泵浦裝置組成；所述濾波光纖熔接在作為增益介質(zhì)的摻雜光纖兩 端；其中，所述泵浦裝置的端面泵浦方式，用多光束耦合泵浦方式代替； 所述濾波光纖，用光學(xué)膠粘接在作為增益介質(zhì)的摻雜光纖兩端；所述增益介質(zhì)，由摻雜光纖構(gòu)成；增益粒子在所述增益光纖橫截面上的摻雜方式，為平 頂摻雜、或平頂部分摻雜、或漸變式摻雜。
5. —種使用濾波腔鏡的光纖激光器，由濾波腔鏡，作為增益介質(zhì)的摻雜光纖，和向增 益光纖側(cè)面注入泵浦光的泵浦裝置組成；所述濾波光纖熔接在作為增益介質(zhì)的摻雜光纖兩 端；其中，所述泵浦裝置的側(cè)面泵浦方式，用分布式泵浦方式代替； 所述濾波光纖，用光學(xué)膠粘接在作為增益介質(zhì)的摻雜光纖兩端；所述增益介質(zhì)，由摻雜光纖構(gòu)成；增益粒子在所述增益光纖橫截面上的摻雜方式，為平 頂摻雜、或平頂部分摻雜、或漸變式摻雜。
全文摘要
一種用于光纖激光器的濾波腔鏡及光纖激光器屬于濾波腔鏡技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于所述光纖激光器使用的濾波腔鏡，由鍍有不同光學(xué)特性薄膜層的濾波光纖，和作為增益介質(zhì)的摻雜光纖在纖芯截面上同軸地連接而成。所述光纖激光器，包括所述濾波腔鏡，和向增益光纖注入泵浦光的泵浦裝置。由于使用的濾波腔鏡由端面鍍膜而成，其抗損傷閾值較高，故激光器可以工作在較高功率下；又因濾波腔鏡中包含了結(jié)構(gòu)參數(shù)不同于增益光纖的濾波光纖，因而在激光振蕩和傳輸中增加了高階模的損耗，提高了輸出的光束質(zhì)量。
文檔編號H01S3/098GK101783477SQ20101003375
公開日2010年7月21日 申請日期2010年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月8日
發(fā)明者鞏馬理, 廖素英, 張海濤, 郝金坪, 閆平 申請人:清華大學(xué)