一种光束质量调节器和光纤激光器

技术领域

本发明涉及光纤激光器领域，尤其涉及一种光束质量调节器和光纤激光器。

背景技术

光纤激光器作为以掺杂光纤为增益介质的一类激光器，以其较高的转换效率、较好的光束质量、可调谐范围大、结构紧凑灵活及卓越的稳定性等诸多优点，已成为新一代激光技术的代表。

在一些特殊领域的应用中，经常需要高功率的激光，随着光纤激光器输出功率的不断提高，在光纤的微小纤芯内产生极高的激光功率密度，这将引起各种有害的非线性效应，如受激拉曼散射效应，受激布里渊散射效应等。为了避免高功率下光纤激光器系统出现有害的非线性效应，通常使用大模场光纤，通过增大光纤纤芯的直径，来增加光纤的模场面积，降低高功率状态下纤芯内的激光功率密度。但是增大光纤纤芯直径的同时，将导致光纤纤芯内能够产生并支持多个激光模式的传输，除基模LP01模以外，还会存在如LP11、LP02等高阶模，众多的模式容易造成传输模式的不稳定和光斑能量分布不均，输出光束的不稳定导致应用工艺效果变差。

发明内容

本发明实施例提供光束质量调节器和光纤激光器，用于使能量充分传递和交换，达到匀化光束能量分布的目的，输出光束质量稳定的激光束。

本发明实施例提供的光束质量调节器，包括：

微分头、调节块和固定座；

所述调节块位于所述固定座的一侧，所述微分头的驱动端设有与所述调节块连接的位移平台，所述微分头通过所述位移平台驱动所述调节块沿靠近或远离所述固定座的方向运动。

根据本发明提供的光束质量调节器，所述调节块靠近所述固定座的一侧设有第一挤压表面，所述固定座靠近所述调节块的一侧设有第二挤压表面。

根据本发明提供的光束质量调节器，所述第一挤压表面和/或所述第二挤压表面为正弦曲面。

根据本发明提供的光束质量调节器，所述位移平台通过第一螺钉与所述调节块连接，所述调节块通过第二螺钉与所述固定座连接；所述位移平台通过安装块与所述固定座连接。

根据本发明提供的光束质量调节器，所述光束质量调节器还包括：保护套管；所述保护套管安装在所述调节块和所述固定座之间。

本发明实施例还提供一种光纤激光器，包括：光束质量调节器，光束质量调节器包括：微分头、调节块和固定座；所述调节块位于所述固定座的一侧，所述微分头的驱动端设有与所述调节块连接的位移平台，所述微分头通过所述位移平台驱动所述调节块沿靠近或远离所述固定座的方向运动。

根据本发明提供的光纤激光器，所述光纤激光器还包括：包层光剥除器；所述传能光纤分为第一传能光纤和第二传能光纤；

所述激光光源依次通过所述第一传能光纤、所述包层光剥除器、所述第二传能光纤与所述输出光缆连通。

根据本发明提供的光纤激光器，所述激光光源包括：

第一泵浦源、第一光纤耦合器、光纤激光谐振腔、第二光纤耦合器和第二泵浦源；

所述第一泵浦源依次通过所述第一光纤耦合器、所述光纤激光谐振腔、所述第二光纤耦合器与所述传能光纤连接，所述第二泵浦源与所述第二光纤耦合器连接。

根据本发明提供的光纤激光器，所述光纤激光谐振腔包括：高反光栅、掺杂光纤和低反光栅；

所述第一光纤耦合器依次通过所述高反光栅、掺杂光纤、低反光栅与所述第二光纤耦合器连接。

本发明提供的光束质量调节器和光纤激光器，通过微分头控制调节块与固定座之间的距离，对光纤进行弯曲挤压和固定，在光纤弯曲形变的过程中，光纤内部模式耦合系数改变，打破光纤中传输激光的模式平衡，增强模间耦合作用，使能量充分传递和交换，达到匀化光束能量分布的目的，输出光束质量稳定的激光束。应用在高功率光纤激光器系统中，实现输出激光的光束质量M

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的光束质量调节器的结构示意图；

图2是本发明提供的光纤激光器的结构示意图；

图中，1、第一泵浦源；2、第一光纤耦合器；3、光纤激光谐振腔；31、高反光栅；32、掺杂光纤；33、低反光栅；4、包层光剥除器；5、输出光缆；6、光束质量调节器；61、调节块；62、固定座；63、保护套管；64、第一螺钉；65、位移平台；66、第二螺钉；67、安装块；68、微分头；7、第二光纤耦合器；8、第二泵浦源。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1描述本发明提供的光束质量调节器，该光束质量调节器6包括：微分头68、调节块61和固定座62。调节块61位于固定座62的一侧，微分头68上设有与调节块61连接的位移平台65。微分头68是用于精确调节位移平台65控制调节块61推进量。微分头68通过位移平台65驱动调节块61沿靠近或远离固定座62的方向运动。

该光束质量调节器6在工作过程中，传能光纤置于调节块61和固定座62之间。微分头68调节调节块61和固定座62之间距离，对传能光纤进行弯曲挤压和固定。微分头68推进位移平台65和调节块61挤压传能光纤使其发生微弯。光纤在微弯状态下出现模式耦合的作用，激发更多模式并达到稳定状态，实现输出光束质量M

调节块61靠近固定座的一侧设有第一挤压表面，固定座62靠近调节块61的一侧设有第二挤压表面。第一挤压表面或第二挤压表面为正弦曲面。为保证挤压效果，一般情况下，第一挤压表面和第二挤压表面均为正弦曲面，两个正弦曲面相互吻合。振幅范围与传能光纤芯径成反比，一般为1-5mm，其周期与光纤纤芯成正比，一般为10-30mm。同时，调节块61与固定座62之间设有的放置传能光纤的凹槽，传能光纤放置在凹槽内通过挤压表面控制传能光纤的弯曲形变大小。

位移平台65通过两个第一螺钉64与调节块61连接，同时位移平台65通过安装块67与固定座62连接。调节块61通过第二螺钉66与固定座62连接。最后调节好调节块61后，可通过第二螺钉66固定调节块61和固定座62的相对位置，调试精确为0.01mm，使光束质量调节器6的耦合效果达到最佳状态。

此外，如图2所示，光束质量调节器6还包括：用于装载传能光纤的保护套管63。保护套管63安装在调节块61和固定座62之间。将通过包层光被剥离的传能光纤套上保护套管63后，置于可滑动的调节块61和固定座62之间，对光纤进行弯曲挤压和固定。防止光纤挤压块应力挤压时，损伤光纤的涂覆层。

本发明提供的光束质量调节器和光纤激光器，通过微分头控制调节块与固定座之间的距离，对光纤进行弯曲挤压和固定，在光纤弯曲形变的过程中，光纤内部模式耦合系数改变，打破光纤中传输激光的模式平衡，增强模间耦合作用，使能量充分传递和交换，达到匀化光束能量分布的目的，输出光束质量稳定的激光束。应用在高功率光纤激光器系统中，实现输出激光的光束质量M

本发明还提供一种光纤激光器，如图1和图2所示，该光纤激光器包括：光束质量调节器6。光束质量调节器6属于光路外接辅助设备，不会破坏光纤激光器系统的全光纤结构，属于光路外接辅助设备。光束质量调节器6包括：微分头68、调节块61和固定座62。调节块61位于固定座62的一侧，微分头68上设有与调节块61连接的位移平台65。微分头68是用于精确调节位移平台65控制调节块61推进量。微分头68通过位移平台65驱动调节块61沿靠近或远离固定座62的方向运动。

其中，光纤激光器还包括：激光光源、传能光纤和输出光缆5。激光光源通过传能光纤与输出光缆5连接，传能光纤安装在调节块61和固定座62之间。

光纤激光器还包括：包层光剥除器4。传能光纤分为第一传能光纤和第二传能光纤。激光光源依次通过第一传能光纤、包层光剥除器4、第二传能光纤与输出光缆5连通。

激光光源包括：第一泵浦源1、第一光纤耦合器2、光纤激光谐振腔3、第二光纤耦合器7和第二泵浦源8。第一泵浦源1依次通过第一光纤耦合器2、光纤激光谐振腔3、第二光纤耦合器7与传能光纤连接，第二泵浦源8与第二光纤耦合器7连接。光纤激光谐振腔3包括：高反光栅31、掺杂光纤32和低反光栅33。第一光纤耦合器2依次通过高反光栅31、掺杂光纤32、低反光栅33与第二光纤耦合器7连接。光纤激光谐振腔3对激光进行选模与功率反馈，并形成稳定的激光震荡。第一泵浦源1产生的泵浦光通过第一光纤耦合器2耦合，通过高反光栅31进入光纤激光谐振腔3内。第二泵浦源8产生的泵浦光通过第二光纤耦合器7耦合，通过低反光栅33进入光纤激光谐振腔3内。高反光栅31、掺杂光纤32、低反光栅33构成光纤激光谐振腔3。

该光纤激光器在工作过程中，第一泵浦源1产生的泵浦光和外部输入的信号光从第一光纤耦合器2进入光纤激光谐振腔3中的高反光栅31。第二泵浦源8产生的泵浦光通过第二光纤耦合器7耦合，通过低反光栅33进入光纤激光谐振腔3内。即第一泵浦源1从正向注入泵浦光，第二泵浦源8从反向注入泵浦光，构成两个泵浦光产生装置，形成双向泵浦方式。两股泵浦光在掺杂光纤32受激辐射，完成能量的转换，使外部输入的信号光得到放大。若传输不稳定，可通过微分头68调节调节块61和固定座62之间距离，对传能光纤进行弯曲挤压和固定。微分头68推进位移平台65和调节块61挤压传能光纤使其发生微弯。光纤在微弯状态下出现模式耦合的作用，激发更多模式并达到稳定状态，实现输出光束质量M

综上所述，本发明提供的光束质量调节器和光纤激光器，通过微分头控制调节块与固定座之间的距离，对光纤进行弯曲挤压和固定，在光纤弯曲形变的过程中，光纤内部模式耦合系数改变，打破光纤中传输激光的模式平衡，增强模间耦合作用，使能量充分传递和交换，达到匀化光束能量分布的目的，输出光束质量稳定的激光束。应用在高功率光纤激光器系统中，实现输出激光的光束质量M

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。