大功率光纤激光器技术及应用详解

2012-11-21 00:05

　　1.2 泵浦耦合技术

　　简单来说，泵浦耦合技术就是如何高效率的将泵浦光耦合到双包层掺杂光纤的内包层中去。为此，人们提出了很多泵浦光和双包层光纤之间的耦合方法，常见的有采用准直聚焦透镜组整形的端面泵浦耦合，采用V形槽、内嵌反射镜、光纤侧面熔接等方案的侧面泵浦耦合，但分立的端面泵浦和侧面泵浦耦合方案在稳定性和操作性上均有很大的缺陷。从大功率光纤激光器的发展趋势来看，要求泵浦耦合器件在将泵浦光耦合到内包层的同时，尽量不影响和损害双包层光纤的纤芯，因为只有这样才能在不影响激光的产生和传输的情况下实现级联泵浦和超大功率的输出。

　　目前国际上采用较多的实用化方案是将多个LD通过尾纤合并到单根匹配光纤输出，来获得高功率的泵浦光，再通过与掺杂光纤熔接对其进行泵浦。ITF公司率先研制出一种高耦合效率的，适合大功率下工作的光纤合束器，其结构见图4。由于7根和19根光纤在合并熔融拉锥后的截面更接近于圆形，因此光纤合束器大多是采用7 X l或19×1的结构。由于光纤合束器是由光纤介质制作，很容易和其它光纤器件无缝连接，因此这种泵浦方法可制成体积小、重量轻、结构坚固、稳定性能好的大功率全光纤激光器。

　　1.3 FBG刻写技术

　　FBG是一种刻写在光纤纤芯中的Bragg光栅，它能够把前向传输的纤芯模式能量耦合给后向传输的纤芯模式，形成在谐振波长附近一定带宽的能量反射。FBG可达到较高的反射率(100％)和较窄的反射带宽(0.1 nm)，作为光纤激光器的谐振腔腔镜，可使激光器具有更紧凑的结构和更高的稳定性。由于FBG本身就是由光纤制作而成，因此在光纤激光器的全光纤化设计中具有明显的优势，是作为大功率双包层光纤激光器腔镜的最佳选择。

　　1989年，Gerry Melted首次提出采用两束波长位于掺Ge石英光纤吸收带内的紫外激光相干涉，从光纤侧面写入了一种永久的折射率呈周期性分布的FBG。经过几十年的不断发展，目前光纤光栅的制作方法多种多样。采用适当的光纤增敏技术、不同的成栅方法并结合使用合适光源，几乎可以在各种类型的光纤上刻写出光栅。制作应用于全光纤化高功率光纤激光器的FSG，紫外曝光相位掩模法是相对可行的技术方案。关键问题在于光敏双包层光纤的获得，载氢方法虽然可行，但要实现光纤光栅的高稳定性，许多工艺还需要进一步摸索。近年来研究的一个新领域是用飞秒脉冲激光器作为成栅光源，利用该光源并结合全息干涉法、相位掩模法及点点写入法可以制作高质量的光纤光栅，且光栅温度耐受性好，适合用作高功率光纤激光器的腔镜。飞秒激光写入光栅法与紫外曝光法相比有许多优点，因此在光纤激光器的腔镜应用上有很大的发展潜力。