太阳光泵浦的双包层光纤激光器关键技术和系统研究

本项目研究以太阳光为泵浦源，经过二级或三级汇聚系统聚焦后，直接泵浦双包层光纤构成的激光器系统及其关键技术。这是一项创新性研究，国内外未见报道，具有知识产权意义。其中关键技术包括：高聚集度的太阳光聚光系统设计、三维复合抛物面聚光器（CPC）的设计和制作、太阳光与双包层光纤的耦合技术、适于太阳光泵浦的掺杂离子和双包层光纤的选择、太阳光自动控制跟踪系统的研制、激光器系统设计与实验研究等。与太阳光泵浦的棒 2100433B

双包层光纤激光器具有光束质量好、散热面大等优点，国际上发展异常迅速，在激光加工、医疗及军事上均有巨大的应用潜力。高功率双包层光纤激光器的一项关键技术就是泵浦源LD的光速整形。本项目利用新型光束整形技术将高功率泵浦光束整形为合适的光斑，并通过非球面耦合光学系统将其泵浦入光纤内包层，提高泵浦效率，建立50W级光纤激光器装置。

双包层光纤激光器是新型光纤激光器发展的代表, 它的优点在于不需要将泵浦能量直接耦合到模场直径相对较小的光纤中去, 它可以采用低成本的,大模场(多模)高功率的半导体激光器作为泵浦源.因为这个优势,近几年来,双包层光纤激光器研究受到了极大的关注.

泵浦合束器的基本原理是对光纤塑形后直接利用溶接的方式实现光束耦合,为达到高的耦合效率,泵浦合束器满足的条件是:耦合输入光纤(束)的数值孔径不大于亲合输出光纤的数值孔径NA_out即:

NA_in<=NA_out(式1-1)

泵浦合束器的分类可以从结构上分为两大类,一类为NX1型泵浦合束器,另一类为(N 1)XI型泵浦合束器。NX1型泵浦合束器主要应用于光纤振荡器,而由于(N 1)X1型泵浦合束器结构中有一根信号光纤贯穿其中,因此(N 1)XI型泵浦合束器主要应用于光纤放大器。

NX1型泵浦合束器是一种端泵型泵浦合束器。将N根泵浦光纤合束拉锥后与1根输出光纤馆接,此即形成了NX1型泵浦合束器。

按照公式的要求,拉锥后的单根泵浦光纤的数值孔径AM,应不大于输出光纤的数值孔径,而泵浦光纤拉锥前的数值孔径AH"para" label-module="para">

NA_in*D_in=N_at*D_out(式1-2)

其中,为拉锥前输入光纤束的总直径,为拉锥后输入光纤束的直径,即输出光纤的直径,将可得:

NA_in*D_in<=NA_out*D_out(式1-3)

式(1-3)即为NX1型泵浦合束器应满足的条件。

(N 1)XI型泵浦合束器的结构有两种,一种为端泵型,另一种为侧泵型。端泵型(N 1)XI泵浦合束器的结构与NX1型泵浦合束器基本一致,唯一区别在于端录型(N 1)XI泵浦合束器的输入光纤束由N根泵浦光纤围绕一根信号光纤组成,因此信号光纤也被拉锥了。为实现高的泵浦亲合效率,端泵浦型的(N 1)XI泵浦合束器也需要满足式(1-3)的要求。侧泵型(N 1)XI泵浦合束器则是在一根信号光纤的外围分布N根被拉锥的泵浦光纤,而信号光纤并没有被拉锥。为达到高的耦合效率,它亦需满足式1的条件,即从侧面耦合到输出光纤的光线角度不应大于输出光纤的临界角。侧泵浦型(N 1)XI泵浦合束器是由侧面溶接亲合技术发展而来的,器件的工作原理一致,但是由于其制备工艺复杂,目前市面上能够购买的泵浦合束器大部分是端泵型的。