一种基于长周期光纤光栅的高抗回返光纤激光器的制作方法

本发明涉及一种基于长周期光纤光栅的高抗回返光纤激光器。

背景技术：

1、随着光纤激光器价格优势的凸显并随着光纤激光器技术的不断革新与进步，光纤激光器的应用迅速在工业加工和制造领域方面铺展开来，特别是在金属、非金属等加工工艺方面，光纤激光器得到了极其广泛的应用。对于某些金属材料的切割加工，如铜制、铝制等金属材料，该类材料对光纤激光器(～1080nm)的激光具有较高的表面发射率，被表面反射的激光可反向耦合至(光路可逆性)激光器纤芯或者包层内，该部分反向激光经过光纤激光器增益光纤时可被进行放大并传输至指示光路中，另外，因谐振腔光路中高反光栅所存在的反射不完全或者系统所产生的拉曼激光都可通过纤芯反向传输至指示光路中，以上纤芯反向传输激光都可对光纤耦合指示红光二极管造成严重损伤，最终可对光纤激光器长期可靠性、稳定性等产生严重影响。

2、当前指示红光的反向激光抗回返主要采用双色元件滤波法、光纤波分复用器滤波、衰减光路等。空间滤波法：主要是采用双色片对回返激光进行滤除，双色片可实现指示光高透而对回返激光高反，因而可实现对反向传输的激光进行滤除，进而达到对指示红光的保护，该方法将会引起光纤与双色光学元件以及透镜之间的空间耦合光路的导入，使得结构较为复杂，对制作的精度要求较高，因此难度较大。光纤波分复用滤波：该方法采用波分复用光纤器件可对反向激光进行滤除而对正向传输的指示红光实现高透过率传输，进而实现对指示光二极管的保护，该器件为光纤器件，因此与光纤激光器系统兼容较高，然而光纤波分复用器耐受功率较低，最高耐受功率约20w，很难将其直接应用高功率光纤光路中，使得该器件在高功率光纤激光方面的使用得到了限制；衰减光路法：该方法采用正向传输小na进大na，小纤芯进大纤芯的原则，使得对反向传输的激光实现逐步衰减，但是该方法在高功率传输光路中难以实现对反向传输纤芯激光的彻底剥除，未被剥除的纤芯光将会成为指示红光二极管的安全隐患。倾斜光栅法：该方法可具有较高的耐受功率，但是该器件制作工艺较为复杂，难以获得，并且使得价格昂贵，不易广泛使用。

3、为了实现对反向传输纤芯拉曼以及谐振腔激光的高度剥离，从而提高激光器指示红光的长期稳定性。最好需要达到以下方面：该器件可直接耐受百瓦级激光，支持直接应用高功率光纤激光；该器件可通过采用级联使用的方式，实现对纤芯反向传输激光的高度剥离；该器件通过设计，可对不同波长的纤芯反向传输激光实现剥离，因此可以同时实现拉曼以及谐振腔反向传输激光同时剥离。最好器件工艺简单，较为容易获得，成本较低。

4、为了实现光纤激光器长期可靠性、稳定性性能的提升并使得激光器在实际应用过程可长期连续稳定工作。本专利将长周期光纤光栅用于指示光抗回返光路中，其可实现对高功率纤芯拉曼(1130nm)以及反向激光(1080nm)实现高效剥除，最终实现对指示红光实现安全性保护，从而提升激光器的整体性能。其可为提高高功率激光器的长期可靠性、稳定性能提供一种有效技术途径或方案。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于长周期光纤光栅的抗回返光纤激光器，克服了现有技术的不足，设计合理。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、一种基于长周期光纤光栅的抗回返光纤激光器，包括指示红光模块，抗回返光路模块，谐振腔模块；指示用红光模块的输出端连接抗回返光路模块的第一端，抗回返光路模块的第二端连接谐振腔模块的第一端，谐振腔模块的第二端为纤芯激光的输出端；指示红光模块用于发射指示用红光，谐振腔模块通过泵浦光激发有源光纤产生增益输出激光；抗回返光路模块，包括第一剥离器、长周期光纤光栅，长周期光纤光栅用于将回返的纤芯激光耦合到包层，第一剥离器用于剥除来自长周期光纤光栅耦合至包层的反向传输纤芯激光。

4、优选地，抗回返光路模块还包括第一扰模区，第一扰模区域可将由长周期光纤光栅耦合至包层的反向耦合纤芯激光转为更高的数值孔径包层激光。

5、优选地，抗回返光路模块包括第一长周期光纤光栅lpg1和第二长周期光纤光栅lpg2，第一长周期光纤光栅用于将有源纤输出的反向纤芯激发光耦合至包层，第二长周期光纤光栅用于将纤芯拉曼光耦合至包层。

6、优选地，抗回返光路模块包括第二剥离器和第二绕模区：第二剥离器用以剥除来自反向传输的包层激光和/或未被有源光纤吸收的泵浦包层光，第二扰模区可提高来自反向传输的包层激光和/或未被有源光纤吸收的泵浦包层光的数值孔径。

7、优选地，抗回返光路模块沿着指示用红光的正向输出方向依次设置第一剥离器、第一绕模区、第一长周期光纤光栅lpg1、第二长周期光纤光栅lpg2、第二剥离器、第二绕模区；第二剥离器用以剥除来自反向传输的包层激光和/或未被有源光纤吸收的泵浦包层光，第二扰模区可提高来自反向传输的包层激光和/或未被有源光纤吸收的泵浦包层光的数值孔径；第一长周期光纤光栅用于将有源纤输出的反向纤芯激发光耦合至包层，第二长周期光纤光栅用于将纤芯拉曼光耦合至包层；第一扰模区域可将由第一长周期光纤光栅lpg1和第二长周期光纤lpg2耦合至包层的反向耦合激光转为更高的数值孔径包层激光。

8、优选地，第一剥离器为模式匹配剥离器，采用剥离器+mfa，同时具有剥除和模式匹配的功能，通过将指示红光模块的输出尾纤和第一绕模区的尾纤进行模式匹配，将剥离区设置在模式匹配区域。

9、优选地，指示红光模块的尾纤的直径小于第一绕模区尾纤的直径的1/2。

10、优选地，第一长周期光纤光栅lpg1的光纤类型为双包层结构，工作波长为1080nm，第二长周期光纤光栅lpg2的光纤类型为双包层结构，工作波长为1130nm，包层模式与纤芯模式耦合条件为：λ＝(nco-eff-ncl-eff)∧，λ为耦合工作波长，nco-eff为纤芯模式有效折射率，ncl-eff为包层模式有效折射率，∧为长周期光纤光栅周期。

11、优选地，谐振腔模块包括沿着指示用红光正向输出方向依次设置的正向泵浦二极管模组、正向合束器、高反射光纤光栅、有源光纤、低反射光纤光栅、反向合束器、反向泵浦二极管模组、第三剥离器、输出头；正向合束器用于将正向泵浦二极管模组发出的泵浦光耦合进入有源光纤；反向合束器用于将反向泵浦二极管模组输出的泵浦光耦合进入有源光纤，有源光纤通过泵浦光的激发获得增益，通过高反射光纤光栅和低反射光纤光栅组成的光栅对构成谐振结构，实现激光的振荡放大输出，激发光通过低反射光纤光栅输出正向激发光，正向激发光通过第三剥离器后进入到输出头。

12、优选地，将指示红光耦合输出单模光纤和第一绕模区尾纤端双包层光纤采用拉锥和热扩芯方式实现两款光纤的模式匹配熔接，然后再通过co2刻蚀、氢氟酸腐蚀或者带有腐蚀特性的磨砂膏将该模式匹配区域毛化或腐蚀，进而形成模式匹配剥离器。

13、本发明提供了一种采用长周期光纤光栅实现具有高抗回返功能的光纤激光器。

14、本发明的有益效果是：

15、1、一种采用长周期光纤光栅实现具有高抗回返功能的光纤激光器，通过不同周期的长周期光纤光栅的级联使用，可获得具有对多级拉曼反向激光的高隔离度抗回返性能，通过绕模区的应用提高数值孔径和滤除效率；通过剥离器和模式匹配器的结合，能够在有效滤除回返光的同时提高指示红光的耦合效率。

16、2、器件耐受功率高，可直接应用于高功率抗回返光路中。

17、3、该器件为全光纤结构，与光纤激光器的系统兼容性更高。

18、4、通过设置长周期光纤光栅的尺寸覆盖并大于纤芯的尺寸，提高耦合的效率，同时控制两个光纤光栅之间的距离，以提高反向光滤除效率。