《一種基於同帶泵浦技術的單纖萬瓦級全光纖雷射器系統》是山東海富光子科技股份有限公司於2013年10月11日申請的專利，該專利的申請號為201310472100X，公布號為CN103560382A，授權公布日為2014年2月5日，發明人是史偉、房強。
《一種基於同帶泵浦技術的單纖萬瓦級全光纖雷射器系統》公開了一種基於同帶泵浦技術的單纖萬瓦級全光纖雷射器系統，包含主振盪器，半導體雷射泵浦下的光纖放大器，同帶泵浦光纖放大器，泵浦濾除器和輸出光纜，主振盪器包括泵浦半導體雷射器，第一泵浦合束器，第一光纖泵浦信號合束器，高反射率光纖布拉格光柵，雙包層摻鐿光纖，低反射率光纖布拉格光柵，第二光纖泵浦信號合束器，半導體雷射器泵浦下的光纖放大器包括泵浦半導體雷射器，第二泵浦合束器，光纖泵浦信號合束器，雙包層摻鐿光纖；同帶泵浦光纖放大器包括光纖雷射器，第一同帶泵浦信號合束器，第一摻鐿多包層光纖，第二同帶泵浦信號合束器、第二摻鐿多包層光纖，該發明實現了一種高光束質量、單纖萬瓦級全光纖雷射器系統。
2018年12月20日，《一種基於同帶泵浦技術的單纖萬瓦級全光纖雷射器系統》獲得第二十屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種基於同帶泵浦技術的單纖萬瓦級全光纖雷射器系統》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種基於同帶泵浦技術的單纖萬瓦級全光纖雷射器系統
- 公布號：CN103560382A
- 授權日：2014年2月5日
- 申請號：201310472100X
- 申請日：2013年10月11日
- 申請人：山東海富光子科技股份有限公司
- 地址：山東省威海市高技術產業開發區火炬路213-3號創新創業基地C座401
- 發明人：史偉、房強
- Int.Cl.：H01S3/067(2006.01)I
- 代理機構：威海科星專利事務所
- 代理人：于濤
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
光纖雷射器是以摻雜稀土元素的光纖為增益介質的雷射器，通過摻雜不同的稀土元素，如餌（Er），鎰（Yb），銩（Tm），鈥（Ho），釹（Nd）等，光纖雷射器的工作波段覆蓋了從紫外到中紅外。與其他雷射器相比，光纖雷射器具有雷射工作閾值低，能量轉化率高、輸出光束質量好、結構緊湊穩定、無需光路調整、散熱性能好、壽命長和無需維護等鮮明特點，因此得到快速發展以及廣泛地套用。
截至2013年10月，光纖雷射器輸出功率得到不斷提升，套用領域也得到不斷拓展，高性能、大功率光纖雷射器已逐漸裝備於精密加工設備、高端製造設備上，成為先進制造設備的心臟，成為保證國防、尖端工業發展的戰略性基礎裝備，體現了一個國家先進制造技術的綜合水平。
截至2013年10月，美國IPG公司代表著大功率光纖雷射器研製及產業化的最高水平，早在2009年，IPG就成功研製出了1萬瓦單模光纖雷射器，並廣泛套用於全世界先進制造、先進加工領域。2012年又成功研製出了功率高達10萬瓦的多模光纖雷射器系統。IPG公司占據了全球大功率光纖雷射器市場70%的份額。中國國內光纖雷射器公司只是在低功率脈衝光纖雷射器市場上占有一定份額，在高性能、大功率光纖雷射器研製及產業化方面遠遠落後於美國，中國國內千瓦級、萬瓦級光纖雷射器的市場幾乎被IPG公司壟斷。因此，研製一種高性能、大功率光纖雷射器，打破中國國外技術壟斷具有重要意義。
發明內容
專利目的
《一種基於同帶泵浦技術的單纖萬瓦級全光纖雷射器系統》的目的是提供一種高光束質量，單纖萬瓦級全光纖雷射器系統。
技術方案
《一種基於同帶泵浦技術的單纖萬瓦級全光纖雷射器系統》是通過以下技術方案加以實現的。
一種基於同帶泵浦技術的單纖萬瓦級全光纖雷射器系統，其特徵在於包含主振盪器1、半導體雷射泵浦下的光纖放大器2、同帶泵浦光纖放大器3、泵浦濾除器4、輸出光纜5，其中主振盪器1、半導體雷射泵浦下的光纖放大器2、同帶泵浦光纖放大器3和泵浦濾除器4依次相連並由輸出光纜5光纖雷射。
所述的主振盪器是一種連續型摻鐿雙包層光纖雷射器，它包括泵浦半導體雷射器11，尾纖與第一7×1泵浦合束器12的輸入光纖連線，六個泵浦合束器12的輸出光纖分別與第一（6+1）×1光纖泵浦信號合束器13的泵浦輸入光纖相連，第一（6+1）×1光纖泵浦信號合束器13的輸出光纖與高反射率光纖布拉格光柵14連線，光柵另一端與雙包層摻鐿光纖15連線，摻鐿光纖另一端與低反射率光纖布拉格光柵16相連，光柵另一端與用於反向泵浦的第二（6+1）×1光纖泵浦信號合束器17信號光纖相連，泵浦光纖與另外六個泵浦合束器12的輸出光纖相連，第二（6+1）×1光纖泵浦信號合束器17的信號光纖另一端作為主振盪器輸出光纖。
所述的半導體雷射泵浦下的光纖放大器2包括：泵浦半導體雷射器21，尾纖與第二7×1泵浦合束器22的泵浦輸入端連線，泵浦合束器輸出端與（2+1）×1光纖泵浦信號合束器23的泵浦輸入端連線，（2+1）×1光纖泵浦信號合束器23信號輸入端與主振盪器輸出光纖連線，信號輸出端與雙包層摻鐿光纖24連線，摻鐿光纖另一端作為光纖放大器輸出端輸出約3000瓦光纖雷射。
所述的同帶泵浦光纖放大器包括用作泵浦的350瓦1018納米光纖雷射器31，1018納米光纖雷射器輸出光纖與第一同帶泵浦信號合束器32泵浦輸入端相連，第一同帶泵浦信號合束器的信號輸入端與半導體雷射泵浦下的光纖放大器2的輸出端相連，信號輸出端與第一摻鐿多包層光纖33，相連，第一摻鐿多包層光纖另一端與第二同帶泵浦信號合束器34信號輸入端相連，信號輸出端與第二摻鐿多包層光纖35連線。
所述的主振盪器1中，使用的泵浦雷射11是帶尾纖的半導體雷射器，工作波長是915納米，940納米或者978納米，輸出尾纖為105/125微米（纖芯/內包層）多模光纖；使用的雙包層摻鐿光纖為大模場摻鐿光纖，纖芯/內包層尺寸為20/400微米，內包層為八角形；使用的高反光纖光柵14，反射率大於99%。
使用的低反光纖光柵16，反射率為10%；使用的第一7×1泵浦合束器12，泵浦輸入光纖為105/125微米（纖芯/內包層）多模光纖，單臂可承受100瓦，輸出光纖為200/220微米（纖芯/內包層）多模光纖；使用的第一（6+1）×1光纖泵浦信號合束器13，泵浦光纖為200/220微米（纖芯/內包層）多模光纖，單臂可承受200瓦。
使用的第二（6+1）×1光纖泵浦信號合束器17，可套用於反向泵浦，泵浦光纖為200/220微米（纖芯/內包層）多模光纖，單臂可承受100瓦；主振盪器1可輸出超過1000瓦的光纖雷射。
所述的半導體雷射泵浦下的光纖放大器2中，使用的泵浦雷射21是帶尾纖的半導體雷射器，工作波長是915納米，940納米或者978納米，輸出尾纖為200/220微米（纖芯/內包層）多模光纖；使用的雙包層摻鐿光纖24為大模場摻鐿光纖，纖芯/內包層尺寸為30/400微米，內包層為八角形；使用的第二7×1泵浦合束器22，泵浦輸入光纖為200/220微米（纖芯/內包層）多模光纖，單臂可承受功率超過400瓦，輸出光纖為400/440微米（纖芯/內包層）多模光纖；使用的（2+1）×1泵浦信號合束器22，泵浦輸入光纖為400/440微米（纖芯/內包層）多模光纖，單臂可承受功率超過2000瓦；半導體雷射泵浦下的光纖放大器2可輸出超過3000瓦的光纖雷射。
所述的同帶泵浦光纖放大器3中，使用的泵浦雷射31是工作與1018納米的光纖雷射器，輸出功率為350瓦，輸出光纖為30/250微米（纖芯/內包層）光纖；使用的泵浦雷射31是工作與1018納米的光纖雷射器，輸出功率為350瓦，輸出光纖為30/250微米（纖芯/內包層）光纖；使用的第一同帶泵浦信號合束器32，泵浦輸入光纖為30/250微米（纖芯/內包層）光纖，信號輸入光纖為30/400（纖芯/內包層）光纖，信號輸出光纖為40/200/400（纖芯/內包層/外包層）光纖；使用的第一摻鐿多包層光纖33，為40/200/400（纖芯/內包層/外包層）多包層光纖；使用的第二同帶泵浦信號合束器34，泵浦輸入光纖為30/250微米（纖芯/內包層）光纖，信號輸入光纖為40/200/400（纖芯/內包層/外包層）光纖，信號輸出光纖為50/300/600（纖芯/內包層/外包層）光纖；使用的第二摻鐿多包層光纖35，為50/300/600（纖芯/內包層/外包層）多包層光纖。
所述的泵浦濾除器4，與第二摻鐿多包層光纖35連線，將在內包層中傳輸的剩餘泵浦濾除。
所述的輸出光纜5，為商用的QD輸出光纜，輸出萬瓦級光纖雷射。
改善效果
《一種基於同帶泵浦技術的單纖萬瓦級全光纖雷射器系統》的優點在於實現了一種高光束質量、單纖萬瓦級全光纖雷射器系統。
附圖說明
圖1是《一種基於同帶泵浦技術的單纖萬瓦級全光纖雷射器系統》的結構圖示圖。
圖中標記：主振盪器1、半導體雷射泵浦下的光纖放大器2、同帶泵浦光纖放大器3、泵浦濾除器4、輸出光纜5、泵浦半導體雷射器11（中心波長：915納米，輸出功率：25瓦，105/125微米尾纖）、第一7×1泵浦合束器12、第一（6+1）×1光纖泵浦信號合束器13、高反射率光纖布拉格光柵14、雙包層摻鐿光纖（纖芯/內包層：20/400）15、低反射率光纖布拉格光柵16、用於反向泵浦的第二（6+1）×1光纖泵浦信號合束器17、泵浦半導體雷射器21（中心波長：915納米，輸出功率：200瓦，200/220微米尾纖）、第二7×1泵浦合束器22、（2+1）×1光纖泵浦信號合束器23、雙包層摻鐿光纖（纖芯/內包層：30/400微米）24、350瓦1018納米光纖雷射器31、第一同帶泵浦信號合束器32、第一摻鐿多包層光纖33（纖芯/內包層/外包層：40/200/400微米）、第二同帶泵浦信號合束器34、第二摻鐿多包層光纖35（纖芯/內包層/外包層：50/300/600微米）。
技術領域
《一種基於同帶泵浦技術的單纖萬瓦級全光纖雷射器系統》涉及一種光纖雷射器，尤其是一種基於同帶泵浦技術的單纖萬瓦級全光纖雷射器系統，屬於光纖及雷射技術領域。
權利要求
1.一種基於同帶泵浦技術的單纖萬瓦級全光纖雷射器系統，其特徵在於包含主振盪器、半導體雷射泵浦下的光纖放大器、同帶泵浦光纖放大器、泵浦濾除器和輸出光纜，所述主振盪器、半導體雷射泵浦下的光纖放大器、同帶泵浦光纖放大器、泵浦濾除器和輸出光纜依次相連並由輸出光纜輸出光纖雷射，所述的主振盪器是一種連續型摻鐿雙包層光纖雷射器，它包括主振盪器輸入光纜、泵浦半導體雷射器、第一光纖泵浦信號合束器、高反射率光纖布拉格光柵、雙包層摻鐿光纖、低反射率光纖布拉格光柵、第二光纖泵浦信號合束器和主振盪器輸出光纖，7*1個泵浦半導體雷射器的輸出光纖相連線組成泵浦合束器，光纜和6*1個泵浦合束器的輸出光纖分別與7*1個第一光纖泵浦信號合束器的泵浦輸入光纖相連，7*1個第一光纖泵浦信號合束器的輸出光纖與高反射率光纖布拉格光柵連線，高反射率光纖布拉格光柵的另一端與雙包層摻鐿光纖連線，雙包層摻鐿光纖另一端與低反射率光纖布拉格光柵相連，低反射率光纖布拉格光柵另一端與7*1個第二光纖泵浦信號合束器的信號光纖相連，第二光纖泵浦信號合束器分別與6*1個泵浦合束器的輸出光纖相連，第二光纖泵浦信號合束器接主振盪器輸出光纜，所述的半導體雷射泵浦下的光纖放大器包括：主振盪器輸出光纖、泵浦半導體雷射器、第三光纖泵浦信號合束器、雙包層摻鐿光纖和光纖放大器電纜輸出端，7*1個泵浦半導體雷射器的輸出光纖相連線成泵浦合束器，主振盪器輸出光纜和2*1個泵浦合束器的輸出光纖分別與個第三光纖泵浦信號合束器的泵浦輸入光纖相連，第三光纖泵浦信號合束器的光纖輸出端與雙包層摻鐿光纖連線，雙包層摻鐿光纖另一端作為光纖放大器的輸出光纜，所述的同帶泵浦光纖放大器包括光纖放大器輸出光纜、泵浦半導體雷射器、第四光纖泵浦信號合束器，雙包層摻鐿光纖和第五光纖泵浦信號合束器、泵浦濾除器和輸出光纜，7*1個泵浦半導體雷射器的輸出光纖相連線組成泵浦合束器，光纖放大器輸出光纜和6個泵浦合束器的輸出光纖分別與7*1個第四光纖泵浦信號合束器的泵浦輸入光纖相連，7*1個第四光纖泵浦信號合束器的輸出光纖與雙包層摻鐿光纖連線，雙包層摻鐿光纖另一端作為下一級光纜輸入端與6*1個泵浦合束器的輸出光纖分別與7*1個第五光纖泵浦信號合束器的泵浦輸入光纖相連，7*1個第五光纖泵浦信號合束器的輸出光纖與雙包層摻鐿光纖連線，雙包層摻鐿光纖另一端經泵浦濾除器與輸出光纜相連線，輸出光纜輸出萬瓦級光纖雷射。
2.根據權利要求1所述的一種基於同帶泵浦技術的單纖萬瓦級全光纖雷射器系統，其特徵在於主振盪器中使用的泵浦雷射是帶尾纖的半導體雷射器，工作波長是915納米，940納米或者978納米，輸出尾纖為105/125微米多模光纖；使用的雙包層摻鐿光纖為大模場摻鐿光纖，纖芯/內包層尺寸為20/400微米，內包層為八角形；使用的高反光纖光柵，反射率大於99%；使用的低反光纖光柵，反射率為10%；使用的第一7×1泵浦合束器，泵浦輸入光纖為105/125微米多模光纖，單臂可承受100瓦，輸出光纖為200/220微米多模光纖；使用的第一（6+1）×1光纖泵浦信號合束器，泵浦光纖為200/220微米多模光纖，單臂可承受200瓦；使用的第二（6+1）×1光纖泵浦信號合束器，可套用於反向泵浦，泵浦光纖為200/220微米多模光纖，單臂可承受100瓦；主振盪器可輸出超過1000瓦的光纖雷射。
3.根據權利要求1所述的一種基於同帶泵浦技術的單纖萬瓦級全光纖雷射器系統，其特徵在於所述的半導體雷射泵浦下的光纖放大器中，使用的泵浦雷射是帶尾纖的半導體雷射器，工作波長是915納米，940納米或者978納米，輸出尾纖為200/220微米多模光纖；使用的雙包層摻鐿光纖為大模場摻鐿光纖，纖芯/內包層尺寸為30/400微米，內包層為八角形；使用的第二7×1泵浦合束器，泵浦輸入光纖為200/220微米多模光纖，單臂可承受功率超過400瓦，輸出光纖為400/440微米多模光纖；使用的（2+1）×1泵浦信號合束器，泵浦輸入光纖為400/440微米多模光纖，單臂可承受功率超過2000瓦；半導體雷射泵浦下的光纖放大器可輸出超過3000瓦的光纖雷射。
4.根據權利要求1所述的一種基於同帶泵浦技術的單纖萬瓦級全光纖雷射器系統，其特徵在於所述的同帶泵浦光纖放大器中，使用的泵浦雷射是工作與1018納米的光纖雷射器，輸出功率為350瓦，輸出光纖為30/250微米光纖；使用的泵浦雷射是工作與1018納米的光纖雷射器，輸出功率為350瓦，輸出光纖為30/250微米光纖；使用的第一同帶泵浦信號合束器，泵浦輸入光纖為30/250微米光纖，信號輸入光纖為30/400光纖，信號輸出光纖為40/200/400光纖；使用的第一摻鐿多包層光纖，為40/200/400多包層光纖；使用的第二同帶泵浦信號合束光纖，信號輸入光纖為40/200/400光纖，信號輸出光纖為50/300/600光纖；使用的第二摻鐿多包層光纖，為50/300/600多包層光纖。
5.根據權利要求1所述的一種基於同帶泵浦技術的單纖萬瓦級全光纖雷射器系統，其特徵在於所述的泵浦濾除器，與第二摻鐿多包層光纖連線，將在內包層中傳輸的剩餘泵浦濾除。
實施方式
如圖1所示，一種基於同帶泵浦技術的單纖萬瓦級全光纖雷射器系統，其特徵在於包含主振盪器1，半導體雷射泵浦下的光纖放大器2，同帶泵浦光纖放大器3，泵浦濾除器4，和輸出光纜5。
所述的主振盪器是一種連續型摻鐿雙包層光纖雷射器，它包括泵浦半導體雷射器11，尾纖與第一7×1泵浦合束器12的輸入光纖連線，六個泵浦合束器12的輸出光纖分別與第一（6+1）×1光纖泵浦信號合束器13的泵浦輸入光纖相連，第一（6+1）×1光纖泵浦信號合束器13的輸出光纖與高反射率光纖布拉格光柵14連線，光柵另一端與雙包層摻鐿光纖15連線，摻鐿光纖另一端與低反射率光纖布拉格光柵16相連，光柵另一端與用於反向泵浦的第二（6+1）×1光纖泵浦信號合束器17信號光纖相連，泵浦光纖與另外六個泵浦合束器12的輸出光纖相連，第二（6+1）×1光纖泵浦信號合束器17的信號光纖另一端作為主振盪器輸出光纖。
所述的半導體雷射泵浦下的光纖放大器2包括：泵浦半導體雷射器21，尾纖與第二7×1泵浦合束器22的泵浦輸入端連線，泵浦合束器輸出端與（2+1）×1光纖泵浦信號合束器23的泵浦輸入端連線，（2+1）×1光纖泵浦信號合束器23信號輸入端與主振盪器輸出光纖連線，信號輸出端與雙包層摻鐿光纖24連線，摻鐿光纖另一端作為光纖放大器輸出端輸出約3000瓦光纖雷射。
所述的同帶泵浦光纖放大器包括用作泵浦的350瓦1018納米光纖雷射器31，1018納米光纖雷射器輸出光纖與第一同帶泵浦信號合束器32泵浦輸入端相連，第一同帶泵浦信號合束器的信號輸入端與半導體雷射泵浦下的光纖放大器2的輸出端相連，信號輸出端與第一摻鐿多包層光纖33，相連，第一摻鐿多包層光纖另一端與第二同帶泵浦信號合束器34信號輸入端相連，信號輸出端與第二摻鐿多包層光纖35連線。
所述的主振盪器1中，使用的泵浦雷射11是帶尾纖的半導體雷射器，工作波長是915納米，940納米或者978納米，輸出尾纖為105/125微米（纖芯/內包層）多模光纖；使用的雙包層摻鐿光纖為大模場摻鐿光纖，纖芯/內包層尺寸為20/400微米，內包層為八角形；使用的高反光纖光柵14，反射率大於99%；使用的低反光纖光柵16，反射率為10%；使用的第一7×1泵浦合束器12，泵浦輸入光纖為105/125微米（纖芯/內包層）多模光纖，單臂可承受100瓦，輸出光纖為200/220微米（纖芯/內包層）多模光纖；使用的第一（6+1）×1光纖泵浦信號合束器13，泵浦光纖為200/220微米（纖芯/內包層）多模光纖，單臂可承受200瓦；使用的第二（6+1）×1光纖泵浦信號合束器17，可套用於反向泵浦，泵浦光纖為200/220微米（纖芯/內包層）多模光纖，單臂可承受100瓦；主振盪器1可輸出超過1000瓦的光纖雷射。
所述的半導體雷射泵浦下的光纖放大器2中，使用的泵浦雷射21是帶尾纖的半導體雷射器，工作波長是915納米，940納米或者978納米，輸出尾纖為200/220微米（纖芯/內包層）多模光纖；使用的雙包層摻鐿光纖24為大模場摻鐿光纖，纖芯/內包層尺寸為30/400微米，內包層為八角形；使用的第二7×1泵浦合束器22，泵浦輸入光纖為200/220微米（纖芯/內包層）多模光纖，單臂可承受功率超過400瓦，輸出光纖為400/440微米（纖芯/內包層）多模光纖；使用的（2+1）×1泵浦信號合束器22，泵浦輸入光纖為400/440微米（纖芯/內包層）多模光纖，單臂可承受功率超過2000瓦；半導體雷射泵浦下的光纖放大器2可輸出超過3000瓦的光纖雷射。
所述的同帶泵浦光纖放大器3中，使用的泵浦雷射31是工作與1018納米的光纖雷射器，輸出功率為350瓦，輸出光纖為30/250微米（纖芯/內包層）光纖；使用的泵浦雷射31是工作於1018納米的光纖雷射器，輸出功率為350瓦，輸出光纖為30/250微米（纖芯/內包層）光纖；使用的第一同帶泵浦信號合束器32，泵浦輸入光纖為30/250微米（纖芯/內包層）光纖，信號輸入光纖為30/400（纖芯/內包層）光纖，信號輸出光纖為40/200/400（纖芯/內包層/外包層）光纖；使用的第一摻鐿多包層光纖33，為40/200/400（纖芯/內包層/外包層）多包層光纖；使用的第二同帶泵浦信號合束器34，泵浦輸入光纖為30/250微米（纖芯/內包層）光纖，信號輸入光纖為40/200/400（纖芯/內包層/外包層）光纖，信號輸出光纖為50/300/600（纖芯/內包層/外包層）光纖；使用的第二摻鐿多包層光纖35，為50/300/600（纖芯/內包層/外包層）多包層光纖。
所述的泵浦濾除器4，與第二摻鐿多包層光纖35連線，將在內包層中傳輸的剩餘泵浦濾除。
所述的輸出光纜5，為商用的QD輸出光纜，輸出萬瓦級光纖雷射。
榮譽表彰
2018年12月20日，《一種基於同帶泵浦技術的單纖萬瓦級全光纖雷射器系統》獲得第二十屆中國專利優秀獎。
