專利名稱：469nm全光纖結(jié)構(gòu)大功率藍(lán)光光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光纖激光器，特別是一種469nm全光纖結(jié)構(gòu)大功率藍(lán)光光纖激光器。
背景技術(shù)：
光纖激光器以其體積小、效率高、穩(wěn)定性好、光束質(zhì)量好等優(yōu)點，發(fā)展十分迅速。469nm附近的藍(lán)光光纖激光器，可作為激光投影、激光電視、激光水下成像等得理想的藍(lán)色激光光源。目前，獲得469nm附近藍(lán)色激光的常用方法，是Nd3+ =YAG產(chǎn)生938nm激光經(jīng)過倍頻后獲得。在全固態(tài)激光器中利用非線性頻率變換技術(shù)在獲得可見光波段激光技術(shù)方面已 取得很好成效，特別是全固態(tài)激光器內(nèi)腔倍頻技術(shù)，幾乎成為了可見波段固體激光器的主力軍，但將內(nèi)腔倍頻技術(shù)應(yīng)用于光纖激光器時遇到一個矛盾光纖激光器的優(yōu)勢在于它的全光纖化熔接，無分立元件，故而其穩(wěn)定性好、免維護(hù)和易于使用，但如果插入倍頻晶體這樣的分立元件，必然破壞了光纖激光器穩(wěn)定性好，免維護(hù)且易于使用的優(yōu)勢，失去市場競爭力。要實現(xiàn)光纖激光器腔內(nèi)倍頻必須采用光纖結(jié)構(gòu)的腔內(nèi)倍頻器件，將其熔接在光纖激光器中，實現(xiàn)全光纖結(jié)構(gòu)的倍頻光纖激光器?，F(xiàn)有的光纖激光器倍頻技術(shù)多采用腔外倍頻或內(nèi)腔分立元件倍頻，如雙面泵浦腔內(nèi)倍頻雙包層綠光光纖激光器(申請?zhí)?00620079299)，雙包層光纖腔內(nèi)倍頻激光器(專利號03116633. 4)，內(nèi)腔倍頻藍(lán)光光纖激光器(申請?zhí)?00820155748)，高功率藍(lán)光光纖激光器(申請?zhí)?00620079296)，獲得469nm附近藍(lán)色激光的較常用的光纖激光器，如名稱為高功率藍(lán)光激光器，專利號為ZL200610043062. 6的中國專利公開的一種激光器。上述這些激光器均是分立元件構(gòu)成的，從本質(zhì)上講，這些技術(shù)都是全固態(tài)腔內(nèi)倍頻技術(shù)的翻版，雖將其搬入光纖激光器，但光纖激光器自身所具有的高穩(wěn)定性卻被破壞了，顯示不出光纖激光器的優(yōu)勢。本發(fā)明的發(fā)明人于2011年6月14日申請的發(fā)明專利(申請?zhí)?01110158949. 0，
名稱全光纖結(jié)構(gòu)腔內(nèi)倍頻綠光激光器)，是一種采用三光柵結(jié)構(gòu)的光纖激光器，其采用自聚焦透鏡長度為0. 23P (P為自聚焦透鏡節(jié)距)的全光纖腔內(nèi)倍頻光纖激光器，主要用于大功率光纖激光器，因其腔內(nèi)光纖倍頻器所采用的自聚焦透鏡長度采用0. 23P，基頻光被自聚焦透鏡轉(zhuǎn)換為平行光，在倍頻晶體中產(chǎn)生二次諧波(倍頻)效應(yīng)。發(fā)明人在對腔內(nèi)倍頻器的后續(xù)研究中發(fā)現(xiàn)，自聚焦透鏡的長度和倍頻晶體的長度、折射率均會影響腔內(nèi)倍頻器內(nèi)部的激光分布，從而影響出射激光的強度，由于該激光器中的自聚焦透鏡長度固定為0. 23P，基頻光在經(jīng)自聚焦透鏡擴束轉(zhuǎn)換為平行光，并在倍頻晶體中以平行光的方式行進(jìn)，故而其在大功率或當(dāng)倍頻晶體非線性系數(shù)較高時倍頻效率比較高，但其在中小功率或倍頻晶體非線性系數(shù)不是很高時，倍頻效率相對比較低。經(jīng)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)改變自聚焦透鏡長度，使得基頻光能夠在倍頻晶體中匯聚時，便可以獲得很高的倍頻效率，尤其是在中小功率或倍頻晶體非線性系數(shù)不是很高時，效果更為明顯。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種469nm全光纖結(jié)構(gòu)大功率藍(lán)光光纖激光器，該激光器避免了現(xiàn)有藍(lán)光激光器中采用分立部件的方案，采用了全光纖結(jié)構(gòu)，并將摻釹雙包層光纖置于超低溫半導(dǎo)體制冷器內(nèi)，提高Nd3+由4F3/2-4I9/2躍遷的相對概率，同時采用匯聚型的光纖倍頻器以及三光纖光柵組成的倍頻腔體結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了大功率、高品質(zhì)藍(lán)光激光的輸出?？蓮V泛應(yīng)用于激光投影、激光電視、激光水下成像、激光醫(yī)學(xué)、激光雷達(dá)等領(lǐng)域。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)解決方案
一種469nm全光纖結(jié)構(gòu)大功率藍(lán)光光纖激光器，包括半導(dǎo)體激光器泵浦源、第一全反射光纖光柵、第二全反射光纖光柵、第三全反射光纖光柵和超低溫半導(dǎo)體制冷器，所述第一全反射光纖光柵和第二全反射光纖光柵之間連接有雙包層摻鐿光纖，第二全反射光纖光柵和第三全反射光纖光柵之間連接有腔內(nèi)倍頻器，第三全反射光纖光柵的輸出端連接輸出尾纖，上述各元件通過熔接的方式連接，輸出尾纖為激光器輸出端；所述第一全反射光纖光柵、雙包層摻釹光纖和第三全反射光纖光柵三個部件構(gòu)成波長為938nm激光諧振腔；第二全反射光纖光柵和腔內(nèi)倍頻器構(gòu)成激光器的倍頻部分；雙包層摻鐿光纖及與之相熔接的第一全反射光纖光柵的后尾纖和第二全反射光纖光柵的前尾纖的熔接點均置于超低溫半導(dǎo)體制冷器中，第一全反射光纖光柵的后尾纖和第二全反射光纖光柵的前尾纖從超低溫半導(dǎo)體制冷器中引出。本發(fā)明還包括如下其他技術(shù)特征所述半導(dǎo)體激光器泵浦源采用帶IOOiim尾纖輸出中心波長為808nm功率為35W的半導(dǎo)體激光器；第一全反射光纖光柵、第三全反射光纖光柵均采用反射中心波長為938nm全反射Bragg光纖光柵，反射率大于99% ;雙包層摻釹光纖采用芯徑為6/125 u m的雙包層摻釹光纖，長度為12m ;第二全反射光纖光柵與取反射中心波長為469nm全反射Bragg光纖光柵，反射率大于99% ;輸出尾纖選擇芯徑為6/125 V- m的雙包層非摻雜光纖。所述腔內(nèi)倍頻器包括全自動溫控爐、第一尾纖、套管、第一自聚焦透鏡、倍頻晶體、第二自聚焦透鏡、導(dǎo)熱銅塊和第二尾纖，其中，第一自聚焦透鏡和第二自聚焦透鏡分別粘結(jié)在倍頻晶體左、右兩端；第一自聚焦透鏡的左端與第一尾纖帶有尾纖插針的一端粘結(jié)，第二自聚焦透鏡的右端與第二尾纖帶有尾纖插針的一端粘結(jié)；第一尾纖、套管、第一自聚焦透鏡、倍頻晶體、第二自聚焦透鏡和第二尾纖中心共線，共同構(gòu)成以倍頻晶體為中心的對稱性結(jié)構(gòu)；第一自聚焦透鏡、倍頻晶體、第二自聚焦透鏡三者的整體的外部依次包裹有銦箔和導(dǎo)熱銅塊，所述導(dǎo)熱銅塊的底面與全自動溫控爐相接觸，導(dǎo)熱銅塊的其余表面封裝在套管內(nèi)部，第一尾纖從套管的左端穿出并與第二全反射光纖光柵熔接，第二尾纖從套管的右兩端穿出并第三全反射光纖光柵熔接，各元件熔接時采用纖芯對準(zhǔn)。所述第一自聚焦透鏡和第二自聚焦透鏡選用相同的自聚焦透鏡，其長度為
0.3P、. 45P，所述倍頻晶體、第一自聚焦透鏡和第二自聚焦透鏡滿足式I :
r InlTaniad)L =----式 I
an Q式中，L為倍頻晶體的長度％為倍頻晶體的折射率；％為第一自聚焦透鏡的中心折射率；d為第一自聚焦透鏡的長度，取0. 3P、. 45P ； a為第一自聚焦透鏡折射率分布系數(shù)；第一自聚焦透鏡的折射率n(r)沿徑向r分布滿足式2 n (r) = n0(l- a 2r2/2)式 2式中，r為徑向坐標(biāo)。所述第一自聚焦透鏡、第二自聚焦透鏡均采用d=0. 30P、直徑為3mm、長度為6mm的圓形自聚焦透鏡；倍頻晶體選取LBO晶體，橫截面尺寸選取3mm*3mm，倍頻晶體長度為18. 8mm ;第一尾纖、第二尾纖均選用6/125 u m雙包層無摻雜光纖,長度取2米；導(dǎo)熱銅塊長度取28. 8mm,壁厚5mm ;封裝套管的長度取40. 8mm,側(cè)壁厚3mm,端壁厚6mm。所述超低溫半導(dǎo)體制冷器包括半導(dǎo)體制冷堆、光纖盤繞柱、真空罩和水冷散熱器，其中，光纖盤繞柱置于半導(dǎo)體制冷堆上表面，半導(dǎo)體制冷堆置于水冷散熱器的上表面，半導(dǎo)體制冷堆的上表面為吸熱端，下表面為放熱端；真空罩為下端開口的空心柱體，真空罩扣在水冷散熱器上方且將光纖盤繞柱和半導(dǎo)體制冷堆置于內(nèi)部，真空罩內(nèi)部形成的腔體為真空腔。 所述半導(dǎo)體制冷堆包括制冷內(nèi)芯以及包覆在制冷內(nèi)芯側(cè)面的保溫隔熱材料，制冷內(nèi)芯由一個或多個相同的制冷體組成，所述的制冷體由多個半導(dǎo)體制冷片和多個熱忱交替堆疊而成，且制冷體的上下表面均為半導(dǎo)體制冷片，在半導(dǎo)體制冷片與熱忱之間均涂覆有導(dǎo)熱助劑或?qū)岵牧?；每個半導(dǎo)體制冷片均與直流電源相連接；半導(dǎo)體制冷片的上表面吸熱下表面放熱。所述光纖盤繞柱的圓周方向刻有槽。所述真空罩采用雙層外壁，且該雙層外壁之間為真空。所述水冷散熱器包括外殼以及與該外殼內(nèi)部相連通的進(jìn)水管和出水管，該外殼內(nèi)部設(shè)置許多豎直方向的隔板，隔板使外殼內(nèi)腔形成一條迂回前進(jìn)的冷卻水道，進(jìn)水管連接冷卻水道的入口，出水管連接該冷卻水道的出口。本發(fā)明的技術(shù)特征及優(yōu)點如下I)本發(fā)明的激光器由LD泵浦源、光纖光柵、雙包層摻釹光纖、匯聚型腔內(nèi)倍頻器、輸出尾纖通過光纖熔接方式連接而成，并將雙包層摻釹光纖置于超低溫半導(dǎo)體制冷器內(nèi)，獲得938nm基頻振蕩并經(jīng)過匯聚型腔內(nèi)倍頻器實現(xiàn)光纖激光器腔內(nèi)倍頻獲得469nm高功率激光輸出。2)本發(fā)明的激光器采用全光纖結(jié)構(gòu)，無分立元件需要調(diào)整，光束質(zhì)量好、可靠性高、結(jié)構(gòu)緊湊、運轉(zhuǎn)成本低、免維護(hù)，克服了傳統(tǒng)的分立結(jié)構(gòu)光纖激光器中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難以集成且穩(wěn)定性差的缺陷。3)本發(fā)明采用三光纖光柵腔型結(jié)構(gòu)，使得基頻光無外泄、倍頻光全部收集并通過尾纖輸出。4)本發(fā)明采用匯聚型光纖激光器腔內(nèi)倍頻器實現(xiàn)全光纖結(jié)構(gòu)腔內(nèi)倍頻，當(dāng)倍頻晶體和自聚焦透鏡參數(shù)選擇滿足一定條件時，便可以使得基頻光和倍頻光在倍頻晶體中心匯聚，在兩端經(jīng)自聚焦透鏡匯聚并注入尾纖之中，解決了光纖激光器腔內(nèi)倍頻實現(xiàn)過程中基頻光和倍頻光的泄漏問題，具有很高的功率密度使其具有很高的倍頻轉(zhuǎn)換效率。
5)倍頻晶體采用銦箔包裹封于導(dǎo)熱銅塊內(nèi)，導(dǎo)熱銅塊底面與全自動溫控爐相連，全自動溫控爐可-10°C 20(TC調(diào)節(jié)溫度，既可用于角度相位匹配方式下倍頻晶體冷卻之用，亦可用于溫度相位匹配方式時倍頻晶體溫度控制與調(diào)節(jié)。
6)基頻光經(jīng)自聚焦透鏡后在倍頻晶體中點處匯聚于一點，使得其在倍頻晶體內(nèi)的光斑面積較小，功率密度較大，使倍頻效率得以提高，故而即使在低功率情況下，也可獲得很高的倍頻效率，特別是在中小功率時，同樣有很高的倍頻轉(zhuǎn)換效率。


圖I為本發(fā)明激光器的結(jié)構(gòu)原理圖。圖2為腔內(nèi)倍頻器結(jié)構(gòu)示意圖。其中，Ca)為正視圖，(b)為俯視圖，(C)為左視圖。圖3為激光在自聚焦透鏡及倍頻晶體內(nèi)的光線軌跡圖。圖4為本發(fā)明的激光器中基頻光及倍頻光的行進(jìn)光路圖。 圖5為超低溫半導(dǎo)體制冷器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為圓柱形半導(dǎo)體制冷堆結(jié)構(gòu)示意圖。其中，(a)為俯視圖，(b)為主視圖。圖7為圓臺形半導(dǎo)體制冷堆結(jié)構(gòu)示意圖。其中，(a)為俯視圖，(b)為主視圖。圖8為不同形狀的半導(dǎo)體制冷堆的平面結(jié)構(gòu)圖。其中，(a)為橢圓柱,采用兩個制冷體組成制冷內(nèi)芯；(b)為兩頭半圓矩形柱，采用三個制冷體組成制冷內(nèi)芯；(C)為圓柱，采用四個制冷體組成制冷內(nèi)芯；(d)為長方體，采用六個制冷體組成制冷內(nèi)芯。圖9為不同形狀的光纖盤繞柱結(jié)構(gòu)示意圖。其中，(a)為圓柱；(b)為兩頭半圓矩形柱。圖10為真空罩的結(jié)構(gòu)示意圖。圖11為水冷散熱器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，圖中箭頭方向為水流方向。圖12為雙包層摻鐿光纖在超低溫半導(dǎo)體制冷器上的安裝示意圖。圖13為本發(fā)明激光器輸出光譜圖。圖14為泵浦功率與輸出功率關(guān)系圖。以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進(jìn)一步解釋說明。
具體實施例方式如圖I所示，本發(fā)明的469nm全光纖結(jié)構(gòu)大功率藍(lán)光光纖激光器，包括半導(dǎo)體激光器泵浦源I、第一全反射光纖光柵2、第二全反射光纖光柵4、第三全反射光纖光柵6和超低溫半導(dǎo)體制冷器16，所述第一全反射光纖光柵2和第二全反射光纖光柵4之間連接有雙包層摻鐿光纖3,第二全反射光纖光柵4和第三全反射光纖光柵6之間連接有腔內(nèi)倍頻器5,第三全反射光纖光柵6的輸出端連接輸出尾纖7，上述各元件通過熔接的方式連接，熔接點涂低折射率膠。輸出尾纖7為激光器輸出端；所述第一全反射光纖光柵2、雙包層摻釹光纖3和第三全反射光纖光柵6三個部件構(gòu)成波長為938nm激光諧振腔；第二全反射光纖光柵4和腔內(nèi)倍頻器5構(gòu)成激光器的倍頻部分。雙包層摻鐿光纖3及與之相熔接的第一全反射光纖光柵2的后尾纖和第二全反射光纖光柵4的前尾纖的熔接點均置于超低溫半導(dǎo)體制冷器16中，第一全反射光纖光柵2的后尾纖和第二全反射光纖光柵4的前尾纖沿超低溫半導(dǎo)體制冷器16的頸口引出。本實施例中，半導(dǎo)體激光器泵浦源I采用帶IOOiim尾纖輸出中心波長為808nm功率為35W的半導(dǎo)體激光器；第一全反射光纖光柵2、第三全反射光纖光柵6均采用反射中心波長為938nm全反射Bragg光纖光柵，反射率大于99% ;雙包層摻釹光纖3選擇芯徑為6/125 u m的雙包層摻釹光纖，長度為12m ;第二全反射光纖光柵4與取反射中心波長為469nm全反射Bragg光纖光柵，反射率大于99% ;輸出尾纖7選擇芯徑為6/125 u m的雙包層非摻雜光纖，也可采用第二全反射光纖光柵4的尾纖替代輸出尾纖7。如圖2所示，腔內(nèi)倍頻器5包括全自動溫控爐15、第一尾纖8、套管9、第一自聚焦透鏡10、倍頻晶體11、第二自聚焦透鏡12、導(dǎo)熱銅塊13和第二尾纖14，其中，第一自聚焦透鏡10和第二自聚焦透鏡12分別粘結(jié)在倍頻晶體11左、右兩端；第一自聚焦透鏡10的左端與第一尾纖8帶有尾纖插針的一端粘結(jié)，第二自聚焦透鏡12的右端與第二尾纖14帶有尾纖插針的一端粘結(jié)；第一尾纖8、套管9、第一自聚焦透鏡10、倍頻晶體11、第二自聚焦透鏡12和第二尾纖14中心共線，共同構(gòu)成以倍頻晶體11為中心的對稱性結(jié)構(gòu)；第一自聚焦透鏡10、倍頻晶體11、第二自聚焦透鏡12三者的整體的外部依次包裹有銦箔和導(dǎo)熱銅塊13，所述導(dǎo)熱銅塊13的底面與全自動溫控爐15相接觸，導(dǎo)熱銅塊13的其余表面封裝在套管9內(nèi)部，第一尾纖8從套管9的左端穿出并與第二全反射光纖光柵4熔接，第二尾纖14從套管9的右兩端穿出并第三全反射光纖光柵6熔接，各元件熔接時采用纖芯對準(zhǔn)。根據(jù)要倍頻的光纖激光器的基頻光波長、輸出功率、匹配方式等要求選擇倍頻晶體類型，在該波長處，倍頻晶體應(yīng)滿足①有較大的非線性極化系數(shù)；②具有良好的透明性，吸收損耗?。虎圯^高的損傷閾值，滿足功率要求化學(xué)穩(wěn)定性好，不易潮解相位匹配滿足設(shè)計需求，即滿足角度匹配、溫度匹配要求。腔內(nèi)倍頻器5作為本發(fā)明的激光器的核心部件，其內(nèi)部基頻光的行進(jìn)軌跡如圖3所示，要保證光線以圖中所畫軌跡行進(jìn)從而在倍頻晶體11內(nèi)聚焦于一點。第一自聚焦透鏡10和第二自聚焦透鏡12選用相同的自聚焦透鏡，自聚焦透鏡長度選取為0. 3P、. 45P。倍頻晶體11采用在938nm處有較大的非線性系數(shù)，同時，所述倍頻晶體11、第一自聚焦透鏡10和第二自聚焦透鏡12滿足式I :
r 2n,Tan(ad)L =--i-式 I
C/Ilu式中，L為倍頻晶體11的長度；ni為倍頻晶體11的折射率；％為第一自聚焦透鏡10的中心折射率；d為第一自聚焦透鏡10的長度，取0. 3P 0. 45P ； a為第一自聚焦透鏡10折射率分布系數(shù)；第一自聚焦透鏡10的折射率n(r)沿徑向r分布滿足式2 n (r) = n0(l- a 2r2/2)式 2式中，r為徑向坐標(biāo)。自聚焦透鏡、倍頻晶體均為柱體且兩者的橫截面相同，既有利于裝配，也便于熱傳導(dǎo)。可以采用橫截面直徑2 5mm的圓柱或者橫截面邊長為疒5mm的長方體。本實施例中，第一自聚焦透鏡10、第二自聚焦透鏡12均采用d=0. 30P、直徑為3mm、長度為6mm的圓形自聚焦透鏡。倍頻晶體11選取LBO晶體，橫截面尺寸選取3mm*3mm，根據(jù)倍頻晶體長度計算公式I得到倍頻晶體長度L=18. 8mm ;第一尾纖8、第二尾纖14均選用6/125 y m雙包層無摻雜光纖，長度取2米；導(dǎo)熱銅塊13長度取28. 8mm,壁厚5mm ;封裝套管9的長度取40. 8mm,側(cè)壁厚3mm,端壁厚6mm。根據(jù)矩陣光學(xué)理論，式I的推導(dǎo)原理如下第一自聚焦透鏡的折射率分布為權(quán)利要求
1.一種469nm全光纖結(jié)構(gòu)大功率藍(lán)光光纖激光器，其特征在于，包括半導(dǎo)體激光器泵浦源(I)、第一全反射光纖光柵(2)、第二全反射光纖光柵(4)、第三全反射光纖光柵(6)和超低溫半導(dǎo)體制冷器(16)，所述第一全反射光纖光柵(2)和第二全反射光纖光柵(4)之間連接有雙包層摻鐿光纖(3),第二全反射光纖光柵(4)和第三全反射光纖光柵(6)之間連接有腔內(nèi)倍頻器(5)，第三全反射光纖光柵(6)的輸出端連接輸出尾纖(7)，上述各元件通過熔接的方式連接，輸出尾纖(7)為激光器輸出端；所述第一全反射光纖光柵(2)、雙包層摻釹光纖(3)和第三全反射光纖光柵(6)三個部件構(gòu)成波長為938nm激光諧振腔；第二全反射光纖光柵(4)和腔內(nèi)倍頻器(5)構(gòu)成激光器的倍頻部分；雙包層摻鐿光纖(3)及與之相熔接的第一全反射光纖光柵(2)的后尾纖和第二全反射光纖光柵(4)的前尾纖的熔接點均置于超低溫半導(dǎo)體制冷器(16)中，第一全反射光纖光柵(2)的后尾纖和第二全反射光纖光柵(4)的前尾纖從超低溫半導(dǎo)體制冷器(16)中引出。
2.如權(quán)利要求I所述的469nm全光纖結(jié)構(gòu)大功率藍(lán)光光纖激光器,其特征在于,所述半導(dǎo)體激光器泵浦源(I)采用帶100 ii m尾纖輸出中心波長為808nm功率為35W的半導(dǎo)體激光器；第一全反射光纖光柵(2)、第三全反射光纖光柵(6)均采用反射中心波長為938nm全反射Bragg光纖光柵,反射率大于99% ;雙包層摻釹光纖(3)米用芯徑為6/125 y m的雙包層摻釹光纖，長度為12m ;第二全反射光纖光柵(4)與取反射中心波長為469nm全反射Bragg光纖光柵，反射率大于99% ;輸出尾纖(7)選擇芯徑為6/125 V- m的雙包層非摻雜光纖。
3.如權(quán)利要求I所述的469nm全光纖結(jié)構(gòu)大功率藍(lán)光光纖激光器,其特征在于,所述腔內(nèi)倍頻器(5)包括全自動溫控爐(15)、第一尾纖(8)、套管(9)、第一自聚焦透鏡(10)、倍頻晶體(11)、第二自聚焦透鏡(12)、導(dǎo)熱銅塊(13)和第二尾纖(14)，其中，第一自聚焦透鏡(10)和第二自聚焦透鏡(12)分別粘結(jié)在倍頻晶體(11)左、右兩端；第一自聚焦透鏡(10)的左端與第一尾纖(8)帶有尾纖插針的一端粘結(jié)，第二自聚焦透鏡(12)的右端與第二尾纖(14)帶有尾纖插針的一端粘結(jié)；第一尾纖(8)、套管(9)、第一自聚焦透鏡(10)、倍頻晶體(11)、第二自聚焦透鏡(12)和第二尾纖(14)中心共線，共同構(gòu)成以倍頻晶體(11)為中心的對稱性結(jié)構(gòu)；第一自聚焦透鏡(10)、倍頻晶體(11)、第二自聚焦透鏡(12)三者的整體的外部依次包裹有銦箔和導(dǎo)熱銅塊(13)，所述導(dǎo)熱銅塊(13)的底面與全自動溫控爐(15)相接觸，導(dǎo)熱銅塊(13)的其余表面封裝在套管(9)內(nèi)部，第一尾纖(8)從套管(9)的左端穿出并與第二全反射光纖光柵(4)熔接，第二尾纖(14)從套管(9)的右兩端穿出并第三全反射光纖光柵(6 )熔接，各元件熔接時采用纖芯對準(zhǔn)。
4.如權(quán)利要求3所述的469nm全光纖結(jié)構(gòu)大功率藍(lán)光光纖激光器,其特征在于,所述第一自聚焦透鏡(10)和第二自聚焦透鏡(12)選用相同的自聚焦透鏡，其長度為0. 3P、. 45P，所述倍頻晶體(11)、第一自聚焦透鏡(10)和第二自聚焦透鏡(12)滿足式I : r InlTaniad) L =----式 I an Q 式中，L為倍頻晶體(11)的長度；ni為倍頻晶體(11)的折射率為第一自聚焦透鏡(10)的中心折射率；d為第一自聚焦透鏡(10)的長度，取0. 3P、. 45P ； a為第一自聚焦透鏡(10)折射率分布系數(shù)；第一自聚焦透鏡(10)的折射率n(r)沿徑向r分布滿足式2 n(r) = n0(l-a V/2) 式 2式中，r為徑向坐標(biāo)。
5.如權(quán)利要求3所述的469nm全光纖結(jié)構(gòu)大功率藍(lán)光光纖激光器,其特征在于，所述第一自聚焦透鏡(10)、第二自聚焦透鏡(12)均采用d=0. 30P、直徑為3mm、長度為6mm的圓形自聚焦透鏡；倍頻晶體(11)選取LBO晶體,橫截面尺寸選取倍頻晶體長度為18. 8mm ;第一尾纖(8)、第二尾纖(14)均選用6/125 u m雙包層無摻雜光纖,長度取2米；導(dǎo)熱銅塊(13)長度取28. 8mm,壁厚5mm ;封裝套管(9)的長度取40. 8mm,側(cè)壁厚3mm,端壁厚6mm o
6.如權(quán)利要求I所述的469nm全光纖結(jié)構(gòu)大功率藍(lán)光光纖激光器,其特征在于,所述超低溫半導(dǎo)體制冷器(16)包括半導(dǎo)體制冷堆(17 )、光纖盤繞柱(18)、真空罩(19)和水冷散熱器(20)，其中，光纖盤繞柱(18)置于半導(dǎo)體制冷堆(17)上表面，半導(dǎo)體制冷堆(17)置于水冷散熱器(20)的上表面，半導(dǎo)體制冷堆(17)的上表面為吸熱端，下表面為放熱端；真空罩(19)為下端開口的空心柱體，真空罩(19)扣在水冷散熱器(20)上方且將光纖盤繞柱(18)和半導(dǎo)體制冷堆(17)置于內(nèi)部，真空罩(19)內(nèi)部形成的腔體為真空腔。
7.如權(quán)利要求6所述的469nm全光纖結(jié)構(gòu)大功率藍(lán)光光纖激光器,其特征在于，所述半導(dǎo)體制冷堆(17)包括制冷內(nèi)芯以及包覆在制冷內(nèi)芯側(cè)面的保溫隔熱材料(23)，制冷內(nèi)芯由一個或多個相同的制冷體組成，所述的制冷體由多個半導(dǎo)體制冷片(21)和多個熱忱(22)交替堆疊而成，且制冷體的上、下表面均為半導(dǎo)體制冷片(21)，在半導(dǎo)體制冷片(21)與熱忱(22)之間均涂覆有導(dǎo)熱助劑或?qū)岵牧希幻總€半導(dǎo)體制冷片(21)均與直流電源相連接；半導(dǎo)體制冷片(21)的上表面吸熱下表面放熱。
8.如權(quán)利要求6所述的469nm全光纖結(jié)構(gòu)大功率藍(lán)光光纖激光器,其特征在于,所述光纖盤繞柱(18)的圓周方向刻有槽。
9.如權(quán)利要求6所述的469nm全光纖結(jié)構(gòu)大功率藍(lán)光光纖激光器,其特征在于,所述真空罩(19)采用雙層外壁，且該雙層外壁之間為真空。
10.如權(quán)利要求6所述的469nm全光纖結(jié)構(gòu)大功率藍(lán)光光纖激光器,其特征在于，所述水冷散熱器(20)包括外殼以及與該外殼內(nèi)部相連通的進(jìn)水管(24)和出水管(25)，該外殼內(nèi)部設(shè)置許多豎直方向的隔板(36)，隔板(36)使外殼內(nèi)腔形成一條迂回前進(jìn)的冷卻水道(26),進(jìn)水管(24)連接冷卻水道(26)的入口，出水管(25)連接該冷卻水道(26)的出口。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種469nm全光纖結(jié)構(gòu)大功率藍(lán)光光纖激光器，包括半導(dǎo)體激光器泵浦源、第一全反射光纖光柵、第二全反射光纖光柵和第三全反射光纖光柵，第一全反射光纖光柵和第二全反射光纖光柵之間連接有雙包層摻鐿光纖，第二全反射光纖光柵和第三全反射光纖光柵間連接腔內(nèi)倍頻器，第三全反射光纖光柵連接輸出尾纖；雙包層摻鐿光纖置于超低溫半導(dǎo)體制冷器中，且雙包層摻鐿光纖的首尾端均置于超低溫半導(dǎo)體制冷器之外。本發(fā)明采用了全光纖結(jié)構(gòu)，并將摻釹雙包層光纖置于超低溫半導(dǎo)體制冷器內(nèi)，提高Nd3+由4F3/2-4I9/2躍遷的相對概率，同時采用匯聚型的光纖倍頻器以及三光纖光柵組成的倍頻腔體結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了大功率、高品質(zhì)藍(lán)光激光的輸出。
文檔編號H01S3/10GK102751649SQ20121022243
公開日2012年10月24日 申請日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月29日
發(fā)明者馮曉強, 馮選旗, 白晉濤 申請人:西北大學(xué)